手把手示教喷涂机器人的示教数据优化方法

针对手把手示教喷涂机器人再现运动不平稳、整体运行速度低等问题, 提出了一种基于样条曲线拟合和运动规划的优化方法。通过使用非均匀B样条曲线对示教轨迹进行拟合计算, 得到位姿拟合曲线。位置曲线和姿态曲线是分开进行离散化的。位置曲线基于S型加减速进行离散化, 减速点的寻找采用双向插补的方法。姿态和位置的同步问题, 采用建立姿态曲线参数与位置曲线参数的映射关系解决。通过仿真和实验验证了该算法能够有效地提高示教机器人再现运动的平稳性和运行速度。     

NURBS曲线实时插补中S型加减速算法的研究

针对在高速高精度加工过程中非均匀B样条曲线(non-uniform rational B-spline,NURBS)的实时插补时,机床加减速容易出现冲击或者振荡现象,提出了S型加减速(S-shape ADC/DEC)前瞻方法。建立了曲线的S型加减速离散采样模型,提出了S型曲线加减速前瞻算法,通过此算法可以根据实际插补轨迹的几何特性,能够自适应地确定加减速点。仿真结果表明该算法可以在保证加工精度的同时有效消除加减速过程中对机床的冲击,提高加工精度。     

一种六关节机器人关节空间轨迹规划方法

为提高六关节机器人运动效率,保证在最优时间内平滑地完成运动任务,提出一种关节空间轨迹规划方法.该轨迹规划方法首先通过D-H参数法,对机器人进行建模;在末端执行器轨迹上寻找若干个特征点,并通过逆运动学解得六个关节的关节角;采用5次非均匀B样条曲线定义速度、加速度可控的关节轨迹,并获得时间最优轨迹规划的非线性运动学约束条件;最后通过改进的粒子群算法求解关于时间最优的运动轨迹.     

三次三角Bézier样条插值

给出了一种新的构造样条曲线的算法．利用三次三角Bézier基函数,仿照三次B样条插值构造方法,给出了三次三角Bézier样条插值的构造方法,所得样条插值曲线是C3连续的．     

三次NURB曲线的一个转换公式

本文推导了三次非均匀有理B样条曲线与三次有理Bezier曲线之间相互转换的关系式，并由此得出三次非均匀有理B样条曲线表示圆弧曲线的算法及其点几何性质，这些结果在计算机辅助几何设计及计算机图形学中是有用的。     

皮革裁剪拐角轮廓样条曲线重构

为提高裁刀拐角过渡速度及获得良好的运动平稳性,提出五次样条曲线拐角重构算法.根据预定的裁剪精度,在拐角顶点附近及构成拐角的两邻边各确定一个位置点,由这3点构建两段五次样条曲线代替构成拐角的原直线段.利用拐角附近点及其一条邻边上的点构建一条四次样条曲线近似计算构建的五次样条曲线几何参数.给出一个拐角重构实例,插补构建的曲线,并分别分析了插补输出的速度、加速度及加加速度.同时也重构了一条四次样条曲线与五次样条曲线作对比分析,结果表明,五次曲线能使裁刀获得良好的且较四次曲线优越的轮廓拐角加工性能.     

带有给定切线多边形的三次B样条曲线的扩展

描述了一种与给定多边形相切的三次均匀B样条曲线的扩展算法.在算法中,所有的三次均匀B样条曲线的扩展曲线的控制点可以通过对多边形的顶点进行简单计算产生.所构造的曲线对多边形具有保形性,而且曲线可以局部修改.最后给出了2个算例.     

基于双 Ｂ样条的手机点胶轨迹插补算法研究

针对手机边框点胶加工对均匀点胶、点胶方向垂直于点胶曲面的需求，研究了基于五轴点胶机的双 Ｂ样条插补算法。首先，使用两条 Ｂ样条曲线规划针尖点和针轴点的轨迹；其次，使用预估校正法计算针尖点轨迹插补参数，根据同步关系计算针轴点轨迹插补参数，进而计算两条插补轨迹；再次，根据两条插补轨迹计算非过渡区间的旋转轴转角，使用五次多项式计算过渡区间内的旋转轴转角；最后，根据旋转轴转角和针尖点轨迹计算平动轴位移量。仿真结果显示：笔者算法的迭代次数较少，速度波动率较小。实验结果表明：笔者算法的速度波动率、轨迹误差和点胶针轴矢量的偏差相较于 ＰＶＴ（位置－速度－时间）插补算法较小，笔者算法的工程有效性得到验证。     

NURBS曲线的数控高速插补算法

为实现数控机床高速度高精度加工,在分析三次NURBS曲线原理的基础上,提出NURBS曲线插补算法原理.通过时间分割法建立NURBS曲线插补算法公式,给出了具体推导过程,分析了进给速度和加速度对插补的影响,并介绍了高速高效和恒速处理的方法,在此基础上开发了NURBS曲线插补软件,对实例进行了验证.该方法简化了通常曲线插补过程中的繁琐计算,提高了NURBS曲线的插补速度,也保证了插补的精度和表面质量,它在曲线的高速高精度加工中具有非常重要的实际意义.     

