双机械臂协作最优装配位置及多目标轨迹优化

为了解决以传统人工示教方式确定双机械臂协作装配位置的局限性和随机性,以双机械臂轴孔协调装配为工程背景,针对协作装配过程中机械臂的整体运动灵活性和轨迹规划,采用粒子群算法进行多次寻优,求解整体全局灵活性最优的装配位置,并基于最优位置进行了多目标轨迹优化。分析了双机械臂协调装配过程中的运动约束关系,以可操作度为灵活性评价指标,提出了双机械臂协作装配系统的可操作度评价方法,以此构建优化目标函数,采用粒子群算法,在双机械臂协作空间中求取系统全局可操作度最优的装配位置;基于灵活性最优位置,采用多目标粒子群算法,以时间、能耗、冲击为目标进行了轨迹优化,并在Matlab机器人仿真平台进行了仿真分析。结果表明,将灵活性指标运用到轨迹规划中,能提高机械臂作业效率,降低能耗与冲击损耗;且整个运动过程可维持较高可操作度,能有效规避传统人工示教方式的随机性,实现双机械臂协作装配的最优灵活性轨迹规划。     

基于多智能体的视觉反馈冗余度机器人实时运动规划

视觉反馈冗余度机器人的实时运动规划是非常复杂的。本文将基于黑板的多智能体技术用于实时运动规划，把复杂的任务分解为若干相对独立的子任务(智能体)，各智能体之间完全动态的相互协作和竞争。文中还针对视觉反馈冗余度机器人系统探讨了智能体类型和黑板的组织结构。     

基于粒子群优化算法的五自由度机械臂轨迹规划

为了让机械臂的工作时间达到最优,以自主研发的抛光机器人样机为研究对象,针对手表表壳表耳部分的抛光过程,提出PSO算法对五自由度机械臂轨迹规划进行优化,并通过MATLAB软件进行机械臂的仿真与分析。仿真结果表明,基于PSO算法的轨迹规划使机械臂在工作过程中加加速度不会产生突变,运动轨迹精度高,机械臂工作时间达到最优。     

基于GA-PSO的地砖铺设机器人作业点优化

针对建筑移动机器人路径规划中移动小车作业点问题,提出了以最大可操作度为优化指标,基于遗传粒子群混合算法搜寻移动小车作业点的方法。阐述了地砖铺设机器人系统的组成及灵巧度优化指标;给出了移动机械臂铺砖的一般步骤;结合遗传算法和粒子群算法的优点,以机械臂可操作度最大为原则进行优化,以快速准确地得到最优作业位姿点。利用MATLAB软件编写程序对移动机器人贴地砖作业进行了仿真实验。结果表明:该路径优化方法能够精确地得到合理的作业点位置。     

体能训练机器人操作臂交互轨迹规划方法

体能训练机器人操作臂的力方向可操作度直接影响着运动轨迹规划精度。基于此,研究了体能训练机器人操作臂交互动态轨迹规划方法,分析体能训练机器人操作臂的力方向可操作度,利用多维支持向量机代替高斯混合模型,在李雅普洛夫第二方法的基础上确定稳定性约束条件,构建基于支持向量机的轨迹规划模型,实现体能训练机器人操作臂交互动态轨迹规划。实验结果表明,所提方法的角位移更小、噪声识别值和超参数更高,验证了所提方法轨迹规划弹性规划能力较好且轨迹规划精度较高。     

模特机器人的机械臂设计及运动学仿真

设计了一种用于可变形模特机器人的机械臂,它可以改变手臂长度,做一些典型的试衣动作,增强了模特机器人的试衣效果。介绍了机械臂的设计依据以及最终结构,运用D-H法建立了机械臂的运动学方程。通过SolidWorks建立机械臂的三维模型,并将三维模型导入MATLAB/SimMechanics建立机械臂的运动学仿真模型。用数值法和SimMechanics模型法分析了其工作空间,对比仿真结果证明用SimMechanics模型求工作空间是准确和快速的。对典型试衣动作进行了规划,机械臂末端运动轨迹的仿真结果说明机械臂能够按照预期运动,达到了预期效果。     

多自由度机械臂的虚拟现实仿真实现

通过运用虚拟现实技术仿真机器人的动作,可以在机器人制造之前就能够清晰的设计机器人的工作任务和工作空间。首先介绍了利用三维绘图软件生成运动可控的机械臂虚拟现实模型的方法,然后介绍了利用Matlab中的虚拟现实工具箱技术,在Simulink环境下搭建出一个三自由度机械臂的虚拟现实仿真模型。这种仿真方法不仅改变了传统仿真只由数据和坐标来反映模型运动轨迹的不足,而且增加了视景节点,使观察者可以在仿真的过程中从各个视点来观察模型的运动轨迹,从而可以更加直观、生动的对模型进行描述。     

