Inverse Kinematics and Dexterous Workspace Formulation for 2-Segment Continuum Robots with Inextensible Segments
连续体机器人的逆运动学（IK）问题在过去的几十年中得到了深入的研究。在常曲率弯曲假设下，得到了变节长连续体机器人的封闭形式的IK解。试图缩小差距走向一个完整的解决方案，本文提出了一个有效的解决方案，为IK问题的2段连续体机器人与一个或两个不可扩展的部分（又名，恒定段长度）。通过将机器人的形状表示为分段线段，将配置变量从IK公式中分离出来，使得求解一个单变量非线性方程导致整个IK问题的解决方案。深入研究了连续体机器人位形变量限制和角速度奇异性对末端执行器灵巧工作空间边界的影响。这个灵巧的工作空间配方，这是第一次推导出的最好的作者的知识，是特别有用的，以找到最接近的方向时，目标姿态的目标方向是灵巧的工作空间。在50万例的仿真实验中，该方法与基于雅可比矩阵的IK方法的计算效率得到了显著提高，解决了100%的IK问题。
2021-10-05 cs.RO
A novel partially-decoupled translational parallel manipulator with symbolic kinematics, singularity identification and workspace determination
Changzhou University（常州大学）；Nanjing Vocational Institute of Mechatronic Technology（南京机电职业技术学院）；Dalian University of Technology（大连理工大学）；Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes (LS2N)（南特数字科学实验室）
采用基于位姿特征方程的并联机构拓扑设计方法，提出了一种新型三自由度平移并联机器人。所提出的PM仅由低活动度关节和驱动棱柱关节组成，并对三个重要的运动学问题进行了研究。第一方面涉及TPM的几何建模与其拓扑特征，如POC，自由度和耦合度，从它的符号直接运动学的解决方案很容易获得。此外，输入输出运动的解耦性能直接评估，而无需雅可比分析。随后，基于逆运动学，识别TPM的奇异配置，其中，借助于基于Gr{<$}bner的消除操作来可视化奇异表面。最后，TPM的工作空间的几何方法进行评估。与著名的Delta机器人相比，该3-DOF TPM具有较少的关节和连杆，从而降低了结构复杂性。其符号正运动学和部分解耦特性将简化路径规划和动态分析。TPM可用于制造大型工件。
2021-06-08 cs.RO
An Optimization-Based Inverse Kinematics Solver for Continuum Manipulators in Intricate Environments
针对高自由度连续体机械臂在多障碍复杂环境中的逆运动学难题，提出一种融合避障及长度、方向等约束的基于优化的IK求解器，仿真验证其灵活、高效、鲁棒且延迟可接受。
2024-10-27 cs.RO
Working Modes and Aspects in Fully-Parallel Manipulator
Institut de Recherche en Cybernétique de Nantes（南特控制论研究所）；École Centrale de Nantes（南特中央理工学院）
本文的目的是表征的概念方面的工作空间和关节空间的并联机器人。与串联机器人相反，并联机器人不仅可以有多个逆运动学解，而且可以有多个正运动学解。在[Borrel 86]中为串联机器人引入了方面的概念，在[Wenger 1997]中为只有一个逆运动学解的并联机器人重新定义了方面的概念，并为一般的完全并联机器人重新定义了方面的概念。在关节速率矢量和笛卡尔速度矢量之间的运动学关系中出现了两个雅可比矩阵，称为“逆运动学“和“正运动学”矩阵。这些矩阵的研究允许分别定义的并行和串行奇点。工作模式的概念被引入到分离的逆运动学解。这样，我们就可以找到工作空间和关节空间中不存在奇异的区域。应用于机械手工作空间的可动性分析以及路径规划与控制。本文以RR-RRR平面并联机器人为例说明了这一研究。
2007-07-13 cs.RO
Regions of Feasible Point-to-Point Trajectories in the Cartesian Workspace of Fully-Parallel Manipulators
INRIA（法国国家信息与自动化研究所）；Institut de Recherche en Cybernétique de Nantes（南特控制论研究所）
本文的目标是定义的n-连通区域的笛卡尔工作空间的全并联机器人，即最大的区域，它是可能执行点到点的运动。在这项研究中考虑的机械手可能有多个正逆运动学解。N-连通区域的特征在于可达配置空间的连通分量在笛卡尔工作空间上的投影，所述可达配置空间在笛卡尔空间与关节空间的笛卡尔乘积中定义。广义八叉树模型用于所有空间的构造。本研究说明了一个简单的平面全并联机械手。
2007-05-08 cs.RO
Analyse Comparative des Manipulateurs 3R à Axes Orthogonaux
Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes（南特通信与控制研究所）；CNRS（法国国家科学研究中心）
一类在第三体上无偏置的3R正交机械臂可划分为9个工作空间拓扑。工作空间的特点是在一个半横截面的奇异曲线。工作空间拓扑由出现在这些奇异曲线上的尖点和节点的数量定义。基于这种分类，我们通过与关节空间相关的条件数以及具有四个逆运动学解的区域与包含所有工作空间的球体相比的比例来评估这些机械手。第二个性能数字与工作空间有关。最后确定了具有最佳性能数值的机器人所属的工作空间拓扑。
2007-07-24 cs.RO
Aerial Grasping via Maximizing Delta-Arm Workspace Utilization
