多臂凿岩机器人的碰撞检测方法研究

针对多臂凿岩机器人在隧道工作中易发生碰撞事故的问题,提出了一种多臂凿岩机器人的碰撞检测算法.该算法通过对机器人各机械臂间、钻臂与隧道间的实时距离进行计算和碰撞判别,实现凿岩机器人的碰撞检测.以空间圆柱体包络盒作为凿岩机器人各机械臂的碰撞检测模型,将凿岩机器人各机械臂间的碰撞检测问题转化为空间圆柱体包络盒距离求解问题,提出了一种空间两圆柱体碰撞判别方法.将钻臂与隧道轮廓的碰撞问题转化为钻臂在隧道壁面的投影矩形与隧道壁面的干涉问题,提出了一种钻臂与隧道轮廓的碰撞判别方法.最后在MATLAB软件和实际多臂凿岩机器人上进行实验,实验结果表明:该算法能实时检测凿岩机器人各机械臂间、钻臂和隧道间的碰撞情况,在钻臂进入非安全范围时及时给出碰撞信号,使系统及时预警从而避免碰撞干涉事故的发生.     

基于改进蚁群算法的六自由度机械臂路径规划

针对空间六自由度机械臂路径规划问题,提出了一种基于改进蚁群算法的路径规划方法。以ABB1410型号的六自由度工业机械臂为研究对象,建立D-H运动模型以求解正、逆运动学方程。设计了碰撞检测算法,使用改进后的蚁群算法进行路径规划,把机械臂末端的运动轨迹看作是依次经过规划路径的点的集合,求解机械臂运动的反解,得到相应的关节转角,实现了机械臂的路径规划。通过仿真实验验证了该方法实现六自由度机械臂路径规划的有效性及可行性。     

双臂机器人自碰撞检测及其运动规划

针对双臂机器人运动规划过程中的自碰撞问题,提出了基于空间向量几何距离的机械臂自碰撞检测方法;改进了传统的人工势场法,并用线性结构的斥力场描述机械臂各杆件之间的相互关系,用于构造多杆碰撞检测的描述指标;利用线性斥力场描述的结构得到一种新的双臂机器人无自碰撞运动规划算法.结果表明,与传统的人工势场法相比,所提出的无自碰撞运动规划算法能够将线性斥力场引入无自碰撞规划算法中,并作为算子用于计算避免自碰撞的规划调整量,其结构简单、计算方便.同时,结合实际的双臂机器人物理参数,通过预先给定机器人运动轨迹的模拟,验证了无自碰撞运动规划算法的有效性.     

机械臂逆运动学避障最优求解算法

针对多自由度机械臂在障碍物环境下逆运动学求解存在多解性和碰撞问题,研究了一种将碰撞检测算法、最短行程方法与差分进化算法相结合的具有避障能力的机械臂逆运动学最优求解算法。首先,以六自由度机械臂为研究对象,对机械臂和障碍物进行建模,并建立求逆运动学解的目标函数,目标函数由末端执行器位姿误差函数、目标角度与初始角度之间的变化量函数、碰撞检测函数加权求和组成;其次,利用差分进化算法对目标函数进行最优求解,为了减小函数权重对求解速度和精度的影响,设计了一种自适应权重优化算法,使得求解关节角度在优化求解初期快速达到最短行程位姿角度附近,而在优化求解后期具有更高的的求解精度,即可求得具有避障能力、行程最短且高精度的最优逆运动学解;最后,以UR5机械臂为例,通过MATLAB软件中的Robotics Toolbox工具箱对算法进行仿真验证,验证了算法的有效性。     

基于A*改进算法的机械臂避障路径规划

为解决机械臂在运行时可能与工作空间中的障碍物发生碰撞,提出圆柱体包络碰撞检测法和基于A*算法的变步长分段搜索法.运用圆柱体包络碰撞检测法,将碰撞检测问题转化为计算圆柱体间的位置关系.变步长分段搜索法解决了应用传统A*算法可能出现的搜索数据量大甚至搜索死循环等问题.分别在基于OpenGL的三维仿真实验平台和实际系统中验证了该方法的有效性和可行性.     

