一种基于A*算法的空间多自由度机械臂路径规划方法

针对机械臂在运动过程中可能会与工作环境中的障碍物发生碰撞的问题,文章提出了一种基于A*算法的机器人避障路径规划算法。在给定的避障环境下运用A*算法搜索一条给定的自起点到终点的最优避障路径,考虑到机械臂在运动过程中的稳定性,采用二次B样条曲线对该路径进行平滑优化;根据标准的D-H法对机械臂进行建模,建立机械臂的运动学方程,并求取一组能够最优实现避障路径的运动学逆解;检测机械臂本体与障碍物是否发生碰撞,若发生碰撞,结合机器人逆解的多解性,重新选择最优的一组可行解。通过软件Solidworks建立虚拟样机导入ADAMS软件进行仿真实验,最终验证了基于A*算法的空间多自由度机械臂避障路径规划的有效性和可行性。     

超冗余机器人避障轨迹规划

超冗余机器人的众多冗余自由度允许它在非结构化的工作环境中灵活运动，这将使得超冗余机器人能够在航天勘探、军事侦察以及医学检测等复杂任务中发挥出传统机器人无法承担的重要作用.目前对超冗余机器人轨迹规划方式的研究较少，尤其是超冗余机器人避障轨迹规划方面.针对超冗余机器人避障轨迹规划问题，首先阐述超冗余机器人运动学逆解与超冗余机器人轨迹规划之间的关系以及轨迹规划的方式.随后列举并探讨超冗余机器人避障轨迹规划的算法，包括局部避障规划算法、全局避障规划算法以及结合智能算法的避障规划，并对这些算法所存在的问题进行分析.最后对超冗余机器人轨迹规划的未来发展方向进行展望.     

KNT-ESR3机器人运动学建模与仿真研究

以KNT-ESR3机器人为研究对象,采用D-H参数法,利用Matlab机器人工具箱Robotics Toolbox建立机器人运动学模型,进行运动学分析与逆运动学求解,实现了机器人空间轨迹规划及其仿真.结果表明,计算与仿真验证了机器人运动学模型建立的正确性,依据该模型能够有效地生成运动轨迹并分析机器人各关节的运动参数,为开展该机器人的研发工作做了理论铺垫.     

基于立体视觉的冗余度TT-VGT机器人避障规划

本文提出了采用立体视觉进行障碍物距离检测,通过视觉反馈,及时调节机器人末端运动轨迹以实现避障规划的方案;并根据冗余度TT-VGT机器人的机构特点提出了相应的避障判据,设定了最大无碰撞距离和末端与杆件之间最大偏差;最后对冗余度TT-VGT机器人空间运动进行了图形仿真.     

室内移动服务机器人的避障与运动规划

提出一种室内移动服务机器人在未知环境的避障和运动规划算法.该算法通过分析超声传感器阵列探测的障碍物信息,确定机器人旋转的角度和半径,同时根据障碍物距离分3档调整运动速度,据此设计的实时避障算法,结合运动学模型实现了机器人沿障碍物轮廓行驶的行为,针对外凸、内凹和孤立等3种障碍物类型进行了试验,试验结果验证了算法的有效性.     

基于速度障碍法和动态窗口法的无人水面艇动态避障

速度障碍法是一种普遍应用在无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)上的动态避障方法,但传统的速度障碍法未考虑无人水面艇运动学性能与障碍物运动信息误差的影响,也未明确何时开始避障与结束避障.在速度障碍法的基础上,用椭圆表示无人水面艇与障碍物,给出一种求解椭圆切线的方法;将动态窗口法与速度障碍物法相结合,考虑无人水面艇的运动学性能,只使用无人水面艇在给定时间内能到达的速度和方向进行避障计算;通过比较碰撞时间与无人水面艇避开障碍物所需的时间来确定何时开始避障,并提出一种结束避障的判断方法;为了减小障碍物运动信息误差的影响,提出了一种虚拟障碍物方法.最后,通过仿真实验验证了该避障方法的可行性与有效性.     