基于双目视觉定位的机械臂智能抓取控制研究

随着科技的发展，机械臂开始往更加智能化、自动化的方向发展，单单依靠传统的通过示教器执行单一指令的机械臂已远远不能满足各类复杂的生产和服务。为了让机械臂更加智能化和科技化，通过赋予其双目视觉感知模块和智能控制系统，对机械臂智能抓取控制进行研究。采用HSR-Co605协作机械臂，基于双目视觉相机在ROS系统进行仿真建模、运动规划、障碍物规避等试验；在复杂环境下实现了机器人双目视觉模块自主识别定位物体，同时对周围障碍物进行避障规划，实现机械臂自主运动规划及智能抓取操作。在不同场景下进行了智能抓取试验，并对其试验结果进行了分析，为后续机械臂能更好地适应复杂的工作环境以及产业化发展提供参考。     

空间7R冗余度机械臂运动灵活性的研究

分别用条件数和可操作度两个灵活度指标对空间7R冗余度机械臂进行了运动规划,分析了基于不同指标的末端轨迹的异同.研究结果表明:就末端轨迹而言,初始点最优是一种有效的规划方法;条件数的优化能力要强于可操作度;当规划进入优化解域时,指标函数逐点最优曲线的波动会使机械臂末端产生突跳现象.     

两机械臂协调操作的容错运动规划

针对两机械臂协调操作中发生关节坏死这类故障时的容错运动规划问题进行研究。首先,建立了两机械臂协调操作的运动学方程,给出了容错空间的计算步骤。然后,构造了反映机械臂末端运动与容错空间相对位置关系的中心度指标,并基于这一指标提出了机械臂协调操作的容错运动规划算法。利用该算法可以确定被持物体的最优初始位置,从而同时实现故障时刻和故障后的容错操作。最后,利用两面积3R机械臂的仿真实例证明了其有效性。     

冗余度机械臂关节运动和末端运动的同步容错规划

给出了可操作度这一运动灵活性指标新的物理解释,在此基础上进一步分析了退化可操作度这一容错性能指标的物理含义,由此得到了反映容错空间和实际操作度大小的臂长和转角这两种新的容错性能指标;利用它们对平面3R机械臂进行了关节运动和末端运动同步容错规划的仿真研究。研究结果表明,转角指标的最大化有利于避免发生故障时刻的退化机械臂出现奇异位形;而臂长指标有利于避免该退化机械臂在故障发生后的运动中出现奇异位形。     

欠驱动机器人动力学运动规划的动态子空间法及控制

欠驱动机器人的关节空间运动是通过主、被动关节间的动力学耦合实现的,系统运动可能发生动力学耦合奇异,使欠驱动机器人的动态操作性能严重降低。针对一般具有任意多个被动关节的开链欠驱动机器人系统,基于动力学分析提出一种优化控制方法,其核心是在欠驱动机器人的全部耦合运动空间中,根据动力学耦合操作性度量,动态构造有限个覆盖全部耦合运动空间的具有最佳耦合度的子空间,使发生在这些子空间中的耦合运动具有余度驱动的特点,从而实现提高欠驱动机器人的动力学耦合度的优化控制。提出的方法通过平面四连杆机器人进行仿真,仿真结果证明了这种方法是可行的。     

欠驱动冗余度机械臂的动态自重构

分析了欠驱动冗余度机械臂不同机构模式下运动学模型及动力学模型之间的关系,给出了欠驱动机械臂工作于全驱动模式下的动力学操作性度量指标。提出了一种欠驱动机械臂工作在欠驱动模式时的基于非线性控制技术的自运动控制方法,利用少维数的控制输入实现了机械臂的多维关节空间的运动控制,使欠驱动冗余度机械臂能完成自运动流形控制。提出一种动态提高欠驱动冗余度机械臂工作于全驱动模式时的操作性能的方法,通过有两个被动关节的平面四关节欠驱动机械臂进行了仿真验证。     

Manipulability analysis of underwater robotic arms on ROV and application to task-oriented joint configuration

This paper describes the task-oriented manipulability of tele-operated robotic arms mounted on a remotely operated vehicle (ROV) and its application to task-oriented joint configurations. The main purpose of the study is to reduce the tele-operator’s burden in performing underwater tasks by enhancing the functionality of the manipulator. Even though a manipulator has 6 degrees-of-freedom (DOF), which is proper DOF to work in Cartesian workspace, the manipulator might have redundancy according to task types and order of task-priority. This paper focuses on the problem to utilize the redundancy by introducing a scalar function as an object of optimization. The scalar function is composed of a taskoriented manipulability measure (TOMM) and joint limit measure (JLM). Using sequential quadratic programming (SQP) with the object function, we obtained optimal postures of the manipulator for a given position constraint of the end-effecter. Adopting the scalar function as a performance index, we solved a redundancy resolution problem based on the pseudo inverse of the task-oriented Jacobian matrix.     