主从式上肢外骨骼康复机器人的运动学研究

针对主从式上肢外骨骼康复机器人的机械臂活动空间设计和双臂干涉问题,基于Denavit-Hartenberg参数建模法,以人体上肢活动范围为边界条件,建立主从臂各关节在统一固定坐标系下的运动学模型;以齐次坐标运动学模型为基础,确定基于上肢运动极限位置约束的主从双臂间的安全活动空间,并利用蒙特卡罗算法进行仿真验证;根据主从双臂活动范围的安全距离与上肢活动规律,给出主、从双臂各五自由度康复机器人的设计及从臂跟随主臂意图运动的训练方法。计算机仿真试验和实验室样机现场试验结果表明,机器人活动空间满足康复训练上肢活动方式和活动范围等人体工学要求,解决了因主从臂干涉而造成的二次伤害等影响康复效果的问题。     

绳驱动拟人臂机器人的刚度分析和优化

分析了一种绳驱动拟人臂机器人的笛卡尔刚度,这种7自由度机械臂具有特殊的串并混联结构,机械臂的肩关节和腕关节均为绳驱动3自由度球关节,通过对其刚度表达式的推导,再结合串联机器人刚度分析方法,描述了机械臂整体笛卡尔刚度矩阵的求解过程.首先描述了绳驱动3自由度球关节的推导过程,用以求解肩关节和腕关节的刚度;然后计算单自由度肘关节的刚度;最后通过结合肩、肘和腕刚度得到的关节空间刚度矩阵,运用修正的一致保守变换得到绳驱动拟人臂机器人的笛卡尔刚度.基于以上的刚度分析,提出了一种刚度优化算法用于改善机器人在运动过程中的刚度,仿真分析验证了这种算法的有效性.     

两级升降多自由度机械臂设计及运动学

针对目前航空发动机主泵装配主要靠人力搬运这一问题,设计了一种结构为二级升降多自由度机械臂安装设备,该系统采用两级升降多自由度升降机械臂虚拟建模,通过机器人自动化水平的搬移和装配,不仅简化了重体力人工装配,降低了操作者的劳动强度,还提高了搬移和装配质量和生产效率.通过Pro/E虚拟建模技术验证了设计的可行性.该系统建立的二级升降多自由度机械臂的动力学模型,为进一步研究可提供理论依据.     

基于低维映射和Q学习的机械臂避碰规划算法

针对仿人型机械臂的避碰路径规划问题,提出一种利用离散化低维映射和改进Q学习的新算法.利用离散化低维映射方法,将三维空间下的机械臂避障问题转化为类似移动机器人的避障问题;采用包络离散的方法进行碰撞检测,提高了碰撞检测效率;通过在经典Q学习算法中加入前向树搜索步骤来预先求避障问题的一个可行解,避免了传统Q学习算法易陷入无解的缺陷,再利用传统Q学习算法改进该可行解.最后通过仿真对比实验验证了所提方法的有效性.     

双臂机器人避碰算法研究与实现

以双臂SCARA机器人为研究对象,采用计算机图形学的方法,得出两机械臂在某一时刻的碰撞检测方法。之后采用C空间法对双臂机器人进行避碰路径规划,得出了双臂机器人避碰算法,并对算法进行了仿真,证明了其正确而性。     

判断两个凸多面体相交的简单方法

在智能机器人路径规划的仿真系统中,碰撞检测算法的实时性非常关键，碰撞检测可以建模为判断2个三维凸多面体是否相交的问题.可将该模型转化为判断一个简单的线性规划是否有解的问题，实验结果表明该方法是有效的。     

基于导航势函数法的六自由度机械臂避障路径规划

以MOTOMAN MH6型机械臂为研究对象,运用导航势函数法对机械臂的无碰撞路径规划展开研究. 根据机械臂的几何特点对机械臂进行简化,并结合球型包络算法分析了障碍物与机械臂碰撞的临界条件,计算出机械臂运动的自由空间. 导航势函数法有效解决了传统人工势场法的"局部极小值陷阱"问题,由于预先消除了目标点以外的极小值,机械臂能够顺利到达目标点. 通过数值仿真,解决了导航势函数控制参数的选取问题,并在基于OpenGL的虚拟实验平台中进一步验证了该方法的有效性和可行性.      

六关节检修机械臂动态碰撞检测

该六关节机械臂被用于蒸汽发生器的检修工作.为了实现在狭小的工作空间内无碰撞的安全工作,如何判断和避免碰撞是关键问题.针对发生碰撞的2种情况:机械臂各关节和检修工具与蒸汽发生器水室内壁、挡板面和管板面间的碰撞;机械臂各关节之间以及与检修工具间的碰撞,采用基于AABB盒和等效空间圆柱体相结合的网络包围法,对可能发生碰撞的部位进行了系统分析和研究,将机械臂的碰撞检测问题转化为空间解析几何问题,大大简化了问题的求解,得到了碰撞检测算法,并用Visual C++予以实现.通过仿真分析和实验证明了该方法的有效性.     