一种新型电力光缆剪枝机器人的运动学联合仿真研究

针对架空电力光缆线路巡检维护中的树枝修剪问题,设计了一种新型五自由度串联剪枝机器人。首先,通过D-H(denavit-hartenbreg)参数法,建立了该剪枝机器人机械臂的运动学模型,得到运动学正逆解;然后在V-REP和MATLAB中进行联合运动仿真,并利用蒙特卡洛法分析剪枝机器人工作空间,得到机械臂工作空间的云图;为保证剪枝过程的运行平稳,在工作空间内进行轨迹规划并仿真;最后,联合仿真结果表明该剪枝机器人运动学模型有效,各关节及末端轨迹规划控制效果良好,可以实现1~1.5 m范围内灵活修剪树枝等障碍物的要求,为剪枝机器人后续控制问题研究提供了理论依据和实验基础。     

一种新型电力光缆剪枝机器人的运动学联合仿真

针对架空电力光缆线路巡检维护中的树枝修剪问题,设计了一种新型五自由度串联剪枝机器人。首先,通过D-H(denavit-hartenbreg)参数法,建立了该剪枝机器人机械臂的运动学模型,得到运动学正逆解;然后在V-REP和MATLAB中进行联合运动仿真,并利用蒙特卡洛法分析剪枝机器人工作空间,得到机械臂工作空间的云图;为保证剪枝过程的运行平稳,在工作空间内进行轨迹规划并仿真;最后,联合仿真结果表明该剪枝机器人运动学模型有效,各关节及末端轨迹规划控制效果良好,可以实现1~1.5 m范围内灵活修剪树枝等障碍物的要求,为剪枝机器人后续控制问题研究提供了理论依据和实验基础。     

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.     

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,提出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工具箱对所提算法进行仿真验证,验证了所提算法的有效性。     

茄子采摘机器人运动学分析与工作空间仿真

为实现4自由度关节式茄子采摘机器人的精确控制,对其进行了运动学分析和工作空间仿真.利用Dellavit-Hartenberg方法建立了机器人运动学模型,得到了机器人的运动学正解;根据机器人的工作特点,采用简化的反变换法求解机器人运动学逆解.采用基于Matlab的数值解法求解了机器人的工作空间,并进行了仿真.工作空问仿真结果表明:设计开发的4自由度采摘机器人结构设计合理,能够满足温室栽培模式下茄子采摘的要求.     

未知环境下移动机器人自主避障算法的研究

移动机器人是完成救援、运输等各种任务的重要工具,如何让机器人系统自主适应不同的复杂场景是目前的研究热点.本文针对具有静态和动态障碍物的复杂未知环境,对移动机器人进行运动学建模,提出了基于长短期记忆网络的近端策略优化避障算法.在无障碍物和有障碍物的仿真训练环境中,实现无先验地图信息情况下机器人在非结构化环境中的自主避障....     

基于Kinect的双臂机器人动作模拟与轨迹规划

提出了一种基于Kinect的双臂机器人动作模拟与轨迹规划的方法。运用空间向量法计算出人体关节转动角度,通过建立人体关节与机器人关节的映射关系,将体感设备采集到的人体骨骼信息通过无线方式将控制命令传输给机器人,实现机器人的动作模拟。机器人的轨迹规划通过使用体感设备采集手臂末端位姿及运动轨迹,通过逆运动学求解,实现机器人手臂沿相同位姿运动。最后,通过仿真和实验验证了所提出方法的有效性。     

基于障碍物可达区域预测的机器人实时避障算法

针对复杂环境下的机器人路径规划与自主避障问题,提出了基于动态障碍物可达区域预测的实时避障算法.对静态障碍物进行描述和建模,建立动态障碍物状态更新预测方程,实现对动态障碍物质心可达区域的预测.分别面向动态、静态障碍物提出基于可达区域预测的多步椭圆包络势场和基于新型Sigmoid函数的势场,修正目标的对数Lyapunov引力场,给出多类型障碍物空间下的机器人实时避障算法.数值仿真和实验结果表明,与传统方法相比实时避障算法可使机器人避障过程中的路径长度更短、安全性更高及最大行驶角变化幅值更小.     

