关节型机器人高承载轨迹规划方法

针对机器人在工作过程中存在关节载荷较大等问题，以饰面作业机器人（以下简称Hebut-KB机器人）为研究对象，提出一种面向大载荷施工作业环境下机器人驱动承载能力最优的轨迹规划方法。首先，对Hebut-KB机器人运动学及简化刚体动力学进行分析，使用多目标遗传算法（NSGA-II）求出在满足运动学与动力学约束条件下的多组优化解，然后建立起关节型机器人驱动承载能力的评价指标，最后通过驱动承载能力评价指标选取出潜在最优解。仿真和实验表明，使用驱动承载能力评价函数选取出的解可以达到综合最优效果，有效的提升了机器人的承载能力。     

改进遗传算法在6-RSS并联机器人机构设计中的应用

以6-RSS并联机器人Jacobian矩阵的条件参数为优化设计目标函数,提出了改进的遗传智能优化设计方法.采用实值编码,对6-RSS平台进行了优化设计,得到了最优运动学的6-RSS平台结构参数,通过与拟牛顿法得出的结果比较,证实了改进遗传算法在并联机器人结构优化设计中的有效性和优越性.     

一种混合驱动的上肢康复外骨骼机器人设计

针对现有上肢康复外骨骼机器人的驱动问题,设计一种混合驱动的上肢康复外骨骼机器人,肩关节由电机直接与关节相连驱动,肘关节与腕关节由电机与绳索配合驱动。按照人体上肢解剖学结构设计出外骨骼机器人的本体结构和基本属性,分析肘关节运动原理,进行绳驱动关节张力分析,运用D-H法建立机器人的运动学模型,分析正运动学,通过ADAMS软件对机器人进行动力学仿真,运用CUBSPL函数作为驱动得出各关节的力矩变化,为后面各个关节电机的选型提供依据。     

Delta机器人拾放操作门型轨迹优化与ANPD控制试验

为实现Delta机器人稳定快速拾放作业,基于次数和长短轴可变的3参数Lamé曲线构造笛卡尔空间门型运动轨迹,采用非对称6次多项式规划门型路径的运动规律,推导离散时间下的位移、速度和加速度公式。为进一步平滑运动轨迹,以关节力矩变化率均值为优化目标,采用遗传算法对Lamé曲线的3个参数进行综合优化,提出Lamé曲线次数的选取方法。在此基础上,通过引入一类饱和非线性函数设计Delta机器人增广非线性PD(ANPD)控制器,对自主设计的机器人开展控制试验。结果表明,该轨迹优化方法能获得平滑运动轨迹,机器人轨迹跟踪误差小,重复定位精度高。     

基于MATLAB Robotics工具箱的SCARA机器人轨迹规划与仿真

为研究SCARA机器人的轨迹规划,在MATLAB环境下,对该机器人运动学参数进行了设计,利用Robotics toolbox工具箱编制了简单的程序语句,建立该机器人运动学模型,讨论了标准D-H参数和改进D-H参数建模方法的区别,并对机器人的轨迹规划进行了仿真.通过仿真,直观地显示了机器人关节的运动,得到了连续平滑的机器人关节角度轨迹曲线.仿真实验表明,所设计的运动学参数是正确的,从而达到了预定的目标.该工具箱可以对机器人进行图形仿真,分析真实机器人控制时的数据结果,对机器人的研究开发具有较高的经济实用价值.     

基于时间-冲击的喷胶机器人轨迹优化算法

针对喷胶机器人时间-冲击等多目标优化的轨迹规划问题,提出基于时间-冲击最优的轨迹优化算法,优化喷胶机器人的运行时间和冲击(加加速度)两个效果相反的目标.采用4-5-6多项式插值曲线作为关节空间内的插值轨迹,确保机器人运动的连续性和平稳性;在关节角速度、角加速度和角加加速度的运动学约束下,利用多目标粒子群优化(multi...     

工业机器人最优轨迹规划算法

为优化机器人的工作性能,在分析工业并联机器人工作特性的基础上,将执行时间最优、跃度最小、能量最小、运动学和动力学约束为目标函数,应用惩罚函数法并加入初始速度、加速度、跃度和力矩约束,且目标约束条件中加入谐振频率限制,依据所建立的目标函数进行了遗传算法优化求解,对所得结果进行了三次样条插值,并在一台三自由度的工业搬运并联机械手上进行了实验。结果表明,在保证工作效率和节约能量的条件下,该轨迹规划方法可以减少机械部分的跃度,避免机械部分的谐振,降低机械和电机的磨损。     

一种焊接机器人的运动学分析及轨迹规划方法

首先, 设计了一种焊接机器人的机构, 改进了传统串联式焊接机器人因电机安装在关节处而带来的动力学上的不足. 然后, 使用D-H 坐标系法进行了正运动学求解, 并利用反变换法进行了逆运动学求解. 之后, 提出了一种新的轨迹规划方法, 通过求解目标轨迹上一系列离散点的逆解, 并利用Matlab 软件对逆解进行多项式拟合, 将输入函数转化成简单的多项式表达形式, 为下一步设计控制系统提供了一条更简捷的途径. 最后, 利用Pro/E 软件的机构仿真对该方法进行了验证, 证明了其准确性.     