School of Intelligent Systems Engineering, Sun Yat-sen University（智能系统工程学院，中山大学）；Shenzhen ePropulsion Technology Limited（深圳ePropulsion科技有限公司）
本研究针对空中抓取任务，提出最大化delta臂工作空间利用率的规划框架，用MLP映射位置可行概率、RevNet近似正运动学以处理非凸约束，经仿真与实实验证了方法有效性。
2025-07-30 cs.RO
Convex Iteration for Distance-Geometric Inverse Kinematics
University of Toronto（多伦多大学）；University of Zagreb（萨格勒布大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
逆运动学（IK）是寻找满足一个或多个末端执行器的位置或姿态约束的机器人关节配置的问题。对于具有冗余自由度的机器人，通常存在无穷多的非凸解集。当工作空间中的障碍物施加碰撞避免约束时，IK问题进一步复杂化。在一般情况下，封闭形式的表达式产生可行的配置不存在，激励使用数值求解方法。然而，这些方法依赖于非凸问题的局部优化，通常需要精确的初始化或多次重新初始化才能收敛到有效的解。在这项工作中，我们首先制定逆运动学复杂的工作空间约束作为一个凸可行性问题，其低秩可行点提供精确的IK解决方案。然后，我们提出了\texttt{CIDGIK}（凸迭代距离几何逆运动学），一个算法，解决了这个可行性问题的一系列半定方案，其目标是鼓励低秩极小。我们的问题制定优雅地统一了机器人的配置空间和工作空间的约束：内在的机器人几何形状和避障都表示为简单的线性矩阵方程和不等式。我们对各种流行的机械手模型的实验结果表明，更快，更准确的收敛比传统的非线性优化为基础的方法，特别是在环境中有许多障碍物。
2022-07-06 cs.RO
Complete Motion Planning using Workspace-Fibered Decomposition for nR-Planar Manipulator
Robotics Research Center, IIIT Hyderabad（IIIT海得拉巴机器人研究中心）
针对杂乱环境中nR平面冗余机械手的运动规划问题，提出工作空间纤维分解框架，通过递归提升低维子链可达工作空间简化规划，实验显示其可保留无碰撞连通性并降低碰撞检测复杂度。
2026-08-04 cs.RO
Kinetostatic Optimization for Kinematic Redundancy Planning of Nimbl'Bot Robot
Nantes Université（南特大学）；École Centrale Nantes（南特中央理工学院）；CNRS（法国国家科学研究中心）；University of Genova（热那亚大学）；Nimbl’Bot（Nimbl’Bot公司）
本文提出一种具有闭环运动链的新型两自由度运动学冗余机器人，采用任务优先级逆运动学控制框架进行轨迹规划，并引入两个运动静力学任务优化性能，仿真验证了其有效性。
2023-03-29 cs.RO
Kinematic Analysis of the vertebra of an eel like robot
Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes（南特通信与控制研究所）
本文以并联机构球腕的运动学分析为研究对象。这项研究是法国一个更大项目的一部分，该项目旨在设计和建造一个类似鳗鱼的机器人来模仿鳗鱼游泳。为了在原型的控制律上实现正运动学和逆运动学，我们需要评估不同机构之间没有任何碰撞的工作空间。倾斜和扭转参数用于表示工作空间。
2008-06-03 cs.RO physics.class-ph
A design oriented study for 3R Orthogonal Manipulators With Geometric Simplifications
Institut de recherche en communications et cybernétique de Nantes（南特通信与控制研究所）；CNRS（法国国家科学研究中心）
本文提出了一种计算至少有一个DH参数为零的三回转正交机器人最大正则灵巧工作空间的方法。然后引入一个新的性能指标的基础上RDW，该指标的等值线绘制在感兴趣的类型的机械手的参数空间，最后进行检查的参数空间的域，以确定更好的机械手架构。RDW是工作空间的一部分，其形状是规则的（立方体，圆柱体）和性能（条件指数）是有界的内部。研究的3R正交机械臂组具有有趣的运动学性质，例如，一个良好连接的工作空间，是完全可达的四个逆运动学解，不包含任何空隙。这项研究是高度兴趣的替代机械手几何形状的设计。
2007-07-15 cs.RO
P-FABRIK: A General Intuitive and Robust Inverse Kinematics Method for Parallel Mechanisms Using FABRIK Approach
ShanghaiTech Automation and Robotics (STAR) Center, School of Information Science and Technology, ShanghaiTech University（上海科技大学自动化与机器人中心（STAR）中心，信息科学与技术学院，上海科技大学）
P-FABRIK是一种基于FABRIK算法的通用逆运动学方法，通过拓扑分解策略解决冗余并联机构的逆运动学问题，具有鲁棒性和高效性。
2025-12-28 cs.RO
Inverse Kinematics of Some General 6R/P Manipulators
Research Institute for Symbolic Computation, Johannes Kepler University（约翰内斯·开普勒大学符号计算研究所）；University of the Philippines Diliman（菲律宾大学迪里曼分校）
