机器人手臂轨迹规划的研究

研究了服务机器人手臂关节空间的轨迹规划问题.利用三次B样条函数对机器人手臂的5个关节变量进行插值,使规划的轨迹函数连续并平滑,从而保证机器人运动的平稳性.实验表明,这种轨迹规划方法是准确和可行的.     

基于粒子群优化算法的绳驱动连续体机器人轨迹规划

为提高绳驱动连续体机器人运动的平滑性和稳定性,在关节空间和笛卡尔空间研究了基于样条函数和粒子群算法的轨迹规划问题。首先,采用双参数局部指数积公式建立连续体机器人的运动学模型;其次,根据牛顿-拉夫森迭代方法进行逆运动学求解;最后,基于自适应惯性权重的粒子群时间最优化算法结合五次B样条函数,分别实现了连续体机器人在关节空间和笛卡尔空间的轨迹规划。仿真结果表明：在相同的条件下,两种方法均可得到连续体机器人末端的连续轨迹,速度均小于10 mm/s,加速度均小于20 mm/s²;基于关节空间规划出的关节位移、速度、加速度曲线更为平滑,关节空间规划用时9.219 3 s,笛卡尔空间规划用时10.604 6 s。基于粒子群优化算法的绳驱动连续体机器人轨迹规划研究,提高了连续体机器人的运动性能,可为绳驱动连续体机器人的位姿规划提供参考。     

基于改进遗传算法的工业机器人能耗最优轨迹规划

为了降低工业机器人在工作过程中的能耗,提出了一种能耗最优的轨迹规划方法。将机器人的轨迹视为由空间中一系列的型值点构成,每相邻的型值点间由一段五次B样条曲线连接,得出机器人的轨迹函数。以动能作为目标能耗函数,同时考虑各个关节的运动学和动力学约束。对遗传算法进行改进,用于优化目标能耗函数,此改进遗传算法提高了算法的运算效率、局部搜索能力和实时性。对优化结果进行仿真,得出各个关节的运动学参数变化曲线,分析各个关节的曲线图知其均满足运动学和动力学约束条件,验证了此优化轨迹的合理性。     

串联机器人运动学建模与轨迹规划研究

以IRS3003机器人为研究对象对六自由度串联机器人的运动学建模及轨迹规划方法进行研究,采用D H建模方法,结合Matlab Robotics机器人工具箱建立IRS3003机器人运动模型,对机器人操作空间进行运动学分析.采用五次多项式插值方法,基于PPO路径规划码垛轨迹,分别实现机器人在关节空间和笛卡尔空间的轨迹规划与...     

机器人关节空间的轨迹规划及仿真

为了保证搬运机器人在整个作业过程中运行平稳、连续,在关节变量空间直接进行轨迹规划,通过示教的方法,确定路径所经过的几个中间点。对于没有给定的区间,则利用5次多项式进行轨迹插补,可方便、实时地得到机器人末端执行器的目标轨迹。应用该方法对搬运机器人关节空间轨迹规划进行仿真,得到的机器人工作过程中4个关节的位移、速度、加速度的仿真直线平滑、连续。实际运行也证明搬运机器人的关节运动的轨迹控制达到了预期的目的。     

机器人轨迹规划的一个新方法

为了实现机器人所期望的运动,需要在关节坐标系或直角坐标中来描述和定义机器人的轨线与有关的姿态。机器人操作器末端的位置、姿态、速度和加速度在轨迹规划中应是连续的.同时考虑到CP 控制机器人的一般作业要求,作者导出了5-4-5样条函数.其次,利用相对当前工具坐标的欧拉变换来表示下一点的姿态,从而提高了姿态规划的效率.最后,作者用5-4-5样条函数实现关节与直角坐标空间平滑连接与切换。     

一种4自由度高速并联机械手动态特性分析

以一种可实现SCARA运动的4自由度高速并联机械手(Cross-Ⅳ机械手)为研究对象,将运动学理论和虚拟仿真相融合,研究一种分析高速/高加速运动机构轨迹误差的系统性策略和方法.以运动学逆解模型为基础,获得Cross-Ⅳ机械手在给定运动轨迹和运动规律时的驱动关节位置数据曲线.利用三维CAD模型,通过有限元软件ANSYS和机械动力学软件ADAMS联合建模,创建Cross-Ⅳ机械手的刚柔混合模型.将驱动关节位置数据代入刚柔混合模型,仿真得到系统重力和惯性力引起的构件弹性形变导致的末端轨迹误差,并分析各向轨迹误差和综合误差随负载、运动规律和工作平面不同的变化规律,为机械手轨迹规划、运动规律优选和误差控制提供理论支撑和分析方法.     