轻型抓取机器人的优化设计与路径规划

针对一种轻型抓取机器人,对其进行了构型优化设计和相关工作路径的研究.在各臂旋转到同一条直线上时,以对各个关节的转动惯量最小为优化目标,得出轻型抓取机器人各臂的最优臂长,并针对抓取时的稳定性进行了设计.运用三次多项式对机器人的点到点运动和有中间点的运动进行了轨迹规划,得到了各个关节的位移和角速度方程,并用实例进行了计算.利用Matlab Robotics工具箱对轨迹规划的结果进行了验证.     

采用Matlab的六自由度机器人三维运动学仿真

对SA1400型六自由度工业机器人进行三维的运动学建模与仿真,建立机器人的正逆运动学方程,并得到正逆解.为验证方程及所求解的正确性,首先,使用Solidworks建立机器人各个部件三维模型;然后,用Matlab将所求得的正逆解编写为程序,导入机器人各部件,利用Matlab的三维绘图功能,以显示机器人的三维模型,并对机器人按轨迹运动的过程进行动态仿真,记录运动过程中机器人各关节角度值的变化,提示求解得到的不合理角度值和奇异点.结果表明:仿真过程较真实地模拟了实际机器人的运动情况,仿真结果达到预期目标,证明根     

Multi-objective Optimal Trajectory and Placement of a Robot for Cotton Yarns Handling

This study deals with a robot manipulator for yarn bobbin handling in the cotton yarns lattice distortion modification system.The aim is to achieve an operation of yarn bobbin handling with minimal execution time,energy consumption and jerk in motion together.The placement of the robot,in relation to the yarn bobbin stations,is also optimized in conjunction of trajectory optimization.Three possible techniques for building the handling traj'ectory were considered:the quaternion spherical linear interpolation in Cartesian space,the quintic polynomial spline and quintic B-spline in joint space.The genetic algorithm(GA) was used to optimize the trajectories of the robot,with a penalty function to handle nonlinear constraints associated in the robot motion.Two simulations of the optimal trajectory in joint space and the placement of robot were carried out and the results obtained were presented and discussed.It is concluded that the quintic polynomial spline constructs a better trajectory in joint space and the proper placement of robot makes better performance.     

高压输电线路带电检修机器人作业臂运动优化

针对完全依靠人工带电拧紧高压输电线路引流板螺栓作业效率低、劳动强度大、高空和高电压危险的问题,研制了一种双臂和双机械手的引流板螺栓拧紧带电检修机器人。通过各关节的轨迹规划双作业臂及其末端由初始位姿运动到螺栓螺母对准状态是机器人顺利完成检修作业的关键。针对现有多项式插值关节轨迹规划依赖于轨迹端点时刻,导致该方法实用性差及关节轨迹运动过程中忽略驱动机构对关节状态制约的问题,提出基于Min-Max时间标准化的改进多项式插值关节轨迹规划方法。基于该方法,以关节运动时间为优化对象,提出满足关节轨迹运动全程约束条件的关节运动时间区间范围的求取方法。通过仿真实验验证了改进算法关节轨迹仅与轨迹端点状态及运动时间有关,而与端点时刻无关,进一步淡化轨迹端点时刻对关节轨迹的影响,提高算法的实用性。通过选取最优关节轨迹运动时间,满足了关节状态全程状态约束要求,从而避免超调的发生,优化了各关节运动轨迹,提高了关节运动的效率。最后通过现场试验进一步验证改进算法的工程实用性。     

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。     

基于能量惩罚的多机器人任务分配优化方法

针对多机器人任务分配中存在的能量消耗不均衡问题,提出了基于能量惩罚策略的遗传算法完成任务分配与任务序列的优化过程.首先,建立多机器人任务分配的数学模型,每项任务设定不同的难度系数,以机器人完成任务所消耗的总能量为优化目标,并确定安全能量的约束条件;然后在每次迭代中通过计算每个机器人相对平均能耗的超额进行能量惩罚以寻求能...     

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.     

基于线性倒立摆模型的双足机器人步态规划

为解决多关节自由度双足机器人的步态规划问题, 提出了一种改进的三维线型倒立摆模型步态规划算 法。 该方法将双足机器人简化为三维线性倒立摆模型, 在得到机器人的质心参考轨迹的同时规划摆动腿的轨 迹, 通过机器人的运动学逆解即可求出各关节运动序列。 在对质心轨迹求解过程中, 与传统方法通过双脚支撑 阶段调整质心速度实现步态稳定的方法不同, 该算法通过求解支撑腿最优交替时刻的方法最大化单脚支撑阶 段的范围, 实现机器人的高效稳定行走。 以 NAO 机器人为实验对象, 对算法进行了仿真实验, 实验结果表明, 该算法是可行、 有效的。     

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。     

Trajectory Optimization and Motion Simulation of a Flexible Polishing Industrial Robot for Watchcases

To optimize the working time of the flexible polishing industrial robot for watchcases, the polishing efficiency should be improved. Based on the quintic B-spline fitting curve trajectory planning method associated with the optimal time interval and the trajectory point angle, the trajectory route of the flexible polishing industrial robot for case parts was optimized by the Matlab software. The operation time of the flexible polishing industrial robot could reach the optimal level. The joints of the robot can be cooperated with each other to ensure that the motion track of the end-effector of the robot arm is closer to the expected motion track. Based on the Adams software, the obtained trajectory curve of multi-objective optimization was simulated, which verified the trajectory fitted after multi-objective optimization. The angular acceleration and angular plus acceleration curves were improved. Theoretical guidance was carried out for the subsequent experiment by Matlab and Adams simulation analysis.