本文在HuPf算法的基础上，提出了一种求解一般串联2 RP 3R、2 R 2 P 2 R、3RP 2 R和6 R机器人逆运动学的算法。我们通过对偶四元数在$\mathbb{P}^7$中用一个拟投射簇识别了该操纵器的3-子链。这允许我们计算描述包含这些3-子链的子链的线性空间的线性形式。我们提出的数值例子，说明了算法，并显示真正的解决方案。
2019-06-11 cs.CG cs.RO
Bald Eagle Search Algorithm for High Precision Inverse Kinematics of Hyper-Redundant 9-DOF Robot
B.M.S. College of Engineering（B.M.S.工程学院）
本文针对超冗余9自由度机器人逆运动学求解问题，比较多种元启发式优化算法，发现白头鹰搜索算法在末端执行器定位精度和位置误差方面表现最优。
2023-08-04 cs.RO
Full Workspace Generation of Serial-link Manipulators by Deep Learning based Jacobian Estimation
Kent Artificial Intelligence Laboratory（肯特人工智能实验室）
除了解决需要一定智能水平的复杂问题外，微调的深度神经网络还可以为缓慢的数值任务创建快速算法。在本文中，我们介绍了[1]工作的改进版本，这是一个快速的深度学习框架，能够生成串联连杆机械手的完整工作空间。该体系结构由两个神经网络：一个估计网，近似的机械手雅可比矩阵，和一个置信度网，测量的近似的信心。我们还介绍了M3（Manipulability Maps of Manipulators），一个基于[2]（RTB）的MATLAB机器人库，它生成的数据集被这项工作所使用。结果表明，神经网络不仅比数值逆运动学快得多，而且与其他机器学习替代方案相比，它还提供了更高的精度。该算法的实现（基于Keras[3]），包括基准评估脚本，可在https://github.com/liaopeiyuan/Jacobian-Estimation上获得。M3库API和数据集也可在https://github.com/liaopeiyuan/M3上获得。
2018-09-14 cs.RO
Efficient Distance-Optimal Tethered Path Planning in Planar Environments: The Workspace Convexity
Zhejiang University（浙江大学）
本文的主要贡献是证明了全方位绳系机器人工作空间（即所有绳长允许的机器人配置）的凸性，以及一组利用工作空间凸性的距离最优绳系路径规划算法。证明了该工作空间在拓扑上是一个单连通子集，在几何上是所有构形集合的一个凸子集。作为一个直接的结果，两个配置之间的系绳长度允许的最优路径被证明正是无系绳碰撞的局部最短路径的同伦指定的级联的系绳曲线的给定的配置，它可以简单地通过执行一个无系绳路径缩短过程中的2D环境中，而不是在预先计算的工作空间中的路径搜索过程中构造。凸性是绳系机器人运动学的一个内在属性，因此对所有高级距离最优绳系路径规划任务具有普遍影响：用目标配置预计算（GCP）过程代替最耗时的工作空间预计算（WP）过程，用无绳系路径缩短过程代替同伦感知路径搜索过程。受工作空间凸性的启发，自然提出了解决以下问题的有效算法：（a）最优系留重构（TR）规划问题通过局部非系留路径缩短（UPS）过程来解决，（b）经典的最优系留路径（TP）规划问题通过GCP过程和$n$ UPS过程来求解（从起始配置到目标位置，其中目标系绳状态未被分配），其中，$n$是访问目标位置的系绳长度容许配置的数量，（c）访问多个目标位置的序列的最佳系绳运动，称为
2022-08-08 cs.RO
Collision-Free Kinematics for Redundant Manipulators in Dynamic Scenes using Optimal Reciprocal Velocity Obstacles
Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）；University of Maryland at College Park（马里兰大学帕克分校）
提出了一种新的多机器人共享工作空间运动学无碰撞算法。我们的优化为基础的方法，同时处理碰撞的基础上的倒数速度障碍和逆运动学的高自由度机械手的约束的无约束。我们提出了一种有效的方法，粒子群优化的基础上，可以产生无碰撞配置的每个冗余机械手。此外，我们的方法可以用来计算安全和无振荡的轨迹在几毫秒。我们强调了我们的算法的实时性能，多个巴克斯特机器人与14自由度的机械手在工作空间中的动态障碍。视频可在https://sites.google.com/view/collision-free-kinematics上获得
2019-03-09 cs.CG cs.RO
On the characterization of the regions of feasible trajectories in the workspace of parallel manipulators
McGill University（麦吉尔大学）；INRIA Rocquencourt（法国国家信息与自动化研究所罗克库尔分部）
最近的研究表明，具有多个逆运动学解的并联机器人有能力通过为腿选择适当的关节配置来避免平行奇点[Chablat 1998 a]和自碰撞[Chablat 1998 b]。实际上，取决于腿的关节配置，端部执行器的给定配置可能没有或可能没有奇点和碰撞。无碰撞/奇点工作空间的表征是有用的，但可能是不够的，因为两种配置可以在没有碰撞或奇点的情况下访问，但它们之间可能不存在可行的轨迹。本文的目标是定义最大的区域的工作空间，它是可能的执行轨迹。定义了两类不同的区域：1.末端执行器可以在任何一组点之间移动的那些区域，以及2.可以跟踪任何连续路径的区域。这些地区的特点是从最近定义的平行机械手[Chablat 1998年b]方面和自由方面的概念。这些区域的构建是通过富集技术和使用八叉树结构扩展到大于3维的空间来实现的。说明性的例子表明，这项研究的兴趣，轨迹优化和并联机器人的设计。
