面向3C产品装配的高速冗余度机器人系统研究

针对3C产品高速装配领域,以平面3R冗余度机器人为研究对象,提出了一种驱动单元集中布置的传动方案,保证了机器人的快速性和稳定性.在Solid Works环境下,对平面3R冗余度机器人进行了三维模型设计,并联合Matlab软件中的Sim Mechanical插件完成机器人动力学建模及分析.采用D-H方法建立平面3R冗余度机器人运动学模型,基于此模型提出了一种针对冗余度机器人的避障路径规划算法,利用冗余运动链的自运动在零空间实现障碍回避.通过对平面3R冗余度机器人的仿真实验验证算法的有效性.     

面向模型未知的冗余机器人运动规划方案

为解决模型未知的冗余机器人运动规划问题,提出一种基于梯度下降的学习方案,使用数据驱动技术将冗余机器人的末端执行器速度及关节角速度作为系统输入量,将冗余机器人各关节控制信息作为系统输出量,使用梯度信息最小化估计误差以得到雅克比矩阵的估计值.基于该方案设计了一种加速度层的冗余机器人运动规划方案.理论分析和数值仿真结果均证明该方案能有效控制模型未知冗余机器人完成运动规划任务.     

冗余度机器人运动学和动力学同时优化

利用冗余度机器人的冗余特性对其运动学和动力学同时优化.在动力学水平上采用加速度加权范数法对机器人关节力矩进行合理分配优化,在运动学水平上采用了梯度投影算法对机器人的避奇异位形的性能进行优化,并给出了同解性的算法,从而实现了冗余度机器人的运动学和动力学同时优化.仿真结果表明:该算法不仅具有关节力矩合理分配的作用,而且还能实现运动学的优化,实现了冗余度机器人的运动学和动力学同时优化.     

雅可比矩阵在机器人运动中的应用

利用雅可比矩阵的性质研究机器人的逆运动问题,特别地讨论了带冗余度和矩阵奇异的情形.首先给出逆运动的求解方法,然后给出它的应用,用梯度下降法给出关节角的迭代公式,最后给出模拟仿真结果.仿真结果表明该方法准确高效,为机器人的运动规划和控制的实现奠定基础.      

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.     

基于构形的冗余度机器人自运动规划方法

研究能够直接通过视觉信息进行实时规划的自运动规划方法．冗余度机器人的自运动受到构形约束．从构形出发就能够采用矢量方法规划机器人的自运动。以YJP-1型7自由度机器人为例，针对一类具有旋转自运动主平面的-冗余度机器人，采用基于线性约束的最小二乘法思想，即把机器人末端的运动速度为零作为线性约束条件，代入求机器人自运动逆解的极小最小二乘方程式中进行处理，得到自运动的解析表达式．数值仿真和实验验证了这种算法的有效性。     

太阳能电池阵模块化自重构机器人模型的设计和运动仿真

为实现空间航天器电池阵部件的自装配与自修复,设计了一种既可用于搭载航天器太阳能电池板,又能通过相互之间的运动转换完成特定任务的正三角形三臂对接平面晶格式自重构机器人模型.每个机器人模块包含有1个中心框体和3条对接单臂,其中每条对接单臂有2个旋转运动关节和1个对接关节,共3个自由度.每条对接臂的运动互不关联,单条对接臂上2个运动关节的电机可各自独立转动.对机器人模块进行了运动规划,推导出变换矩阵,并进行了Simulink动力学仿真.仿真结果表明,该机器人相似模型可以在地面实验室条件下完成构形转换、实施对接等任务.     

面向复杂狭窄结构检测清除的超冗余度机器人研究进展

超冗余度机器人具有大长径比、灵巧运动、柔性操作等优点,在航空航天制造、高端装备检修等受限空间的自动化作业中具有重要的应用前景。然而,由于超冗余度机器人的冗余自由度的特性,传统工业机器人的设计、建模与控制方法不可直接应用,超冗余度机器人的相关理论研究面临着严峻的挑战。对中外面向复杂狭窄结构检测清除的超冗余度机器人的研究工作进行了分析,从结构设计、运动学建模、控制方法、运动规划等方面对现有的研究内容进行了分析和总结,并对超冗余度机器人的研究发展进行了展望。     

冗余度机器人多指标融合优化的研究

冗余度机器人由于具有冗余自由度 ,能较好的实现避奇异、避障碍物、避关节范围越限等性能 ,使得该类机器人的操作性和灵活性得到了提高 .以梯度投影法为基础 ,采用线性加权法 ,研究冗余度机器人的多指标融合优化问题 ,最后给出了仿真结果 .     

双臂冗余机器人主动自避碰控制策略研究

为解决双臂冗余机器人的非操作臂因不在规划范围内所导致的非操作臂占据操作空间的问题,提出了基于任务空间关节距离离线数据集的深度确定性策略梯度(D-DDPG)主动自避碰策略.通过构建关节间距离的描述数据集,结合DDPG深度强化学习生成主动避碰模型,利用经验模型主动驱动非操作臂运动到非任务空间,在避免操作臂路径规划中避障运算的同时,为操作臂提前避让出一定的操作空间.实验表明:D-DDPG策略在连续路径避障测试中可将最小关节距离提升到初始位置的2.38倍.     

Self-motion Manifolds of an 8-DOF Non-holonomic Mobile Manipulator

For the non-holonomic constraint robot,determining the pose of its end-effector will rely on its joints' displacement and the velocity of its non-holonomic constraint joints as well.Therefore,it becomes increasingly difficult to obtain the analytic solution of its self-motion manifold in the traditional way for solving matrix equation.In this paper,we take the pose of end manipulator as the result of the joint sequential motion based on the mentality of motion equivalence,the structure and the reference vel...     

