面向多联体叶片的机器人喷涂无干涉路径规划

多联体叶片存在曲面复杂、叶片间距小等结构特点。等离子喷涂为铸造多联体叶片的重要工序,可使叶片表面强化与改性,其喷涂质量直接决定叶片的成品率与性能。现有的机器人等离子喷涂的路径生成主要依靠手动示教,而喷涂过程中的喷涂距离与喷涂夹角无法量化导致喷涂质量不均且示教方法繁琐、效率低。基于此,提出一种面向多联体叶片的工业机器人等离子喷涂无干涉路径生成及光顺方法。首先,根据CAD模型,将多联体叶片型面转为非均匀有理B样条(NURBS)曲面,利用NURBS曲面解析特性,生成约束喷涂行距与喷涂叶片边缘距离的初始路径点;然后将喷涂焰流简化为方向包围盒,将干涉曲面转为三角面片,采用基于分离轴检测的方法进行碰撞干涉检测,生成考虑最小喷涂倾角约束的喷涂姿态。采用基于球面样条四元数插值变步长姿态优化方法进行姿态光顺,生成无干涉且路径光顺的喷涂路径。经过仿真与实验验证,提出干涉避免算法能有效避免喷涂过程中的干涉现象。对比未光顺路径,所提出算法机器人运行效率提高52.6%,机器人振动下降,运行更加平稳,其中关节加速度最大下降55.8%,最小下降2.9%,末端瞬时加速度最大下降39.6%,最小下降14.4%。     

一种并联机械手操作空间最优时间轨迹规划方法

提出一种并联机械手最优时间轨迹规划方法。在操作空间中将机器人的拾取点通过椭圆曲线进行连接,应用先进SCCA(Sine Constant Cosine Acceleration)凸轮运动曲线定义了椭圆路径运动规律,从而使机器人运动过程中关节速度、加速度及转矩曲线连续、平滑,动态性能较优。在此基础上,以关节速度、加速度及转矩为约束条件,以拾取时间最短为目标,采用自适应遗传算法对轨迹进行优化求解,算法中利用罚函数处理非线性约束问题。通过自行设计的Delta机器人仿真及试验结果,表明文中提出的轨迹与常用门字型轨迹相比,运动曲线更加平滑、自然,能有效减小关节空间冲击,缩短机器人拾取时间,提高工作效率。     

多约束条件下的机器人时间最优轨迹规划

提出了一种工业机器人时间最优轨迹规划及控制的新方法。对于笛卡尔空间中给定路径上的离散路径点,通过运动学逆解求得与之对应的关节节点序列,采用三次样条插值方法构造各关节位移、速度、加速度均连续的轨迹。在考虑关节空间中速度、加速度、加加速度约束条件的同时,确保机器人在笛卡尔空间各离散路径点处满足由给定路径所决定的速度约束条件,减小机器人运动路径与给定路径之间的误差。采用序列二次规划法求解上述非线性约束优化问题,进而规划出沿特定曲线方程运动的机器人时间最优轨迹。最后将上述算法应用于剪带机器人,证明了该算法的有效性和可行性。     

一种气门电镦成型机器人轨迹规划与仿真研究

运用D-H法建立气门电镦成型机器人数学模型,并进行运动学正逆解。根据实际现场对机器人运动路径要求,规划其运动路径,现场通过示教获取机器人运动关键点,并在关节空间进行B样条曲线轨迹规划研究,获取关节空间轨迹运动函数表达式,并利用Matlab工具对规划轨迹进行仿真模拟。结果表明利用该方法能生成一条关节位移、速度、加速度都连续的平滑运动轨迹,以保证机器人工作时按规定的路径平稳地运行,且能顺利避开障碍物,满足设计和使用要求。     

基于多目标粒子群优化算法的6R工业机器人轨迹优化

为了提高工业机器人的工作效率以及运动稳定性,对机器人轨迹进行了优化。在机器人任务空间中用NURBS曲线描述机器人末端轨迹,采用机器人逆运动学求解算法将任务空间轨迹转化到关节空间;提出了一种自适应罚函数的约束多目标骨干粒子群优化算法,对机器人运动时间、加速度、跃度等指标进行多目标优化,该算法采用自适应指数罚函数对约束进行处理,有利于引导算法更快进入可行区域,搜索好的目标值。最后,通过机器人加工实验,验证所提出算法的正确性和有效性。     

基于量子粒子群优化算法的空间机器人非完整笛卡尔路径规划

利用自由漂浮空间机器人系统的非完整冗余特性,提出一种可使基座姿态和机械臂末端位姿同时到达期望状态的路径规划方法.该方法首先通过正弦多项式函数对机械臂关节角轨迹进行参数化,并根据基座姿态和机械臂末端位姿控制精度指标设计目标函数,由此,将自由漂浮空间机器人系统的非完整笛卡尔路径规划问题转换为非线性系统的优化问题.采用量子粒子群优化算法对非线性优化问题进行求解,将求解出的参数代入机械臂关节轨迹函数,即实现了非完整路径规划的目标.建立由飞行基座和6-DOF机械臂组成的空间机器人系统动力学模型,对所提出的方法进行仿真验证.试验结果表明,所提出的方法能够收敛于全局最优值,收敛速度快,所需调整参数少,且规划的关节路径满足关节角、角速度及角加速度的范围,关节路径平滑,适合于机械臂的控制.     

