北京邮电大学考研，北京邮电大学考研分数线2023
引用论文
张英, 黄起能, 廖启征, 杨旭, 魏世民. 空间6R串联机械手逆运动学分析的新方法研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(19): 1-11.
ZHANG Ying, HUANG Qineng, LIAO Qizheng, YANG Xu, WEI Shimin. Research on the Novel Method for Inverse Kinematics Analysis of Spatial 6R Serial Manipulators[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2022, 58(19): 1-11.
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串联机械手因为其具有工作空间大、运动灵活等特点，被广泛地应用于工业和航天等多个领域中，因此对串联机械手的研究显得十分重要，其中一般6R串联机械手的逆运动学问题一直是机器人机构领域专家和学者密切关注的难点。针对一般6R串联机械手的逆运动学问题，基于矩阵方法的运动学建模，容易程序化，但是14个或10个基本方程的选取需要进行矢量运算或投影运算。因此，北京邮电大学现代邮政学院(自动化学院)的张英、黄起能、廖启征、魏世民和北京空间飞行器总体设计部的杨旭在《机械工程学报》2022年19期发表了《空间6R串联机械手逆运动学分析的新方法研究》一文，研究团队通过前期对空间刚体变换方法的研究，提出基于四维旋转矩阵法和倍矩阵法对一般6R串联机械手的逆运动学问题进行再次研究，发现14个基本运动约束方程可通过基于四维旋转矩阵和倍矩阵法建立的运动学方程直接获得，从而解决了上述提出的问题。此外，对于其他类型的空间串联机械手而言，基于本论文提出的方法，需要的基本运动约束方程也可以直接通过建立的运动学方程获得。
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试验方法
本论文研究的对象是空间6R串联机械手的逆运动学问题，目前针对该问题基于矩阵方法的运动学建模存在14个或10个基本方程的选取需要进行矢量运算或投影运算的问题，为此，本论文首先通过前期对空间刚体变换方法的研究，提出了基于四维旋转矩阵法和倍矩阵法联立的新建模方法；接着，使用提出的新方法对空间6R串联机械手的运动学进行建模；然后分别对通过四维旋转矩阵和倍矩阵建立的运动学方程进行移项和分离变量处理，直接得到14个用于消元的封闭方程，针对这14个方程，通过线性消元和Sylvester结式消元，将其转化为求解一个16阶矩阵的特征值问题，得到该问题的16组解；最后，通过数值实例和SolidWorks建模仿真验证了新方法的正确性。由于新方法将三维空间中的平移变换近似为四维空间中的旋转变换，故而可以统一求解含有R、P和C副的空间串联机械手逆运动学问题。
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结果
本论文基于四维旋转矩阵和倍矩阵对空间6R串联机械手的逆运动学问题进行建模和代数求解，直接得到14个逆运动学方程，通过线性消元和Sylvester结式消元，将其转化为求解一个16阶矩阵的特征值问题，得到该问题的16组解；最后，通过数值实例和SolidWorks建模仿真验证了新方法的正确性。本文提出的新方法解决了基于矩阵方法对6R串联机械手的逆运动学分析建模存在14个或10个基本方程的选取需要进行矢量运算或投影运算的问题，这是本论文提出新方法的优势。再者，基于四维旋转矩阵和倍矩阵的建模方法，类似倍四元数法，是一种近似建模方法，将三维空间中的平移变换近似为四维空间中的旋转变换，进而将三维空间的平移和旋转统一起来，从而大大减少了机构的种类，故而可以统一求解含有R、P和C副的空间串联机械手逆运动学问题。
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结论
(1)本文基于四维旋转矩阵和倍矩阵对空间6R串联机械手的逆运动学问题进行建模和代数求解，可直接获得14个用于消元的封闭方程，不需要传统建模方法的矢量计算或投影计算等，因此构造方法更简洁，为探索空间其他串联机械手的逆运动学建模理论提供了一种新思路。
(2)基于四维旋转矩阵和倍矩阵的建模方法，类似倍四元数法，是一种近似建模方法，将三维空间中的平移变换近似为四维空间中的旋转变换，进而将三维空间的平移和旋转统一起来，从而大大减少了机构的种类，故而可以统一求解含有R、P和C副的空间串联机械手逆运动学问题。
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前景与应用
本论文提出了基于倍矩阵与四维旋转矩阵的新方法，对空间6R串联机械手的逆运动学问题进行建模和求解，可以直接得出用于运动学求解的14个方程，不需要传统建模方法的矢量计算或投影计算等，因此构造方法更简洁，为探索空间其他串联机械手的逆运动学建模理论提供了一种新思路。本论文第二作者的学位论文《基于倍矢量和倍矩阵的机构运动学分析研究》使用本论文提出的新方法对其他6自由度串联机械手的逆运动学问题进行了研究，验证了本论文提出方法的正确性、适应性和健壮性。接下来，本论文作者拟使用该方法来解决并联机构的正运动学分析问题。
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关于团队
魏世民（团队带头人），教授，博导，清华大学工学博士，现任北京邮电大学现代邮政学院（自动化学院）副院长。中国机械工程学会高级会员，国际机器理论与机构学联合会委员，中国自动化学会智能制造系统专业委员会委员。
张英，副教授，硕导，中国机械工程学会高级会员，北京邮电大学工学博士，美国俄亥俄州立大学联合培养博士生。主持1项国家自然科学基金青年项目、2项中央高校基本科研项目以及多项国防和企事业横向项目，主持1项教学改革项目，参与2项国家自然科学基金、1项北京市自然科学基金、1项国防纵向项目以及多项横向项目，发表SCI/EI检索论文20余篇，出版学术专著1部（独著）。指导多项机械创新设计大赛项目、多项大学生创新创业计划项目和雏燕计划项目。
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作者团队研究方向
北京邮电大学机器人实验室团队的研究方向为机器人机构学、机器人学、机器人部件及系统集成的研发，曾荣获国家自然科学奖和教育部科技进步一等奖等奖项。
魏世民的主要研究领域涉及机器人学、智能感知与控制、物流装备自动化智能化、工业机器人等方面。
张英的主要研究领域涉及机器人机构学与机器人学，包括机器人机构运动学的数学机械化、串并联机器人、机器人机构创新设计、机器人技术在工业领域的应用。
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实验室科研成果
作 者：张 英
责任编辑：李 娜
责任校对：金 程
审 核：张 强
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