基于五次多项式的智能车辆轨迹规划

针对智能车辆换道轨迹中存在的侧向加速度过大或轨迹曲率不连续的问题,在对传统车辆换道模型进行比较分析的基础上,提出基于五次多项式换道模型的轨迹规划方法.基于换道轨迹安全性和效率性的要求,以车辆换道时的侧向加速度、换道时间和车辆横摆角速度为优化变量,设计目标函数.通过求解目标函数得到最优换道时间,进而得到最优换道轨迹.对等速偏移+正弦函数换道模型和五次多项式换道模型进行仿真对比.结果表明：利用五次多项式换道模型的轨迹规划方法,当路面附着系数为0.2时,侧向加速度最大值为0.45 m/s²,轨迹的曲率最大值为2.02×10^-3 m^-1;路面附着系数为0.6时,侧向加速度最大值为0.70 m/s²,轨迹的曲率最大值为1.12×10^-3 m^-1;路面附着系数为0.8时,侧向加速度最大值为0.81 m/s²,轨迹的曲率最大值为0.90×10^-3 m^-1,均小于等速偏移+正弦函数换道模型轨迹曲线的侧向加速...     

磨光法在高速凸轮机构动态综合中的应用

本文讨论在凸轮机构动态综合中,应用4次磨光函数改善运动曲线高阶导数的光滑性,由此改善从动件系统动态特性的方法。磨光精度的修正采用“盈亏”修正法。对加速度曲线上产生的特大波动应用磨光修正法。在处理边界条件时,采用了满足位移、速度、加速度条件的延拓边界条件。文中以3-4-5多项式运动曲线为例说明磨光处理的过程,求取并比较相应的动态响应。从所得的结果可以看出,由动态综合所得的运动曲线经磨光处理后,其动态响应曲线能很好与理论曲线一致,动态特性得到明显改善。     

多段连续结构手功能康复外骨骼运动规划与结构优化

针对现有康复机器人手指运动轨迹仿生度低、轨迹规划策略与正常人手指运动轨迹差异较大的问题,提出了基于Tau-jerk引导策略的手指运动轨迹规划方法。首先建立外骨骼机器人的运动学模型,并用ABAQUS进行运动学仿真,引入修正系数调整运动学模型;然后以jerk值为耦合对象,推导出内部Tau-jerk引导策略,引入最小做功和最小面积确定最优轨迹和最优多段连续结构;最后比较了Tau-jerk规划的运动轨迹与多项式插值方法规划的轨迹同真实人手运动轨迹的偏差。实验结果表明:采用Tau-jerk轨迹规划的外骨骼运动平均关节角度误差小于1.5°,且平均指尖轨迹误差小于1 mm;与3次多项式插值和3、4、5次多项式插值运动规划相比,Tau-jerk轨迹规划方法更符合人手指运动轨迹。     

自主挖掘的时间最优轨迹规划

为了使挖掘轨迹更接近规划路径,提出一种新的挖掘机轨迹规划方法,即在关节空间内交叉使用三次插值多项式与五次插值多项式。其中三次多项式的系数仅通过关节角位移确定,利用五次插值多项式保证三次插值多项式轨迹之间的角速度、角加速度连续且整条轨迹首末角速度及角加速度为0。以某型液压挖掘机为例,分析其正运动学及工作空间,利用粒子群算法求解逆运动学的数值解。选取工作空间内的一条轨迹,以角速度、角加速度作为限定条件,采用活跃粒子群算法对插值时间进行优化,得到轨迹最短时间及关节最优角度曲线。在相同条件下与4-3-3-3-4多项式插值方法进行比较,最大误差减少26.1%,平均误差减少30.0%,结果表明交叉插值方法得到的末端曲线更贴合期望曲线,证明了有效性。     

拖挂式移动机器人的多约束避障轨迹规划

基于七次多项式曲线研究了拖挂式移动机器人多约束避障轨迹规划问题,建立了具有非完整约束特性拖挂式移动机器人的前向和后向运动学模型。在速度、加速度、急动度、曲率和曲率导数等多约束条件下,提出基于七次多项式曲线的避障轨迹规划方法。考虑平稳性、舒适性和交通效率等设计了优化目标函数,对七次多项式曲线参数进行优化。仿真结果表明,所提出的基于七次多项式曲线的避障轨迹规划方法,能够得到多约束条件下满足最优避障时间和最优避障距离的避障轨迹规划结果。     

基于混合样条曲线的换刀机器人换刀轨迹规划研究

为研究换刀机器人能沿特定路线平稳运动的问题,对机器人模型进行运动学分析和轨迹规划.利用旋量理论推导出机器人的运动学模型,结合蒙特卡洛法仿真得到了机器人末端工作空间的分布情况. 提出一种多节点多样条曲线运动的轨迹规划方法,以关节位移、角速度和角加速度为评价指标,分别采用3-3-3,5-5-5和4-5-5样条曲线进行了轨迹规划.样机平台试验表明,4-5-5混合多项式可以得到较平稳的加速度变化曲线,有效解决了加速度发生阶跃和突变过大的现象.以上研究为机械臂复杂换刀路径的轨迹规划提供了基础.     