激光数据聚类和Morphin算法下的机器人避障研究

为了解决移动机器人在未知环境下的避障问题,提出了一种从障碍物检测、预测到避撞的避障方法。设定圆形窗口作为机器人有效扫描区域,利用激光传感器采集到的数据结合聚类、匹配和分类算法确定障碍物类型和动态障碍物运动信息,绘制窗口内的动态局部地图来预测动态障碍物与机器人的碰撞关系,结合Morphin算法实现有效的避障。仿真实验表明,在该算法下移动机器人能够有效地检测出障碍物,进行碰撞预测,并做出合理地避障措施。     

用于空间内曲面喷涂的冗余度机器人轨迹规划方法

该文针对冗余度机器人的轨迹规划问题进行研究,以实现航空工业中特定空间弯曲管道内表面的自动化喷涂作业。在建立复杂内曲面约束和冗余度机器人运动学模型基础上,通过求解冗余度机器人的逆运动学方程,建立适用于一般空间曲管类零件内曲面喷涂作业的冗余度机器人轨迹规划方法。在仿真中使用此方法,得到了不同情况下冗余度机器人的无碰撞喷涂轨迹。在喷涂应用中使用此方法,冗余度机器人完成了无碰撞的喷涂作业,经检测涂层的厚度和均匀度满足工艺要求。     

基于Matlab的六自由度工业机器人运动学逆解分析及仿真

在Matlab环境下对六自由度工业机器人进行运动学逆解研究,以ER7B-C10机器人为研究对象,使用D-H法进行各关节坐标系建立及参数设计,推导出正运动学方程。鉴于目前应用较为广泛的解析法求逆解仍然存在不足之处,运用几何法求解逆运动方程,在Matlab中利用Robotics Toolbox搭建仿真结构,直接调用Robotics Toolbox工具箱中ikine函数。由于迭代过程的收敛性导致验证过程中存在无解或少解的情况,因此对所求逆解的可靠性增加验证设计来证明几何法求逆解方法可行。对机器人模型在空间轨迹及各关节的位移、速度和加速度等内容进行了仿真分析,结果验证了ER7B-C10机器人运动的可行性,为后续分析机器人动力学、轨迹规划提供了运动学参考。     

可重构星球探测机器人的运动学建模及轨迹规划

提出了可重构星球探测机器人的概念，对系统中子机器人的研究进行了重点论述．通过设计恰当的子机器人连杆坐标系，利用Denavit-Hartenberg方法完成了子机器人的运动学建模，并直接给出了子机器人的运动学正解模型．由于使用单一的求解算法不能求出工作空间的封闭解，因此综合利用代数法、几何法原理及空间投影关系，结合子机器人的结构特殊性推导出了运动学逆解，从而得到了工作空间内的所有解．在此基础上，考虑结构间的约束关系，给出了子机器人的工作空间及轨迹规划方法．最后，使用OpenGL对设计的子机器人系统进行了运动学仿真实验，实验以末端操作器的直线运动为例，充分考虑空间几何的关系，其结果有效地证明了建模及轨迹规划的正确性。     

基于正态密度函数的滚动窗口路径规划方法

路径规划是移动机器人智能化的标志.在原有滚动窗口路径规划方法基础上,提出基于正态密度函数的滚动窗口路径规划方法.通过实时检测滚动窗口内的环境信息,结合移动机器人与障碍物之间的距离关系,利用正态密度函数改变机器人偏转角度,实现避障.通过对方法的仿真,表明了所提方法的有效性.     

机器人协调控制及其关节结构优化

研究机器人的协调控制和没有障碍物存在时的轨迹规划，利用冗余空间产生出满足终端运动要求的、性能指标优化的机器人位形，仿真结果证明了文中控制算法的有效性。