多关节跳跃机器人的起跳机理与运动规划分析

在给定离地任务要求的情况下,针对多关节冗余自由度跳跃机器人起跳机理及运动规划与优化问题进行了研究.以速度方向可操作度为性能指标,将期望的离地质心速度和加速度映射到关节空间,作为关节空间规划的边界条件.采用Fourier基函数参数化关节空间轨迹,从正运动学方程出发,结合驱动约束条件,利用粒子群优化算法搜索和寻求使能量利用率最大的参数值,实现起跳性能的优化.利用计算机仿真证实了此种方法的可行性.此外还建立了滑模控制器,实现起跳阶段轨迹跟踪控制仿真分析,为具有冗余自由度的多关节跳跃机器人的运动规划提供了一种有效的方法.     

水轮机修复机器人修复区域建模与仿真

提出基于Matlab-CAMC实现水轮机修复机器人工作空间修复区域仿真的方法.构造了一种3层小脑神经网络(CMAC).以机器人示教得到的修复区域位置信息为CMAC网络输入空间的输入向量,用扩展B样条函数作为CMAC非线性映射的基函数,用合并单变量函数exp()训练CMAC,用Matlab语言工具箱和编辑器进行程序设计并仿真,为机器人的运动规划、轨迹规划和工艺参数规划提供了依据.     

复杂空间轨迹焊接过程运动规划方法

在复杂空间轨迹构件自动焊接场合,对执行机构运动参量的合理、准确规划是保证良好焊缝成形质量和冶金质量的前提。针对已有的运动规划方法未能在空间轨迹焊接中满足焊接速度和位姿恒定等工艺要求问题,该文提出了一种适用于任意复杂空间轨迹焊接的运动规划方法。该方法首先对待焊轨迹上的离散点进行B样条插补,然后建立空间轨迹焊接运动学模型并进行逆运动学求解,获得每个时刻各关节的位移和瞬时速度。仿真计算结果表明:该方法可保证在整个焊接过程中焊接区始终处于水平状态,且焊接速度、焊炬倾角、焊炬末端与焊接区距离保持恒定的预设值。该文提出的焊接运动规划可应用于复杂空间轨迹电弧焊、激光焊和搅拌摩擦焊等自动焊接场合。     

机械臂关节空间B样条曲线轨迹规划

在关节空间使用B样条曲线对机械臂进行轨迹规划 ,并与分段 3次样条曲线进行比较 ,用B样条方法进行轨迹规划的具有分段处理性、计算速度快、以及计算机内存占用较少等优点     

基于NURBS算法的冗余机械臂轨迹规划

为有效抑制机械臂高速运动过程中的波动,提出一种基于NURBS(非均匀有理B样条)算法的七关节冗余机械臂轨迹规划方法。根据NURBS算法的性质,将关节运动路径点作为曲线控制点,根据绝对运动距离计算出非均匀节点矢量,把权因子作为控制变量进行速度、加速度条件约束,完成对由离散点组成的机械臂各关节特定轨迹进行逼近。通过计算机对建模和仿真,验证了该算法在冗余机械臂轨迹规划中的可行性和有效性。     

三次均匀B样条在工业机器人轨迹规划中的应用研究

工业机器人在加工不规则工件时用直线和圆弧轨迹逼近工件外形的方法不能满足加工要求。为了解决这一问题,研究三次均匀B样条曲线拟合方法在工业机器人轨迹规划算法中的应用,目的是使机器人末端以三次B样条的曲线轨迹通工件上各加工点。首先,分析三次均匀B样条曲线的特性,给出了三次均匀B样条曲线的表达式。然后,在增加曲线自由端点条件后、使用追赶算法快速反算出控制点;使用预估校正的方法对速度进行规划,使机器人末端速度以梯形加减速规律变化。最后,以国产某型号工业机器人为本体,对所提算法进行仿真验证,给出了该型机器人的关节连杆模型和D-H参数。仿真效果良好,证明该算法具有可行性。     

基于UMAC的工业机器人运动控制系统设计

文章建立了RB 08型工业机器人D-H模型,对机器人的运动学求解进行了分析;设计了一种基于工业控制计算机(IPC)和运动控制器(UMAC)的模块化分布式机器人控制系统,搭建了机器人运动控制系统硬件平台,完成了控制系统的人机界面、路径规划、示教在线和运动学求解等功能模块的软件设计;最后,针对RB 08机器人工作空间内的2个相邻位置点,进行了笛卡尔空间内的三次样条轨迹规划实验,验证了系统软件的各模块功能软件,同时得到了关节空间内各关节分别采用直线插补和样条插补时的位置跟随误差。     