基于CCD摄像系统机械式精量排种器的动态特性分析

为建立精量排种器性能分析系统,本文运用高速摄像技术,通过对拍摄的动态图像的详细分析,提取运动种子的下落姿态和轨迹,确定了造成排种器漏播的部分因素以及合理的试验因素,得出其最优组合。实验结果表明：CCD摄像检测精度满足排种器使用的要求,因此,基于CCD摄像系统进行精量排种器性能研究是可行的,本研究具有实际的参考价值。     

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-objective particle swarm optimization, MOPSO)算法,以喷胶机器人的运行时间和冲击为目标对其进行轨迹优化。仿真结果表明,采用MOPSO算法对4-5-6分段多项式插值结果进行优化,提高了机器人的轨迹精度,减少了机器人运动过程中的冲击,有效缩短了机器人的作业时间。     

等竞曲线的数学原理与等宽凸轮机构设计

本文提出一种等宽曲线的一般参数表达式,由此导出了等宽曲线的闭合条件,切线及曲率连续条件,凸性条件;讨论了直动、摆动两类等宽凸轮机构的设计;提出了凸轮运动规律的边界条件;证明等宽曲线上曲率不连续点处将产生加速度冲击,其避免方法是对凸轮轮廓曲线进行曲率修正。     

多功能拆除机器人自动对接工具轨迹规划研究

为保证多功能拆除机器人机械臂在自动对接工具过程中的轨迹平稳连续和启停无冲击,提出了一种可配置速度的分段轨迹规划方法,即首先利用Bezier曲线生成其避障对接路径,然后在关节空间利用4-4-…-4-5次多项式对其对接路径进行分段插值。最后,以某型三臂式多功能拆除机器人对接工具为例,通过Matlab进行仿真,结果表明:4-4-…-4-5次多项式插值轨迹规划方法保证了多功能拆除机器人各关节角角度、角速度和角加速均连续,且启停位置具有零速度和零加速度,为实现多功能拆除机器人自动对接工具提供了基础。     

基于ADAMS的摆动式抛光磨头凸轮改进设计研究

为提高国产磨头抛光性能,利用ADAMS软件对MT268磨头中凸轮机构运动过程中的加速度冲击问题进行了仿真研究,提出采用正弦加速度运动规律改进凸轮轮廓,仿真结果表明改进后的凸轮能有效地降低模块座加速度冲击;同时利用软件参数化分析功能对凸轮和滚轮的接触间隙进行了分析研究,得到凸轮合理的安装位置并给出一种具体的结构改进方案。     

基于粒子群算法的可重构模块化机器人速度约束下轨迹规划

针对可重构模块化机器人速度约束下的时间最优轨迹规划进行研究.首先利用旋量理论实现模块化机器人运动学方程的自动生成,并在此基础上利用3-5-3多项式插值进行机器人的轨迹规划.由于可重构模块化机器人系统刚性差、在高速运动时会产生较大振动,需要对运动速度进行约束,本文利用粒子群算法对速度约束下的插值时间进行优化,使得机器人在速度限制下实现运行时间最优.最后通过仿真实验得到机器人角度、加速度以及角加速度曲线并进行分析,证明了方法能有效地实现速度约束下的最优轨迹规划.     

组合凸轮位移曲线的光顺处理

以"R"轨迹刻字机为例介绍复杂组合凸轮轮廓位移曲线的光顺处理方法.该方法用三次 B 样条曲线进行插值计算.利用处理程序,能方便、迅速地对组合凸轮机构中复杂位移曲线上的离散点进行光顺处理,,以满足凸轮设计的要求.     