基于力觉伺服轨迹规划的磨抛工业机器人曲面跟踪控制研究

为进一步提升工业机器人磨抛自由曲面时的轨迹跟踪控制技术,设计一种自由曲面磨抛轨迹自动生成方法。生成工件的STL模型,利用Bezier三角曲面拟合方法得到工件的拟合曲面,基于螺旋式磨抛轨迹实现自由曲面轨迹规划;利用等参数法和轨迹偏置的方法生成全部的轨迹,根据曲线路径曲率的变化,自适应调节控制点的间距,避免了曲线偏置时的干涉问题;在工业机器人腕处安装6D力传感器,利用力/位置混合控制方法对工业机器人进行运动轨迹跟踪控制。通过实验平台测试,验证该方法能够有效地进行曲面跟踪控制。     

基于优化人工蜂群算法的多机器人协同规划

为了提高人工蜂群算法在多机器人路径规划中的性能,提出了优化人工蜂群算法。提出了一种新的环境建模方法,将障碍物边缘平滑化;分析了人工蜂群算法原理,改进了新食物源的生成方法,提出了自适应的搜索因子,兼顾了大范围搜索和算法收敛速度;改进了机器人路径点的表示方法,使用位置夹角表示机器人路径点,减少了位置参数;使用加权方式将路径长度、路径平滑度、路径安全性综合为目标函数。仿真实验结果表明,改进在多机器人路径规划中不仅耗时较少,而且路径也短,且随着机器人数量的增加,耗时和路径长度的差距越来越大。     

基于四元数的手术机器人圆弧轨迹规划

为提高七自由度手术机器人末端执行器空间圆弧作业任务的位姿轨迹精度,系统提出采用四元数代替原有的齐次坐标矩阵描述末端执行器的位置和姿态,并采用梯形速度规划生成平滑连续的位姿轨迹,实现等夹角姿态均匀渐变。以在研究的颅颌面七自由度冗余手术机器人为原型,通过三次B样条曲线对反解后的关节轨迹进行插值处理,生成各关节速度、加速度连续平滑的轨迹规划曲线。仿真结果表明,算法符合手术机器人的插补精度和连续性要求,具有实际推广价值。     

MOTOMANGP180型工业机器人的建模与仿真研究

基于运动学理论基础,利用标准D-H参数法对MOTOMAN-GP180型工业机器进行建模,得到机器人连杆坐标系模型,根据变换矩阵通式求解出机器人正运动学方程,并对机器人逆运动进行分析,再将D-H参数代入Matlab中的机器人工具箱进行三维模型的建立,正运动学求解函数Fkine仿真得到的数据与公式计算数据一致,证明模型建立正确.利用蒙特卡洛法对机器人工作空间进行求解,得到的空间图显示满足大多数场景工作要求.针对机器人搬运过程中的点到点的轨迹规划,采用五次多项式插值的方式轨迹进行优化,最终得到6个关节的位置、速度、加速度曲线平滑且连续,为该型号机器人的运动学研究提供了新思路.     

电力铁塔攀爬机器人工作空间的3种求解方法

在对现有的机器人工作空间求解方法分析总结的基础上,分别采用蒙特卡洛法、定步距角法及仿真法求解电力铁塔攀爬机器人工作空间,并从图形效果、分析方法、用时及适用场合4个方面对其进行了比较,选择定步距角法为求解攀爬机器人工作空间的最优方法。通过对工作空间降维提取二维边界曲线并生成三维曲面的方法分析机器人工作空间边界,采用数值法求解了工作空间体积,为机器人结构优化设计、路径规划及运动控制提供了理论依据。     

基于A~*算法和三次样条的工业机械臂路径平滑性研究

为提高工业机械臂运动的平滑性,提出了一种基于A*算法和三次样条函数的路径规划方法。首先建立空间障碍物3维模型,应用A*算法规划出在障碍物环境下的可行路径。然后以该路径的关键节点,建立三次样条插值函数,生成平滑的机械臂避障路径。最后通过实例对关节不同时刻的位移、速度、加速度的仿真和对比,结果验证了该方法的有效性。     

基于多约束条件下的机器人尺寸综合优化

为实现机器人在多约束条件下的尺寸优化,提出一种基于多约束条件下的机器人尺寸优化方法.首先建立6足机器人的简化数学模型,并给出该机器人需要综合优化的设计尺寸;然后分析了该机器人存在的多种约束条件,并进行约束条件的综合.通过对该机器人的运动学求解和力雅克比矩阵的推导,得到机器人的关节转矩表达式;以关节转矩为目标函数,多约束...     