Motion Planning Method for Obstacle Avoidance of 6-DOF Manipulator Based on Improved A* Algorithm

The conventional A* algorithm may suffer from the infinite loop and a large number of search data in the process of motion planning for manipulator. To solve the problem,an improved A* algorithm is proposed in this paper by the means of selecting middle points and applying variable step segments searching during the searching process. In addition,a new method is proposed for collision detection in the workspace. In this paper,the MOTOMAN MH6 manipulator with 6-DOF is applied for motion plan. The algorithm is based on the basis of the simplification for the manipulator and obstacles by cylinder enveloping. Based on the analysis of collision detection,the free space can be achieved which makes it possible for the entire body to avoid collisions with obstacles. Compared with the Conventional A*,the improved algorithm deals with less searching points and performs more efficiently. The simulation developed in VC + + with OpenGL and the actual system experiments prove effectiveness and feasibility of this improved method.     

基于OBB与八叉树的数控加工碰撞干涉算法的研究

为了提高碰撞干涉的检测速度,在构造层次包围盒时融合OBB与包围球的优点,能首先将多数明显不相交物体对快速排除。干涉检测分为快速检测和详细检测两阶段,先采用分层OBB结合八叉树的算法,快速检测出可能存在干涉碰撞的叶子节点;再在包含干涉叶子节点的三角面片和OBB的三角面片之间采用基于三角面—三角形相交检测算法,实现详细干涉检测。由于刀具路径离散点具有连续性,可以设置缓冲区来减少需要处理的节点数。这些改进有效简化算法,从而提高了碰撞干涉检测的效率。     

机械臂目标区域跟踪防撞控制

针对医疗护理机械臂在轨迹跟踪过程中的人机交互与防碰撞问题,本文提出了一种基于目标区域跟踪以及碰撞预测的机械臂控制方法.本文根据Lyapunov函数,结合人工势能场,设计保证系统稳定性的控制器,实现在目标区域内人机交互的柔顺性;采用会遇距离与会遇时间构造防撞预测模型,建立障碍物作用半径与防撞安全指数的关联模型,实现障碍物作用半径实时可变.实验结果验证了本文所提方法对目标区域跟踪的有效性,人机交互的柔顺性,以及障碍物规避过程的高效,平滑.     

动量-自适应BP算法在机器人碰撞检测仿真系统中的应用

根据机器人运动连续性原理,通过对误差脉冲数的统计分析,我们基于人工神经网络算法,实现了机器人碰撞检测仿真系统 根据从机器人运行时采集的数据对神经网络进行训练和仿真,在实际应用中取得了预期的效果 本文讨论了动量-自适应学习率BP算法,说明了通过误差脉冲数进行碰撞检测的原理,比较了它与传统方法的区别,并且根据神经网络训练和仿真结果对动量-自适应学习率BP算法和标准BP算法进行了比较.     

全冠义齿碰撞检测算法研究与应用

全冠义齿数字化设计中,针对变形牙冠与非变形牙冠碰撞检测问题,提出一种基于动态混合包围盒的碰撞检测算法。首先,在预处理阶段为非变形牙冠建立,包含AABB和OBB包围盒的混合包围盒。设计过程中查询变形模型处于非变形模型AABB包围盒内的数据,为其建立局部动态AABB包围盒,将它与非变形模型的OBB包围盒进行碰撞检测,返回干涉图元的交线。之后,查询干涉区域并计算刺穿深度,将结果以色阶图的形式返回。碰撞检测效率高,可达到实时响应,色阶图结果清晰直观,为牙冠设计提供明确的操作依据。     

基于GJK的凸体快速连续碰撞检测研究

针对一段时间内的多个运动物体之间的碰撞检测,提出一种基于距离算法(Gilbert-Johnson-Keerthialgorithm,GJK算法)的凸体快速连续碰撞检测算法,该算法主要通过判断一段时间内两物体之间的最小距离是否为零来检测碰撞发生情况。首先利用GJK算法在有限步骤内计算得到最小距离,检测两物体是否发生碰撞;若两物体发生碰撞,进而利用ray-casting算法确定发生碰撞的精确位置,根据环境要求做出相应响应,调整运动物体位置。仿真结果表明,对多个运动物体间的连续碰撞检测,该算法有较高的实时性和准确性。