共轭凸轮打纬运动规律的研究

本文提出了一种修正梯形加速的共轭凸轮打纬的运动规律,并推导了它的计算公式。它与正弦、余弦组合加速运动规律比较,在打纬时刻的负加速度相等或有所增加的情况下,它有下列优点:(1)最大正向加速度值可降低25—30％;(2)最大速度值可降低2—6％;(3)凸轮压力角可略有下降,或者在相同的许用压力角条件下,机构尺寸可略有缩小;(4)加速度的变化率(跃度)连续无突变。     

结构化道路下基于层次分析法的智能车避障轨迹规划

为实现结构化道路下智能车最优避障轨迹的规划,设计了基于层次分析法的轨迹择优体系。首先,以三次B样条曲线为路径规划器,生成满足曲率连续且曲率最值受控的路径,并以此构造路径簇;其次,为实现主客观指标的量化表达,以平滑性和经济性为准则,以路径长度、曲率和、曲率变化率和以及偏离目标点的距离为子准则,构造AHP路径择优体系,筛选出最优的路径;然后,采用三次多项式表征速度相对时间的变化,以满足速度、加速度、加速度导数的连续;最后,参考国家标准设计测试场景,验证方法的稳定性与算法的实时性。经5 000次循环仿真测试表明:算法具有较高的实时性,0.1 s内能规划出可行轨迹的概率在94%,0.16 s内则能100%规划出可行轨迹;规划的轨迹便于车辆跟踪,方法具有较高的稳定性,实车峰值横向误差小于0.21 m,峰值车速误差小于0.42 m/s,平均车速误差小于0.11 m/s,总体呈收敛的趋势。     

剑杆运动规律的研究进展

剑杆运动规律是剑杆织机实现顺利引纬的一个关键因素，因此，人们对剑杆运动规律进行了不懈的研究。随着剑杆织机的发展，相继有正弦加速度、5次多项式和修正梯形加速度等运动规律得到了应用。相信随着人们对剑杆运动规律认识的不断提高，还会有新的运动规律出现，从而促进剑杆织机的进一步发展。     

一种共轭凸轮的组合型高级运动规律

介绍一种新颖的共轭凸轮设计方法,以机构的运动特性指标为研究对象,按照特殊工艺要求的边界条件拼接组合8次多项式凸轮曲线.针对高速剑杆织机的空间引纬机构,应用组合法与有限差分法对多项式加速度曲线进行修整,设计引纬共轭凸轮机构,运用Pro/E建立三维模型虚拟样机,并在ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanic System)环境下进行运动学仿真与分析.仿真结果显示,该方法设计的共轭凸轮机构能够满足高速引纬的工艺要求,具有更好的运动特性指标.此共轭凸轮机构传动稳定可靠,运动准确,运动规律在整周期内均属积极性质,无刚性、柔性冲击,可达到最理想的工艺效果.     

基于改进遗传算法的机器人时间最优轨迹规划

为实现6自由度机械臂在任意速度下运行时间最短,使用3-5-3样条函数对机械臂的轨迹进行规划,并利用改进的遗传算法对不同速度下的3-5-3多项式的插值时间进行优化。在遗传算法中应用自适应参数的调节和最优保存策略,防止种群陷入局部最优,加快收敛速度,提高算法性能。离线寻优得到机器人速度约束下最优三段插值时间,并在机器人控制平台上进行实时实验,由机械臂的位置、速度曲线验证了采用此改进算法可以在任意的速度范围内实现6自由度机械臂轨迹运行时间最优。     

可分体轮腿四足机器人的运动模态分析与轨迹切换

【目的】煤矿井下地形复杂多变且空气中含有多种易燃易爆气体，具有极高的危险性。为了降低巡检风险，提高巡检效率，提出了一款具有多种运动模态的可分体轮腿四足机器人。【方法】分析了该机器人的腿模态、轮模态、轮腿混合模态、躯体分离组合模态、双臂夹持模态等5种主要运动模态。阐述了单腿结构参数并基于蒙特卡洛法绘制了机器人的腿部工作空间；利用加速度倒推法消除了足端纵向的加速度突变，优化了机器人腿模态下的足端轨迹；基于5次多项式的轨迹特点规划了机器人多个运动模态相互切换的轮腿切换轨迹；基于Webots与MATLAB的联合仿真环境，验证了机器人腿模态下使用Trot步态的稳定性及轮-腿模态切换轨迹的柔顺性。【结论】研究内容可为可分体轮腿四足机器人在矿井环境中进行巡检作业提供理论基础。     

超精密点对点运动3阶轨迹规划算法与实现

分析了3阶轨迹轮廓可能存在的各种情形,在总结各种轨迹情形图形特征的基础上,建立了用来预判别以上情况的3个基准:速度-加速度准则、距离-加速度准则和距离-速度准则.依据该基准与给定系统约束,提出了一种轨迹全过程的快速预处理方法,实现了点对点运动时间优化;结合轨迹轮廓图形的对称性与面积求积分法,给出了一种简单的公式推导方法.在此基础上,给出了3阶轨迹规划的精确算法及其实现流程.实例证明了该算法的快速性、有效性、可靠性及灵活性.该算法已成功应用于超精密半导体加工装备的研发中.