2009-10-29 cs.RO
A New Six Degree-of-Freedom Haptic Device based on the Orthoglide and the Agile Eye
Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes（南特通信与控制研究所）
本文的目的是提出一种新的六自由度（自由度）触觉装置使用两个并联机构。第一个称为正交滑动，提供平移运动，第二个产生旋转运动。这两个运动解耦，以简化的直接和逆运动学，因为它是实时控制所需要的。为了减少惯性负载，电机固定在基座上，并使用具有两个万向节的传动装置将旋转运动从基座传递到末端执行器。正滑和敏捷眼机构的主要特点是存在各向同性的配置。腿的长度和正交的范围限制进行了优化，具有均匀的性能在整个笛卡尔工作空间，它具有近立方的工作空间。这些特性允许在整个工作空间中具有高刚度，并且工作空间限制是用户容易理解的。
2007-07-24 cs.RO
CASCLIK: CasADi-Based Closed-Loop Inverse Kinematics
NTNU, Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）；SINTEF DIGITAL（挪威科技工业研究院数字部门）
提出了一种基于约束的闭环逆运动学控制器快速原型设计的Python模块。该模块允许组合多个任务，这些任务通过基于二次、非线性或模型预测优化的方法或基于集合的任务优先级逆运动学方法来解决。基于优化的方法描述了与基于集合的任务方法，并提出了一种新的多维“切锥”功能的基于集合的任务。提供了一个ROS组件，和控制器进行测试，匹配的姿态使用变换矩阵或双四元数，轨迹跟踪，同时保持在一个有界的工作空间，最大限度地提高可操作性在跟踪任务，跟踪输入标记的位置，和力的顺应性。
2019-01-20 cs.RO
Goal Set Inverse Optimal Control and Iterative Re-planning for Predicting Human Reaching Motions in Shared Workspaces
Max-Planck-Institute for Intelligent Systems（马克斯·普朗克智能系统研究所）；Worcester Polytechnic Institute（伍斯特理工学院）
为了实现安全和高效的人机协作，机器人在执行任务时预测人类将如何移动是很重要的。虽然预测人类运动的任务未知的先验是非常具有挑战性的，我们认为，单臂达到已知的任务在协作设置（这是特别相关的制造）的运动确实是可预测的。两个假设是我们预测这种运动的方法的基础：第一，人类执行的轨迹相对于未知的成本函数是最优的，第二，人类对其伴侣运动的适应可以通过迭代重新规划与上述成本函数很好地捕获。因此，我们的方法的关键是学习一个成本函数，它“解释”人类的运动。要做到这一点，我们收集的例子轨迹对参与者使用运动捕捉执行协作装配任务。然后，我们使用逆最优控制从这些轨迹中学习成本函数。最后，我们预测达到运动从人类的当前配置的任务空间的目标区域，通过迭代重新规划的轨迹使用学习的成本函数。我们的规划算法是基于轨迹优化器STOMP，它计划为23自由度的人体运动学模型，并占一个移动的合作者和障碍物的环境中的存在。我们的研究结果表明，在大多数情况下，我们的方法优于基线方法预测运动。我们还表明，我们的方法优于基线预测人体运动时，人类和机器人共享的工作空间。
2016-06-07 cs.RO
Dexterous grasp data augmentation based on grasp synthesis with fingertip workspace cloud and contact-aware sampling
The Department of Mechano-Informatics, Graduate School of Information Science and Technology, The University of Tokyo（机械信息学系，信息科学与技术研究生院，东京大学）
本文提出基于远程操作的框架，通过FSG生成抓取姿态数据，结合AutoWS自动生成指尖工作空间云，提升抓取数据生成效率与鲁棒性。
2026-03-17 cs.RO
Inverse Kinematics for Serial Kinematic Chains via Sum of Squares Optimization
University of Toronto（多伦多大学）；University of Zagreb（萨格勒布大学）；Vector Institute（向量研究所）
逆运动学是关节型机器人的一个基本问题：需要快速准确的算法将任务相关的工作空间约束和目标转换为可行的关节配置。一般来说，串联运动链的逆运动学是一个困难的非线性问题，很难获得封闭形式的解。因此，计算效率高的数值方法，可以适应一般类的机械手是非常重要的。%到运动规划和工作空间生成任务。本文利用凸优化技术求解了二维和三维高冗余度球铰串联运动链带关节极限约束的逆运动学问题。这是通过一种新的制定逆运动学作为最近点问题，并与快速平方和求解器，利用串行机械手的运动约束的稀疏性。我们的方法具有全局最优性的事后认证和多项式的自由度自由度的数量缩放的运行时间的优点。此外，我们证明了我们的凸松弛导致一个全局最优解时，满足一定的条件，并证明经验，这些条件是常见的，并代表许多实际情况。最后，我们提供了我们的算法的开源实现。
2020-10-29 cs.RO math.OC
Optimization and design of a laser-cutting machine using delta robot
DR. B.B.A GOVT.POLYTECHNIC, Karad, India（B.B.A博士政府理工学院）；Roorkee Engineering & Management Technology Institute, Shamli, India（鲁尔基工程与管理技术学院）
