目標導向的關節(jié)結構運動控制方法研究.pdf

1、關節(jié)結構是在自然界及人造機械中普遍存在的結構。在計算機動畫和數控機床的研究中均涉及到關節(jié)結構的建模和運動控制。正向運動學和逆向運動學是兩種典型的運動控制方法。逆向運動學是一種目標導向的運動控制方法,通常的解法有牛頓迭代法、偽逆矩陣法、SR逆矩陣法、阻尼最小二乘法等基于非線性方程的方法,以及循環(huán)坐標下降法、時空約束、動力學約束等基于優(yōu)化的方法。在此基礎上還有各類利用冗余自由度來滿足關節(jié)鏈約束或完成第二任務的逆向運動學方法。這些方法為關節(jié)結

2、構進一步的運動學建模和求解建立了基礎。
　　首先在傳統(tǒng)的點逆向運動學基礎上提出了關節(jié)結構的曲線逆向運動學算法,針對關節(jié)鏈的末端效應器沿曲線運動的情形,建立了高維的關節(jié)角度空間中關節(jié)鏈運動曲線與三維的末端效應器運動軌跡之間的直接聯(lián)系,推導出了關節(jié)鏈運動曲線的遞推公式,進一步給出了誤差控制方法,提出了完整的算法流程,并實現(xiàn)了雅可比加權最小范數偽逆方法(WeightedLeast-Norm,WLN)在曲線逆向運動學算法中的重用。

3、　　在傳統(tǒng)的五軸機床運動學模型基礎上,引入刀具運動鏈來描述刀具幾何形狀在加工中的運動偏移作用,用以替代傳統(tǒng)的刀觸點偏置算法,提出了機床-刀具運動鏈模型及相應的運動控制算法。刀具子運動鏈與機床運動鏈的表示形式一致,提供額外的兩個被動自由度,使本章提出的五軸機床運動模型在描述刀觸點時能夠更充分地發(fā)揮五軸加工的靈活性。
　　提出了一種基于空間聚類的逆向運動學算法,采用基于數學的建模方法,將正向運動學看作關節(jié)角度空間中的點到末端效應器位置

4、空間中點的映射,將逆向運動學看作末端效應器位置空間中的點到關節(jié)角度空間中點的映射,進而提出了一種基于聚類的逆向運動學算法。該方法采用雙層繼承結構模型(HierarchicalInheritModel),對末端位置空間和關節(jié)角度空間中的點集分別進行聚類,并建立聚類之間的對應關系作為運動模型。
　　提出了一個基于運動捕捉數據和貝葉斯網絡的運動合成系統(tǒng),可以根據足跡來合成人體行走動畫。該系統(tǒng)能夠從運動捕捉數據中提取關鍵幀和步態(tài)參數,用于