双臂机器人避关节极限与避奇异位形优化研究

关节极限及机械手臂的奇异位形的限制,往往导致协调任务失败。通过对冗余双臂机器人的研究,利用冗余手臂的自运动特性并基于梯度投影法及奇异鲁棒性求逆法完成了冗余手臂的避关节极限及避奇异位形的优化。经过优化后获得了最优的关节位形,同时对双臂末端轨迹的误差进行了分析和控制,有效的降低了末端轨迹跟踪误差,使机械手臂的运动性能得到了明显的改善。最后通过仿真验证对比优化前后的结果可知此优化方法的可行性。为冗余双臂机器人协调控制方法的研究提供了条件。     

基于粒子群算法的空间机械臂关节驱动力矩优化设计

采用绝对节点坐标方法对空间柔性机械臂臂杆进行动力学建模,采用自然坐标法对机械臂关节进行建模,最终得到刚柔耦合的空间机械臂动力学模型.对冗余自由度机械臂进行逆运动学分析,由规划的末端轨迹得到了含自运动项的关节转角轨迹.利用动力学方程中Lagrange乘子的物理意义,对机械臂系统进行逆动力学分析,推导了关节轴瓦与轴颈在运动过程中受到的关节驱动力/力矩.利用粒子群算法优化机械臂的自运动项,得到了最小化的关节驱动力矩能耗,从而形成了一种冗余空间机械臂关节驱动力矩优化设计新方法.在平面三连杆柔性机械臂进行了数值仿真,仿真结果表明:所提出的方法在实现末端轨迹跟踪的同时,能有效降低关节力矩能耗;得到的关节力矩连续性好,能够满足工程实际需要.      

冗余自由度机器人的运动学优化研究

冗余自由度机器人的引入主要是为了利用其冗余特性解决象避障、避奇异位形等运动学控制问题，解决这些问题的途径是在机器人雅可比矩阵的零空间上进行运动学规划，其中最主要的是优化目标函数和放大系统的选取，中着重讨论和确定了优化目标函数和放大系数的选取方法，并通过计算机仿真证明了所给出的方法是有效的。     

多冗余度的机械臂容错操作中关节速度突变的研究

推导出了使速度突变极小化的退化机械臂关节速度的解析表达式,并从理论上证明了原机械臂关节速度最小范数解中的剩余关节速度矢量在退化机械臂零空间中的投影为零矢量,该结论适用于任意冗余度的平面和空间机械臂。研究结果表明,利用多冗余度机器人机械臂容错操作可以明显减小关节速度突变,提高容错操作的运动平稳性。     

冗余并联机床驱动力优化解析

驱动冗余可有效消除并联机构在作业空间中的奇异位形,但其导致驱动力分配不唯一。该文针对一台4自由度的冗余并联机床进行了驱动力解析。在运动学分析基础上,得到各支链的偏速度矩阵及偏角速度矩阵,解算各支链的合力/力矩,利用虚功原理建立了该机构的逆动力学方程,并将其变换为线性格式,然后针对驱动冗余的特点,对驱动力分别进行了力优化及能耗优化,其中,力优化计算简单,而能耗优化可降低最大驱动力。该模型适用于冗余并联机构的动力学参数辨识以及动力学控制。     

冗余并联机床驱动力优化解析

驱动冗余可有效消除并联机构在作业空间中的奇异位形,但其导致驱动力分配不唯一。该文针对一台4自由度的冗余并联机床进行了驱动力解析。在运动学分析基础上,得到各支链的偏速度矩阵及偏角速度矩阵,解算各支链的合力/力矩,利用虚功原理建立了该机构的逆动力学方程,并将其变换为线性格式,然后针对驱动冗余的特点,对驱动力分别进行了力优化及能耗优化,其中,力优化计算简单,而能耗优化可降低最大驱动力。该模型适用于冗余并联机构的动力学参数辨识以及动力学控制。     

冗余度机器人灵活性的控制

本文研究冗余度机器人没有障碍物存在时的轨迹规划,提出了在Chebyshev意义下,用以改善灵活性的控制算法。控制算法利用连杆间的自身运动,即利用冗余空间产生出满足终端运动要求的、较低关节速度的机器人形态,灵活性的控制可通过线性规划方法求解。平面三连杆和四连杆机械手的仿真结果,证明了本文所提出的控制算法的有效性。     

基于双判据优化方法的机器人逆运动学求解

为解决在速度层上无穷范数最小化模型中可能出现的不连续点问题,提出一种基于双判据方法的二次型优化模型.冗余机器人运动规划与控制模型可以统一各种关节物理极限,如关节变量极限与关节速度极限.同时该模型又可以最终转化为一个标准的二次规划问题.为了实时求解该二次规划问题,提出一种基于线性变分不等式(LVI)的原对偶神经网络.该神经网络作为实时求解器具有简单的分段线性结构和较高的计算效率.计算机对PUMA560机器手臂的模拟仿真表明,该方案具有灵活性和有效性.     

Fault tolerant motion planning based on joint torque limit for redundant manipulators

0 IntroductionWith the development of science and technology,manipulators have been widely utilized in some specialfields of space , deeper ocean, and nuclear materialcleanup.Becausethese workingenvironments are distant ,harsh and dangerous ,itis difficultfor peopletorepairthefailed manipulators onthe spot .Therefore ,the manipula-tors should operate normally for a long time . To meetthese requirements ,the manipulators must have not onlyhigher reliability but also fault tolerance capabilities…