工业高速激光操作使用Delta并联机器人由于其结构刚度和有限的移动质量而可能提供许多好处。本文介绍了一种特殊的三角洲，高速激光切割开发。并联三角形机器人与串联机器人相比具有许多优点更高的刚度和连接的链接质量更低，运输更重负载的可能性，以及更高的精度。然而，主要缺点是工作空间较小。在工业切割工具中，最大没有更多的规定测量来切割，因此本文面向并联运动机器人，定义，描述它们在激光切割中的具体应用，比较不同生产商的机器人，确定速度和加速度参数，运动学分析，逆运动学和正运动学。它带来了有关三角洲机器人的发展信息。激光切割机的生产始于三十年前。进展非常快，目前每年有超过3000台激光切割机安装在世界各地。激光切割是激光在金属加工工业中最大的应用之一。
2014-04-24 cs.RO
Self-Motions of General 3-RPR Planar Parallel Robots
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)（国立应用科学学院）；École de Technologie Supérieure (ÉTS)（高等技术学院）；Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes（南特通信与控制研究所）
本文研究了一般3-RPR平面驱动基铰并联机器人的运动几何学。这些机器人，虽然在很大程度上被忽视，但具有简单的正向运动学和大的无奇异工作空间。此外，他们的运动几何是相同的，新开发的并联机器人与SCARA型运动。从3-RPR平面并联机器人的正、逆运动学模型出发，确定了其奇异轨迹的表达式。然后，通过研究直接运动学模型的退化性，用几何方法描述了在所有奇点处的全局行为。特殊情况下的自我运动，然后检查和在这种特殊的配置获得的自由度的运动学解释。最后，一个实际的例子进行了讨论，并在一个实际的机器人原型进行实验验证。
2008-08-08 cs.RO
MVB-Grasp: Minimum-Volume-Box Filtering of Diffusion-based Grasps for Frontal Manipulation
Unitree（单位树）；Intel（英特尔）
本文提出MVB-Grasp方法，通过引入最小体积包围盒几何先验，提升低成本机械臂在受限工作空间中的正前方抓取成功率，结合几何过滤与重评分函数，验证了其在Z1机械臂上的有效性。
2026-05-10 cs.RO
Modeling Kinematic Uncertainty of Tendon-Driven Continuum Robots via Mixture Density Networks
Robotics Center（机器人中心）；Kahlert School of Computing（卡勒特计算学院）；University of Utah（犹他大学）
针对腱驱动连续体机器人运动学建模昂贵且受未建模效应影响的问题，本文用混合密度网络输出几何形状的高斯混合分布，并用于显式规避碰撞的轨迹优化。
2024-04-05 cs.RO
A Distributed Predictive Control Approach for Cooperative Manipulation of Multiple Underwater Vehicle Manipulator Systems
National Technical University of Athens（雅典国立技术大学）
研究了多水下机器人机械臂系统在受限工作空间中的物体协同搬运问题。我们提出了一个非线性模型预测控制（NMPC）的方法，以运输的对象，同时避免显着的约束和限制，如：运动学和表示奇异性，工作空间内的障碍，关节限制和控制输入饱和。更准确地说，通过利用机器人和对象之间的耦合动力学，并使用一定的负载分担系数，我们设计了一个分布式NMPC为每个UVMS，以合作运输的工作空间的可行区域内的对象。此外，该控制方案采用UVMS之间的负载分担，根据其特定的有效载荷能力。此外，反馈依赖于每个UVMS的本地测量，并且机器人之间没有在线交换显式数据，从而减少了所需的通信带宽。最后，在ROS环境下的UwSim动态仿真器上进行了实时仿真，验证了理论研究的有效性。
2019-09-05 cs.RO
Safety-related Tasks within the Set-Based Task-Priority Inverse Kinematics Framework
University of Cassino and Southern Lazio（卡西诺和南拉齐奥大学）
在本文中，我们提出了一个框架，允许自动处理不同类型的安全相关的任务的机器人手臂的运动控制。所开发的控制器是基于任务优先级逆运动学算法，该算法允许机械手的运动，同时尊重定义在关节或在操作空间中的平等为基础的或基于集合的任务的形式的约束。这使得有可能将任务定义为关节限制、避障或限制操作空间中的工作空间。此外，已经实现了一种使用深度测量实时计算机械手与环境中其他物体之间的最小距离的算法，有效地实现了避障任务。Jaco $^2$机械手的实验，在RGB-D传感器用于障碍物检测的环境中操作，显示所开发的系统的有效性。
2019-05-29 cs.RO
Reactive 3D Motion Planning for a Franka Arm via Star-World Workspace Reshaping
研究通过星型世界工作空间重塑实现 Franka 手臂的反应式 3D 运动规划，核心方法是聚类并替换相交膨胀障碍物、用零空间人工势场项避障，对比重塑与未重塑表示，结果显示有前景但也有局限。
2026-07-29 cs.RO math.OC
Forward Kinematics Solution For A General Stewart Platform Through Iteration Based Simulation
Clemson University（克莱姆森大学）
本文提出一种基于迭代模拟的通用Stewart平台正向运动学求解方法，利用逆向运动学数据与修正DH参数生成唯一可行解，免去人工验证，服务于六自由度材料测试系统。
2025-10-26 cs.RO
Working and Assembly Modes of the Agile Eye
École de Technologie Supérieure（高等技术学院）