六关节工业机器人最短时间轨迹优化

在应用于多车型汽车生产流水线的六关节工业机器人设计过程中,以实现轨迹规划时间最优为目标,对机器人的速度、加速度以及加加速度进行约束,在三次多项式插值的基础上,利用Matlab遗传算法工具箱对机器人的运动轨迹进行最短时间优化,并运用Matlab实现轨迹规划仿真。实验结果表明,基于遗传算法的三次多项式插值在保证机器人运行曲线连续平滑的同时也保证了机器人轨迹运行时间最短,提高轨迹规划的科学性、实用性与可行性,为机器人控制提供了有效依据。     

工业机器人最小代价的轨迹规划

提出了一种工业机器人的最小代价轨迹规划方法.将机器人的轨迹视为由机器人关节空间中一系列的关键点构成,关键点的两点之间通过3次样条曲线进行连接.使用加权系数法定义代价函数,从而使机器人在运动过程中的运动时间、消耗能量、奇异点的避让、关节加速度和关节二次加速度在某种程度上达到综合最优,同时考虑关节位置、速度、加速度、二次加速度以及力或力矩的约束条件.采用差分进化算法(DE)和基于精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)来处理非线性约束的优化问题.斯坦福机器人(捡拾操作)的仿真结果显示,两种算法运行良好,然而DE算法比NSGA-Ⅱ收敛速度更快,解的质量更好.     

基于体素的机械臂连续碳纤维3D打印路径规划

碳纤维长纤3D打印对路径的连续性和复杂构型的无支撑成型均提出了需求。传统三轴熔融沉积3D打印采用平面切片和基于轮廓的路径规划方法，由于成型方向的单一性，悬空结构无法避免支撑的产生；由于采用基于轮廓的路径规划，缺少内部几何信息，无法扩展到曲面空间。针对以上问题，提出了基于机械臂的连续碳纤维3D打印曲面切片和曲面连续路径规划方法。通过三维模型的体素化处理，保证空间信息的完整性；在无支撑无碰撞约束下，分解成系列体素曲面层，保证无支撑成型；采用Fast Marching网格测地线算法，形成曲面空间的连续等距螺旋偏置路径，并对路径进行平滑优化，保证路径的连续性；最后生成用于机械臂3D打印的Gcode路径文件。通过多种三维模型路径规划仿真对比和打印实验，证明了该方法的可行性，实现了曲面分层的无支撑连续路径规划。     

基于时间最优的工业机器人关节空间轨迹规划

以六自由度工业机器人为研究对象，为解决运行轨迹不平滑而导致机械冲击，提高机器人的运行效率和平衡性，提出一种基于二次抛物线加速度连续的关节空间时间最优轨迹规划算法。首先，基于匀加速-匀减速运行方式，根据电机最大速度和最大加速度参数，推导出运行位移、速度和加速度以及最小运行时间的计算公式；其次，基于梯形运行方式，引入速度同步系数和加速度同步系数两个参数，用来解决各关节运行同步的问题；然后，基于二次抛物线运行方式，推算出位移、速度和加速度关于时间的表达式，并给出算法设计流程图；最后，使用MALAB进行算法仿真验证。结果表明，该算法保证了加速度、速度和位移的连续，实现各关节同步运行和时间最优，确保机器人平滑高效地运行。     

工业机械手的时间最优轨迹研究

本文以六轴工业机械手为研究对象,深入研究了三次样条函数用于关节空间下点位运动的计算方法,考虑速度约束、加速度约束、冲击约束条件下,应用遗传算法,对已规划轨迹寻求时间最优解,后续在MATLAB Robotics Toolbox中仿真运行,结果表明机器人各关节运动平稳,优化后能使机器人运行效率大大提高从而延长机器人使用寿命。     

七自由度机器人动力学优化

对七自由度机器人动力学性能进行研究并优化,七自由度机器人结构上具有冗余关节,可以进行容错控制,因此容错时可能会产生关节的加速度突变,从而引起系统故障甚至损坏机器人系统。为防止加速度突变引起机器人运动故障,首先进行机器人动力学建模及分析,在此基础上将求解出的加速度优化处理,将优化后的加速度进行最优化分析,有效克服了高速运动及容错时容易发生的关节加速度突变。通过实验仿真观测到该优化可以对关节角度实现快速准确的跟踪。     

融合能耗指标与安全因子的移动医疗机器人通用路径规划

考虑在突发重大公共卫生事件期间存在的医疗物资搬运工作强度大、交叉传播风险高等问题，提出一种节能、安全且通用的移动医疗机器人无碰撞路径规划方法。首先，通过建立某方舱医院栅格地图环境模型，表征机器人自主移动过程的能量消耗指标，改进A^*算法原始搜索方向，构建了一种计及能量因素的邻接矩阵优化策略。然后提出一种邻接矩阵权值算子，融合权值算子和安全避障惩罚因子到A^*算法的估价函数中。同时，提出一种基于三次连续贝塞尔曲线的路径平滑方法，用于方舱医院栅格地图中生成曲率连续的平滑路径。仿真结果验证了所提方法的适用性，相较于传统路径规划方法，该方法具备节能性、安全性和平滑性特征，有效降低了医疗运输成本。