一种新的机器人轨迹规划方法

本文针对机器人最小时间轨迹规划问题提出了一种二次规划的优化方法，根据轨迹作预规划，在经基础上用机器人关节速度及驱动务矩的约束条件作修正规划，得到了最小时间轨迹的优化解。该规划方法简单实用，对跟踪路径无特殊要求。     

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。     

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。     

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。     

基于离散优化的无人驾驶汽车轨迹规划

针对双向两车道无人车行驶场景,基于离散优化的方法,提出一种新的轨迹解耦规划算法。该算法将带有时间戳的三维轨迹规划问题,解耦成分别对路径和速度规划,速度规划时引入ST图,用以描述无人车与障碍物之间的运动关系。通过分层采样的方法构建路径Lattice图搜索初始路径,以及基于多目标A*搜索算法在ST图中规划出初始速度剖面,减少算法的计算量。同时,结合优化的方法对轨迹进行优化,使轨迹收敛到全局最优解。最后,通过仿真实验,验证了该算法的有效性和可靠性。     

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。     

NURBS曲线插补的离散比例积分器速度规划算法

传统NURBS(Non-uniform rational B-spline,NURBS)曲线插补算法忽略了弧长与曲线的参数关系,造成无法在线对速度进行实时调节,针对这个问题,该文提出一种NURBS曲线插补的离散比例积分器速度规划算法.该方法分2个步骤实现速度规划:①使用数值方法计算NURBS曲线弧长及给定速度的运行时间;二、使用具有加减速的对称性和信号转换功能的离散比例积分器,完成对NURBS曲线插补的在线速度规划.在离散比例积分器的速度规划方法中,起始段、结束段的轨迹速度能够得到实时控制,系统以不超过机床要求的加速度运行.实验结果表明,该文速度规划算法能有效地满足系统约束,保证机床平稳运行.另外,相较于其他算法,该文算法在插补精度、插补实时性及速度波动率性能方面优于现有方法,说明该文方法的有效性和先进性.     

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.     

无人驾驶汽车离散优化的轨迹规划算法

针对双向两车道无人车行驶场景,基于离散优化的方法,提出一种新的轨迹解耦规划算法.该算法将带有时间戳的三维轨迹规划问题解耦成分别对路径和速度规划,速度规划时引入ST图,用以描述无人车与障碍物之间的运动关系.通过分层采样的方法构建路径Lattice图搜索初始路径,并基于多目标A?搜索算法在ST图中规划出初始速度剖面,减少算...     

机器人离线轨迹规划的图形仿真的研究

本文研究在IBM-PC微机上进行机器人离线轨迹规划的图形仿真系统。该系统可用于机器人运动学,动力学和轨迹规划的分析,并能产生机械手和广义物体组成的环境物的三维几何模型。系统以交互方式工作。在微机的CRT上,机械手连杆的运动具有动态效果,基于MINIMAX准则,我们提出了一种用于轨迹规划的动力学性能指标。根据该指标所进行的轨迹规划可以获得最小的关节驱动力矩。文中给出了PUMA560和STANFORD机械手的仿真结果。     

基于分层策略的多无人机最优协同航路规划

基于分层策略将多无人机协同航路规划分为航路规划层、协同控制层和航迹控制层进行研究。航路规划层采用基于K均值和遗传算法的航路规划方法,为每架无人机提供多条备选航路;针对传统协同控制算法在求解协同变量出现无解的情况,设计了新的协同变量求解步骤;航迹控制层基于无人机六自由度模型和协同变量建立了终端时间固定的最优航迹控制模型,并采用勒让德伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题,并利用CFSQP对模型进行了求解,实现了对无人机航迹控制变量和姿态的规划。仿真结果表明,利用该方法得到的无人机协同航路具有较高的可操作性,且计算量较小,效率较高,得到的无人机控制指令平滑,易于操控。     

基于图搜索与数值优化方法的分层轨迹规划方法

针对结构化道路场景中多约束的轨迹规划问题,提出一种路径和速度协同搜索、解耦优化的分层轨迹规划方法. 上层初始轨迹规划器考虑动态障碍物风险场与时空信息,构造时空代价地图,通过三维A*算法搜索得到安全可行的初始轨迹,保证初始轨迹解的质量. 下层运动轨迹规划器将轨迹规划解耦为路径规划和速度规划,以最小曲率、最大速度以及舒适性等为目标,采用数值优化算法构建路径和速度样条优化模型,使其在避障过程中能够充分发挥车辆的动力性能,同时保证驾乘舒适性,并以局部时空隧道思想简化约束条件,提高求解效率. 通过试验验证本文提出的方法具有较好的行驶效率、舒适性以及实时性.     