本文对一种特殊的球形平行腕关节--敏捷眼进行了深入的运动学分析。敏捷眼机器人是一种三足球面并联机器人，具有转动关节，相邻关节轴正交。本文首次证明了它的最大特点是其工作空间是无限的，并且只有六条奇异曲线（而不是曲面）。此外，这些曲线对应于移动平台的自运动。本文还表明，与任何其他复杂的空间机器人，敏捷眼（组装模式）的正运动学的四个解决方案有一个简单的几何关系与八个解决方案的逆运动学（工作模式）。
2007-08-29 cs.RO
Séparation des Solutions aux Modèles Géométriques Direct et Inverse pour les Manipulateurs Pleinement Parallèles
Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes（南特通信与控制研究所）
本文提供了一种形式主义，使之有可能管理的解决方案的正逆运动学模型的完全并联机械手。我们引入了工作模式的概念，以分离的解决方案，从相反的几何模型。然后，我们定义，为每种工作模式，这些机械手的方面。为了将解从正解运动学模型中分离出来，我们引入了特征曲面的概念。然后，我们定义的唯一性域，作为最大的域的工作空间，其中有唯一性的解决方案。这项工作的主要应用是设计，轨迹规划。
2007-05-08 cs.RO
Geometric analysis of generic 3R robots, and necessary and sufficient conditions for a class of orthogonal robots to have four IKS
本文结合代数与几何方法的优势，基于共形几何代数逆运动学模型分析通用3R机器人，提出研究其四个逆运动学解条件的框架，给出一类正交机器人的充要条件。
2026-09-02 cs.RO
CIDGIKc: Distance-Geometric Inverse Kinematics for Continuum Robots
University of Toronto（多伦多大学）
针对连续体机器人在杂乱环境中的逆运动学难题，提出CIDGIKc算法，利用距离几何参数化将非凸问题转化为半定规划序列，实现超过98%的求解成功率。
2023-06-23 cs.RO
Riemannian Optimization for Distance-Geometric Inverse Kinematics
University of Toronto, Institute for Aerospace Studies（多伦多大学航空航天研究所）；University of Zagreb, Faculty of Electrical Engineering and Computing（萨格勒布大学电气工程与计算学院）
该研究将基于距离的逆运动学等价为距离几何问题，提出在固定秩 Gram 矩阵黎曼流形上补全部分欧氏距离矩阵，并用边界平滑初始化，以提升多约束问题的求解成功率。
2023-12-10 cs.RO
Cellular Decomposition for Non-repetitive Coverage Task with Minimum Discontinuities
Zhejiang University（浙江大学）；University of Technology Sydney (UTS)（悉尼科技大学）
在这项工作中，提出了一种机制，以获得非重复性的覆盖路径的解决方案，证明了最小数量的不连续性，其目的是避免不必要的，昂贵的末端执行器抬离机械手。这个问题是由物体的自动抛光引起的。由于工作空间和关节空间之间的非双射映射，工作空间中的连续覆盖路径可能容易在关节空间中被截断，从而导致不期望的末端执行器抬离。因此，通过逆运动学的解，可以有多个配置选择来覆盖覆盖路径的相同点。该解决方案从传统的局部优化任务空间中的覆盖路径形状，或选择适当的，但可能断开的配置，而不是明确地探索最少数量的不连续运动，通过分析的有效配置的结构在联合空间。本文的两个新的贡献包括证明，最少数量的路径不连续性是预测周围的环境，独立于实际覆盖路径的选择，因此具有最小值。以及一种高效的有限单元分解方法，将工作空间最佳地划分为最少数量的单元，每个单元都可以被内部的任何任意覆盖路径不间断地穿过。广泛的仿真例子和现实世界的结果5自由度机械手证明所提出的策略在现实环境中的有效性。
2020-01-27 cs.RO
The Isoconditioning Loci of A Class of Closed-Chain Manipulators
Institut de Recherche en Cybernétique de Nantes（南特控制论研究所）；École Centrale de Nantes（南特中央理工学院）；McGill University（麦吉尔大学）
本文研究的对象是一类特殊的闭链机器人。首先，我们分析一族二自由度五杆平面连杆机构。两个雅可比矩阵出现在关节速率和笛卡尔速度矢量之间的运动学关系中，它们被称为"逆运动学"和"正运动学"矩阵。它表明，在工作空间的点的轨迹，其中的条件数的直接运动学矩阵保持不变，即，等条件轨迹是在锁定连杆机构的中间接头时获得的四杆连杆机构的联接器点。此外，如果两个驱动转动体的中心线作为第三个驱动转动体的轴线，则得到一个三自由度的混合机械手。该机械手的等条件轨迹是由二自由度机械手的等条件曲线生成的回转面，其对称轴是第三驱动回转体的对称轴。
2007-07-13 cs.RO
Planning of efficient trajectories in robotized assembly of aerostructures exploiting kinematic redundancy
University of Salerno（萨莱诺大学）