基于混合样条曲线的换刀机器人换刀轨迹规划研究

为研究换刀机器人能沿特定路线平稳运动的问题,对机器人模型进行运动学分析和轨迹规划.利用旋量理论推导出机器人的运动学模型,结合蒙特卡洛法仿真得到了机器人末端工作空间的分布情况. 提出一种多节点多样条曲线运动的轨迹规划方法,以关节位移、角速度和角加速度为评价指标,分别采用3-3-3,5-5-5和4-5-5样条曲线进行了轨迹规划.样机平台试验表明,4-5-5混合多项式可以得到较平稳的加速度变化曲线,有效解决了加速度发生阶跃和突变过大的现象.以上研究为机械臂复杂换刀路径的轨迹规划提供了基础.     

随车吊机械臂的吊装轨迹规划方法

针对8自由度随车吊吊运作业中的抓取段路径规划问题，通过任务描述建立了其运动学模型，提出了一种笛卡尔空间的S型速度规划与关节空间的六次多项式插值相结合的方法进行轨迹规划，并进行了仿真分析。研究结果表明，该方法能够按照预定路径运动，运动过程平稳无振动，并且具有较高精度。     

喷浆机械手时间最优与脉动最优轨迹规划

为提高喷浆机械手的作业效率,减小机械手的振动,基于三次样条函数插值法,提出一种用于机械手的最优轨迹规划方法,对喷浆机械手轨迹进行规划.采用加权系数法定义目标函数,同时考虑关节速度、加速度、脉动以及动作时间等约束条件,使机械手运动过程中的动作时间和脉动在某种程度上达到综合最优.采用序列二次规划算法求解最优运动的时间,规划出满足要求的最优轨迹.研究结果表明:采用此方法对喷浆机械手进行轨迹规划是合理的和有效的;该方法可以解决时间最优轨迹脉动较大和脉动最优轨迹动作时间过长的问题,为非线性约束条件下机械手时间与脉动综合最优轨迹规划问题提供了一种解决方案.     

高速并联机械手抓放操作时间最优轨迹规划

提出了一种两平动自由度高速并联机械手——Diamond机构的时间最优轨迹规划方法．首先分析得到3次样条规律的操作空间轨迹误差与关节空间插扑节点间距的4次方成正比，然后确定出典型抓放操作轨迹各段的最大插补间距并获得抓放轨迹上一组最少轨迹点序列，有效提高了计算效率。 在此基础上，以关节速度、加速度和其变化率，以及关节驱动转矩为约束条件，以抓放时间最短为目标，采用复合型优化法计算出电池分选操作的最大和最小单程运行时间分别为0．21S和0．13S，平均分选速度超过100次／min。该方法已成功应用于由4台Diamond机械手构成的高性能锂离子电池分选系统。     

复杂轮廓曲线的样条插补与速度规划方法

针对复杂轮廓曲线数控加工高速高精度控制要求,基于B样条曲线理论,提出了3次B样条曲线插补算法,通过预判加工速度,采用3次B样条曲线不同段间连接点的切矢量求解,建立以时间为参数的样条曲线方程,同步完成插补轨迹规划和速度规划.经过仿真分析表明,该算法的计算效率高,可满足加工精度与速度平滑要求.     

多段连续结构手功能康复外骨骼运动规划与结构优化

针对现有康复机器人手指运动轨迹仿生度低、轨迹规划策略与正常人手指运动轨迹差异较大的问题,提出了基于Tau-jerk引导策略的手指运动轨迹规划方法。首先建立外骨骼机器人的运动学模型,并用ABAQUS进行运动学仿真,引入修正系数调整运动学模型;然后以jerk值为耦合对象,推导出内部Tau-jerk引导策略,引入最小做功和最小面积确定最优轨迹和最优多段连续结构;最后比较了Tau-jerk规划的运动轨迹与多项式插值方法规划的轨迹同真实人手运动轨迹的偏差。实验结果表明:采用Tau-jerk轨迹规划的外骨骼运动平均关节角度误差小于1.5°,且平均指尖轨迹误差小于1 mm;与3次多项式插值和3、4、5次多项式插值运动规划相比,Tau-jerk轨迹规划方法更符合人手指运动轨迹。