虚拟人手臂避障抓取运动规划

针对强干涉环境下虚拟人手臂无碰撞抓取物体动作规划问题,提出一种逆向运动学与运动规划相结合的求解方法.首先在现有FABRIK逆向运动学算法的基础上提出避障FABRIK算法,用于实现手臂无碰撞抓取姿态设计,作为最终抓取姿态;然后采用Bi-RRT算法,综合考虑7维角度域约束和对非光滑路径的简化问题对手臂进行无碰撞运动规划,产生从给定初始姿态到最终抓取状态之间的中间姿态.仿真实验结果表明,该方法速度快,产生的路径能有效地避开障碍;可用于强干涉环境下的虚拟人动作设计.     

用于复杂管道内表面喷涂的冗余机器人轨迹避障规划

本文旨在系统地解决长臂冗余机器人喷涂复杂管道内表面的避障问题.首先基于空间插值提出在线碰撞检测方法,该方法不仅适用于不同形状的管道,而且检测精度随着模型采样密度的增加而增加.机器人末端连杆位姿由目标点位姿约束确定,不能通过机器人的冗余自由度进行避障调节.针对喷涂机器人末端必然碰撞情况,提出放宽目标点姿态约束的方法,利用碰撞检测确定末端最快避障方向,计算最小姿态变化矩阵,达到该情况下的避障要求.同时利用管道虚拟轴线与各关节最快避障方向优化冗余机器人其他关节的避障能力.喷涂复杂管道内表面的仿真实验验证了本文方法的有效性,解决了机器人末端必然碰撞问题,优化了机器人的避障能力.与现有方法相比,该方法可以处理更为复杂的管道避障问题.     

基于改进人工势场法的机械手避障规划

针对三维环境中机械手在障碍物附近目标不可达问题和局部最小值问题,提出一种基于改进人工势场法的机械手避障方法.该方法以机械手末端所受合力的方向作为其运动方向,通过势场力的作用使机械手末端避开障碍物,解决障碍物附近目标不可达问题;采用X-Y平面内的角度偏移法,使机械手末端迅速跳出局部最小值,解决势场法的局部最小值问题;从而使机械手避开障碍物到达目标位置,并给出了机械手避障规划算法的具体实现步骤.将该方法应用于机械手末端位置、障碍物位置和目标位置已知条件下的常规作业任务中,仿真实验结果表明,机械手末端沿着规划路径可跳出局部最小值,并避开障碍物,成功到达目标位置,验证了该算法的有效性.     

基于人工势场一遗传算法的机械避障方法研究

人工势场法是机器人避障规划中常用的方法,具有简单、实时性强的特点,但其存在目标不可达和局部极小值问题;文中针对机械臂的避障问题,首先利用人工势场法确定机械臂末端的避障轨迹,使用改进的斥力场克服势场法的目标不可达问题,利用随机逃离和沿等势线逃离相结合的方法解决局部极小值问题;其次针对机械臂末端避障轨迹中的每个点,采用遗传算法计算其对应的机械臂逆运动学解,在确保杆件不发生碰撞的情况下,充分保持关节角变化的柔顺性;仿真结果表明算法能够有效地实现机械臂的避障规划.     

具有双插补避障功能的七关节机械臂控制系统研究

具有更多自由度的七关节机械臂在保证末端运动位姿的前提下,可实现更好的避障轨迹设计,但是给控制系统研发带来很大难题。针对此问题,首先从传统的冗余机械臂运动控制算法出发,建立基于梯度投影法的逆运动学方程;然后,针对其不足,结合六关节机械臂的解析解方法,提出了一种新的既可以避免机械臂腕部碰撞,又可以对机械臂上指定点运动位姿进行监测的双插补算法,实现了具有主动避障与碰撞监测的实时运动控制算法。最后,搭建了七关节机械臂和与之配套的软硬件控制平台,开发了实时的三维仿真软件,并通过实验验证了所提算法的正确性与有效性。     

人工势场法在多机器人运动中的研究

多机器人运动主要包括避障避碰、群集运动、队形控制三个模块.人工势场法在这三方面的理论基础已比较成熟,但在具体应用上还有一些值得改进的地方,如局部最小问题的解决、多机器人运动存在的特殊碰撞问题、复杂环境下的运动以及队形控制算法的探讨等.针对这些问题,分析了势场法在多机器人运动规划中的研究方法和现状,并对势场法在该研究领域的前景和研究方向做出了展望.     

基于全向移动平台的多机器人编队控制研究

针对多机器人编队控制中的队形控制和协同避障问题,提出了基于麦克纳姆轮的全向移动多机器人编队的基于领航-跟随型编队控制算法.首先建立多机器人运动学模型,得到车体运动控制参数,并针对传统领航跟随法进行改进,设计一种虚拟结构领航-跟随法,并将改进的人工势场法引入领航机器人的在线局部路径规划中,通过添加虚拟斥力旋转势场,解决了局部极小值问题,实现了多机器人编队在静态障碍环境中无碰撞路径规划.最后通过Python仿真验证了该算法结合的有效性.     

改进人工势场的手术机器人位姿规划

运动避障与路径规划是手术机器人自动化手术中重要的技术环节,为机器人手术提供了良好的术中安全性及准确性.本研究针对上述两关键技术,提出改进人工势场的手术机器人位姿规划算法,首先,通过对引力函数进行改进,在不求取运动学逆解的情况下,能够准确驱动机械臂到达指定位姿;接着,利用快速凸包算法将障碍物凸体化,通过Gilbert Johnson Keerthi (GJK)算法计算障碍物与机械臂连杆等效圆柱面之间的最近距离,使避障距离更加准确;然后,通过自适应步长,使机械臂运动更加平稳快速;最后,引入动态引力常数,使机械臂具有逃离局部极小值的能力.实验结果表明,本研究能够让机器人在避障情况下平稳快速到达规划位姿,并在陷入局部极小值时逃逸,为未来医疗机器人在自动化手术方面提供了新思路.     

新型势场模型及在实时运动规划中应用

针对复杂环境中移动机器人的实时运动规划问题,在传统人工势场法基础上,以机器人与动态障碍物的相对位置和相对速度为变量,构建了一种新型的位置和速度势场模型,提出了一种新的自适应势场法.通过变参数约束扰动法解决了势场法中的局部极小问题.实验结果表明,该方法能使机器人选择最佳避障策略实现主动避障,快速地摆脱动态障碍物,规划出光滑路径,从而提高避障效率,较好地解决了动态未知环境中的路径规划问题.     

基于人工势场在机械臂避障路径规划中的研究综述

机械臂路径规划避障是目前机器人领域研究的热点,人工势场因算法简单、高效被越来越多地应用到机械臂路径规划避障中。本文首先介绍了人工势场的原理,分析了传统人工势场存在的目标不可达和局部极小值等问题,并对人工势场在机械臂避障规划中已有的算法进行分类综述,最后对人工势场在机械臂避障方面的发展趋势进行展望。