随着时间的推移，航空航天生产量不断增加，机器人解决方案已逐步引入航空装配线，以实现高质量标准，高生产率，灵活性和降低成本。机器人工作单元有时以安装在滑道上的机器人为特征，以增加机器人工作空间。滑动引入了额外的自由度，使系统在运动学上冗余，但该功能很少用于提高性能。本文提出了一种新的概念，在轨迹规划，利用冗余，以满足额外的要求。采用动态规划技术，计算优化的轨迹，最小化或最大化感兴趣的性能指标。该用例定义在LABOR（复合材料航空结构的精益自动化装配和控制）项目上，该项目采用安装在线性轴上的两个协作的六轴机器人来执行机身壁板的装配操作。考虑到该工作单元的需求，最大限度地减少了不必要的机器人运动以提高安全性，最大限度地提高了机械刚度以增加钻孔操作期间的稳定性，避免了碰撞，同时遵守了关节限制和可用的规划时间。在仿真环境中进行实验，在那里执行的最佳轨迹，突出显示所产生的性能和改进相对于非优化的解决方案。
2021-07-09 cs.RO
Fast Functionally Redundant Inverse Kinematics for Robotic Toolpath Optimisation in Manufacturing Tasks
CSIRO（澳大利亚联邦科学与工业研究组织）
本文提出了一种利用任务空间分解方法和阻尼最小二乘法的快速功能冗余逆运动学算法，用于优化机器人在非平面表面的冷喷涂工具路径。
2025-12-10 cs.RO
IKSel: Selecting Good Seed Joint Values for Fast Numerical Inverse Kinematics Iterations
Osaka University（大阪大学）
本文提出一种基于KDTree和关节空间调整的种子选择策略，结合失败重试机制，构建了快速且高成功率的数值逆运动学求解器，优于传统数值和基于学习的方法。
2025-03-28 cs.RO
Analytical Inverse Kinematic Solution for "Moz1" NonSRS 7-DOF Robot arm with novel arm angle
Ke CHEN
本文提出了一种针对Moz1七自由度机器人臂的解析逆运动学解法，通过引入新型臂角解决奇异性问题并提供完整的解空间。
2026-02-04 cs.RO math.OC
The Orthoglide: Kinematics and Workspace Analysis
Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics（白俄罗斯国立信息与无线电电子大学）；Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes（南特通信与控制研究所）
本文讨论了三自由度并联机构的运动学和几何学方面的问题。该机器由三个固定的线性关节，这是正交安装，三个相同的腿和一个移动平台，它在笛卡尔x-y-z空间移动与固定的方向。提出了求解逆/正运动学的新解决方案，并考虑到特定的关节极限约束进行了详细的工作空间分析。
2007-05-10 cs.RO
Development of Direct Kinematics and Workspace Representation for Smokie Robot Manipulator & the Barret WAM
The University of Tennessee（田纳西大学）
本文讨论了两个6自由度手臂机器人的建模。机器人建模的第一步是建立其Denavit-Hartenberg参数。它需要为每个链接分配适当的坐标并找到它们的确切尺寸。在这个项目中，我们将开发两个机械手的正运动学和工作空间表示：烟雾机器人和巴雷特WAM。在求出D-H参数并建立变换矩阵后，利用MATLAB编程实现了它们的变换。
2017-07-18 cs.RO
Kinematics and Workspace Analysis of a Three-Axis Parallel Manipulator: the Orthoglide
Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics（白俄罗斯信息与无线电电子大学）；Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes（南特通信与控制研究所）
本文讨论了三自由度并联机构的运动学和几何学方面的问题。该机器由三个固定的线性关节，这是正交安装，三个相同的腿和一个移动平台，它在笛卡尔x-y-z空间移动与固定的方向。提出了解决逆/正运动学的新解决方案，并进行了详细的工作空间和奇异性分析，同时考虑到特定的关节极限约束。
2007-08-27 cs.RO
Kinematic Parameter Optimization of a Miniaturized Surgical Instrument Based on Dexterous Workspace Determination
Chongqing University（重庆大学）；Chongqing University-University of Cincinnati Joint Co-op Institute（重庆大学-辛辛那提大学联合学院）；Imperial College London（帝国理工学院）
机器人辅助医疗保健和治疗非常需要小型化仪器，特别是对于微创手术，因为它可以更灵活地进入受限的解剖干预。但是，由于小型化和大灵活工作空间的操作能力的矛盾需求，机器人的设计更具挑战性。因此，在这种情况下，运动学参数优化具有重要意义。为此，本文提出了一种基于灵巧工作空间确定的方法，用于在必要的约束下设计小型化肌腱驱动手术器械。工作空间的确定是通过边界确定和分区和最小二乘多项式拟合方法的体积估计。最后的机器人配置与优化的运动学参数被证明是合格的足够大的灵巧工作空间和目标的小型化尺寸。
2021-07-08 cs.RO
Workspace and Kinematic Analysis of the VERNE machine
本文介绍了工作空间和逆运动学和正运动学分析的VERNE机，一个串行/并行5轴机床设计的Fatronik的IRCCyN。该机床由三自由度并联模块和两自由度串联可倾工作台组成。平行模块由一个移动平台组成，该平台通过三个不同的腿连接到固定基座。该特征涉及（i）移动平台的旋转和平移的同时组合，其通过倾斜台平衡，以及（ii）其形状和体积作为工具长度的函数而变化的工作空间。本文总结了在欧洲项目NEXT（“下一代生产系统”）的背景下取得的成果。