基于形状变化的冗余机械手可操作性分析

受冗余机械手的可操作性理论和可操作性椭圆的启发,提出形状变化可操作性理论和形状变化可操作性椭圆。可操作性表示了冗余机械手在形状给定的前提下,它的每一个关节产生速度的性能;形状变化可操作性表示了当冗余机械手的手臂末端被给定任务时,其余中间关节产生速度的性能,即是形状变化性能,手臂末端执行给定的任务,如轨道追踪,因此不具备形状变化可操作性。对可操作性椭圆和形状变化可操作性椭圆进行比较和分析。通过对七关节机械手在二维平面内的轨道追踪和障碍物回避的实例分析、以及对三维空间内的不同姿势(即不同形状)下的七关节机械手所对应的不同形状变化可操作性椭圆的比较分析,能够认识到形状变化可操作性理论的提出对于评估和设计冗余机械手的结构和形状有着重要的实际意义。     

Evolutionary bi-criteria optimum design of robots based on task specifications

The optimum robot structure design problem based on task specifications is an important one, since it has greater influence on manipulator workspace design, vibrations of the manipulator during operation, manipulator efficiency in the work environment and power consumption. In this paper, an optimization robot structure problem is formulated with the objective of determining the optimal geometric dimensions of the robot manipulators considering the task specifications (pick and place operation). The aim is to minimize torque required for motion and maximize manipulability measure of the robot subject to dynamic, kinematic, deflection and structural constraints with link physical characteristics (length and cross-sectional area parameters) as design variables. In this work, five different cross-sections (hollow circle, hollow square, hollow rectangle, C-channel and I-channel) have been experimented for the link. Three evolutionary optimization algorithms namely multi-objective genetic algorithm (MOGA), elitist nondominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) and multi-objective differential evolution (MODE) are used for the optimum structural design of 2-link and 3-link planar robots. Two methods (normalized weighting objective functions and average fitness factor) are used to select the best optimal solution. Two multiobjective performance measures namely solution spread measure and ratio of non-dominated individuals are used to evaluate the Pareto optimal fronts. Two more multiobjective performance measures namely optimiser overhead and algorithm effort, are used to find computational effort of optimization algorithm. The results obtained from various techniques are compared and analyzed.     

一种新型并联机器人的奇异性与工作空间研究

针对一种六棱锥式新型并联机器人的轨迹规划问题,基于具有反解选取准则的机构逆运动学方程,对奇异性和工作空间进行深入研究。由雅可比矩阵提出机构奇异判别方程,并引入可操作度性能指标进行奇异性分析。考虑运动副范围以及连杆干涉等约束条件,采用三维边界搜索法,给出机构在定姿态下工作空间的三维可视化描述。进行边界采样实验,实验结果表明了仿真的正确性。研究结果可为无奇异轨迹规划提供理论依据。     

基于遗传算法的移动机械手运动规划

讨论移动机械手非完整运动最优规划问题.利用遗传算法对移动机械手进行了两点和多点运动规划,采用了浮点数编码及适应度最优保存策略.通过仿真试验,验证了该方法的有效性和可行性.     

Trajectory planning of redundant manipulator using fuzzy clustering method

The solution of inverse kinematics and trajectory planning with performance criteria for a redundant manipulator is proposed with modification in fuzzy c-means. A new fuzzy clustering model based on a new generalized validity index based on weighted within-scatter metrics and between-cluster scatter metrics for the manipulator is proposed. In order to understand the proposed algorithm and to show its performance, two simulation studies of trajectory planning with manipulability criteria for a redundant manipulator are modeled to solve the problems of finding association rules in the data and of setting up an appropriate classification procedures. The problem of redundant manipulator (which is a multi-input, multi-output nonlinear system) is new in terms of solution by clustering method. The proposed algorithm for the trajectory planning of the manipulator is simulated using Matlab®. All practical steps, from data acquisition to model validation, are illustrated using a 4 degree of freedom robot manipulator. The simulated results are compared with the numerical methods of the trajectory planning. The results are presented graphically. The proposed method has the advantage of simplicity, flexibility, and good tracking performance.