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。     

基于改进鲸鱼优化算法的码垛机器人时间最优轨迹规划

码垛机器人在运行轨迹过程中所消耗的时间直接影响到了其工作效率,针对码垛机器人的轨迹规划的时间问题,提出了一种改进的鲸鱼优化算法对时间进行优化。在基础的鲸鱼优化算法基础上,利用混沌映射初始化种群,引入自适应的权重和改进收敛因子,以提高算法的求解精度、收敛速度和全局搜索能力。首先,根据 D-H 参数法建立机器人的运动学模型;其次,在关节空间中利用3-5-3次多项式插值函数对机器人末端执行器经过的路径点进行规划,然后采用改进的鲸鱼优化算法对时间进行优化。最后通过 MATLAB软件进行效果仿真和对比。结果表明,与其它同类的算法相比,改进的鲸鱼优化算法的求解精度更高,收敛速度更快。将该方法与轨迹优化结合,与未采用算法优化的3-5-3多项式轨迹规划所需要的运行时间相比缩短了22.46％,且各个关节轨迹平稳连续,验证了该轨迹规划方法的有效性。     

基于乌贼算法的无人机航迹规划

乌贼算法是一种新型的启发式仿生优化算法。提出了一种基于乌贼算法的无人机航迹规划算法。所构建的概率地图采用概率密度函数来对各种威胁源进行建模,非常适合表述战场环境的不确定特性。乌贼算法与传统的启发式算法相比,拥有更快的收敛速度。在此基础上设计的基于乌贼算法的概率地图航迹规划算法能够有效的缩小概率地图的规划空间,使得航迹规划搜索范围减少、时间缩短。仿真实验表明,该方案比传统概率地图航迹规划方法更能满足无人机航迹规划的要求。     

高效计算时间最优轨迹的牛顿-共轭梯度增广拉格朗日方法

基于牛顿-共轭梯度(Newton-CG)增广拉格朗日算法, 给出了一种计算机数控(CNC)系统时间最优轨迹规划问题的高效求解方法. 通过非线性变量代换, 时间最优轨迹规划问题被表述为一个固定时间域的凸最优控制问题. 基于扩展极大值原理, 证明了弦误差与分轴加速度约束的时间最优轨迹具有bang-bang的约束结构. 基于控制向量参数化方法, 问题被转化为具有无穷维约束的半无穷规划问题. 通过构造拉格朗日函数, 约束优化问题转化为一系列无约束问题. 由于问题凸性, 故迭代求解采用高效的线搜索Newton-CG方法. 通过求解给定测试路径的时间最优轨迹规划问题, 验证了所提方法的有效性.     

基于粒子群算法的固定时间多约束无人机轨迹规划

针对粒子群算法在轨迹规划时,将无人机视为质点,未考虑无人机的飞行时间、角度等参数的不足,提出一种数值方法结合粒子群算法的轨迹规划求解方法。首先,考虑到对每个时刻控制变量进行优化会耗费大量的时间,将无人机的飞行时间离散为一定数量的切比雪夫配点,在这些离散的配点处优化控制变量以减小计算负担;其次,将角速度作为控制变量,运用曲线拟合求解出角速度与时间的函数,经过积分求出无人机的角度、位置与时间的函数;再次,将结果代入粒子群优化模型并结合无人机运动学模型进行优化求解,根据分配的时间计算出最终的角速度、角度以及位置坐标;最后,在复杂环境下进行无人机轨迹规划仿真,通过与已有方法的对比,验证所提求解方法的有效性和可行性。结果表明,所提出的轨迹求解方法可以求出包括位置在内的各个运动学参数,规划出光滑的轨迹并且成功避开前进过程中的障碍物。所提方法有效提升了轨迹规划的求解维度,对实现智能自主化飞行有一定的参考价值。     

基于solidworks和VC 的抛光机器手运动仿真研究

设计了一种自由曲面抛光的关节型机器手,对其进行了运动学建模.利用几何法简化求逆解过程,并给出了显式的解析解.在Visual studio 2003中应用VC++和MFC编程,计算出空间轨迹的各关节角度.在Adams 2010中完成了机器手的三维实体建模,并运用样条插值的轨迹算法,完成了机器手实现三维空间轨迹的运动学仿真过程,验证了几何法求解和轨迹规划的正确性,以及方案的可行性.