2007-07-24 cs.RO
Topology design and analysis of a novel 3-translational parallel mechanism with analytical direct position solutions and partial motion decoupling
Changzhou University（常州大学）
根据基于位姿特征方程的并联机构拓扑设计理论和方法，设计了一种新型3平移并联机构，该机构具有3个优点：1)它由三个驱动的棱柱关节组成，2）PM具有解析的直接位置解，3）PM具有部分运动解耦特性。首先，计算了机构的主要拓扑特征，如POC、自由度和耦合度，并进行了运动学建模。由于3-平移的特殊约束特性，可以直接获得PM的解析位置正解，而不需要使用一维搜索方法。根据逆运动学，分析了永磁机构奇异位形的产生条件以及工作空间内的奇异位置。
2019-07-19 cs.RO
Kinematic and stiffness analysis of the Orthoglide, a PKM with simple, regular workspace and homogeneous performances
Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics（白俄罗斯信息与无线电电子大学）；Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes（南特通信与控制研究所）；CNRS（法国国家科学研究中心）
该并联机床是一种Delta型并联机床，专门用于三轴快速加工应用，最初于2000-2001年在IRCCyN开发，以满足串行三轴机床（常规工作空间和均匀性能）和并联运动结构（良好的动态性能和刚度）的优点。该机器有三个固定的平行直线接头，垂直安装。该系统的几何参数被定义为无奇点和内部碰撞的三次笛卡尔工作空间的大小的函数。有趣的特点是一个规则的笛卡尔工作空间形状，在所有方向上的一致性能和良好的紧凑性。本文提出了一种分析过约束Delta型机器人刚度的新方法。然后，根据几何、运动学和刚度标准，对螺旋桨进行基准测试：工作空间与足迹比、速度和力传递系数、对几何误差的敏感性、扭转刚度和平移刚度。
2007-07-21 cs.RO
J-PARSE: Jacobian-based Projection Algorithm for Resolving Singularities Effectively in Inverse Kinematic Control of Serial Manipulators
Departments of 1 Mechanical Engineering and 2 Computer Science（机械工程与计算机科学系）
J-PARSE通过安全雅可比矩阵投影实现逆运动学控制，在接近奇异点时保证稳定性与精度，适用于操作机的 teleoperation 和学习应用。
2026-09-22 cs.RO
Machine Learning-based Framework for Optimally Solving the Analytical Inverse Kinematics for Redundant Manipulators
TU Wien（维也纳工业大学）；University of Liverpool（利物浦大学）；Austrian Institute of Technology GmbH (AIT)（奥地利技术研究院有限公司）
实时的求解冗余度机器人的解析逆运动学（IK）是机器人学中的一个难题，因为其解对于给定的目标位姿是不唯一的。此外，相对于应用特定的需求选择最佳IK解决方案有助于提高鲁棒性，并增加成功率时，驱动机械手从其当前配置朝向所需的姿势。这是必要的，特别是在高动态任务中，如在飞行中捕捉物体。为了在轨迹规划上下文中针对给定的目标姿态在关节空间中计算合适的目标配置，必须考虑各种因素，例如行进时间或可操纵性。然而，这些因素增加了整体问题的复杂性，从而阻碍了实时实现。本文提出了一种冗余度机器人运动学逆解的实时计算框架。为此，冗余操纵器的分析IK通过所谓的冗余参数来参数化，所述冗余参数与目标姿势组合以产生唯一的IK解决方案。现有的文献中的大多数作品要么试图近似的直接映射从所需的姿势的机械手的解决方案的IK或集群的整个工作空间，以找到IK解决方案。相比之下，建议的框架直接学习这些冗余参数，通过使用神经网络（NN），提供最佳的IK解决方案相对于可操作性和接近当前的机器人配置。蒙特卡洛模拟表明，所提出的方法是准确和实时的能力（$\approx$ \SI{32}{\micro\second}）的库卡LBR iiwa 14 R820的有效性。
2023-03-26 cs.RO
RAM: Reachability Across Morphologies
Department of Computer Engineering（计算机工程系）；German Electron Synchrotron Technical University（德国电子同步加速器技术大学）；Technical University Munich（慕尼黑技术大学）；University of Hamburg（汉堡大学）
提出一种形态条件隐式神经表示RAM，快速、可微地预测可达性并泛化至未见形态，基于前向运动学生成大规模数据集训练，在纳秒级推理中F1达86%，显著加速形态和轨迹优化。
2026-10-14 cs.LG cs.RO
PAKE: Learning Whole-Body Loco-Manipulation with Partial Kinematic Embeddings
The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））；Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
研究针对高自由度机器人全身移动操作面临的挑战，提出将其分解为部分参考运动生成和低级模仿控制的框架，用KNF模型生成参考运动，经高低级控制器实现精确控制，在模拟和硬件实验中均表现优异，为相关操作提供实用方案。
2026-10-21 cs.RO