非均匀有理B样条曲线的高精度低速度波动插补算法

为提高非均匀有理B样条曲线的插补精度,降低插补速度波动率,提出一种基于改进S型速度规划及Steffensen型参数计算的插补算法.通过自适应插补得到曲线分段信息,根据曲率信息自适应调整最大加加速度并进行速度精确控制,改进了传统S型速度规划算法,使得插补处处满足误差约束。采用正反向插补精确确定减速点,并利用带参数Steffensen型方法计算曲线插补参数,避免求导运算,增强插补实时性,有效控制速度波动率.实验结果表明,相对于其他算法,该算法具有更高的插补精度、更低的速度波动率,是高效可行的.     

机械手空间圆弧位姿轨迹规划算法的实现

为提高机械手的空间圆弧作业任务的轨迹精度,提出采用齐次矩阵和四元数法分别进行位置和姿态的轨迹规划方法．对于位置规划,先对空间圆弧所在平面的圆心角做归一化处理,再按照平滑角速度曲线规划位置轨迹上的插值点,并用齐次矩阵表示插补点的位置,保证了插补点的位置始终在所求圆弧上．姿态规划采用四元数圆弧曲线函数以及分段三次有理插值保形样条函数实现C²连续的姿态轨迹．算例验证表明,提出的位姿规划方法能够保证机械手末端执行器的轨迹精度,在位置精度及姿态平稳过渡有较高要求的机械手的实际应用方面有推广价值．     

The collision-free trajectory planning for the space robot to capture a target based on the wavelet interpolation algorithm

In the research of path planning for manipulators with many DOF, generally there is a problem in most traditional methods, which is that their computational cost (time and memory space) increases exponentially as DOF or resolution of the discrete configuration space increases. So this paper presents the collision-free trajectory planning for the space robot to capture a target based on the wavelet interpolation algorithm. We made wavelet sample on the desired trajectory of the manipulator’s end-effector to do trajectory planning by use of the proposed wavelet interpolation formula, and then derived joint vectors from the trajectory information of the end-effector based on the fixed-attitude-restrained generalized Jacobian matrix of multi-arm coordinated motion, so as to control the manipulator to capture a static body along the desired collision-free trajectory. The method overcomes the shortcomings of the typical methods, and the desired trajectory of the end-effector can be any kind of complex nonlinear curve. The algorithm is simple and highly effective and the real trajectory is close to the desired trajectory. In simulation, the planar dual-arm three DOF space robot is used to demonstrate the proposed method, and it shows that the algorithm is feasible.     

基于多种群竞争松鼠搜索算法的机械臂时间最优轨迹规划

针对传统智能优化算法在机械臂关节空间进行时间最优轨迹规划应用中存在的寻优效率低、优化结果全局性和稳定性差的问题,提出新的机械臂时间最优轨迹规划方法. 在建立机械臂关节空间内的时间最优轨迹规划模型时考虑位置约束,根据输入的关节点列,使用S形曲线估算时间的取值区间,对生成算法的所有个体进行多种群竞争迭代,得出机械臂关节空间轨迹规划的时间最优解. 与不同算法的仿真对比试验结果表明,所提方法较传统的优化算法具有更高的寻优效率和更好的优化全局性;所提方法的稳定性好,其多次优化结果的方差相较单种群算法低3个数量级.     

基于时间冲击最优的TBM换刀机器人轨迹规划

为了提高隧道掘进机(TBM)换刀机器人的工作效率,减小换刀过程中的运动冲击,提出基于改进型粒子群优化(PSO)算法的轨迹优化方法.采用位姿分离法与关节变量最小策略,对冗余关节机器人进行运动学分析.利用所求的逆解,将目标轨迹由笛卡尔空间映射到关节空间.针对每个关节使用5次NURBS曲线构造冲击连续的关节轨迹,以时间冲击最优构造目标函数,采用改进型PSO算法求解出最优时间序列,完成对轨迹的优化.通过对特定的换刀任务进行轨迹规划,得到各关节的优化轨迹.优化结果表明,提出的轨迹规划方法可以为换刀机器人各关节提供理想的轨迹,具有较强的轨迹跟踪能力.利用5次NURBS插值法与改进型PSO优化算法,可以保证轨迹的时间最短与冲击最小,提高了运行的效率与平稳性.     

基于预估-校正公式的参数曲线插补算法

为减小插补输出速度的波动,提出基于预估 校正公式的参数曲线插补算法.该算法包括插补预处理和实时插补两部分.插补预处理采用S曲线加减速算法规划插补速度,得出插补速度与时间关系.实时插补用Akima插值法计算插补速度,用五阶龙格 库塔法计算参数的初值,用五阶预估 校正公式计算下一插补参数.对比研究了提出的算法与基于泰勒级数展开插补算法对同一条参数曲线的插补效果,结果表明,与基于泰勒级数展开算法相比,在数控加工中,提出的算法可减小插补输出速度波动,提高机床运动的平稳性,提高加工精度.     

三次Bezier曲线的插补算法及误差分析

在分析三次Bezier曲线原理的基础上,提出了采用时间分割法对其进行插补的算法及误差分析.实例表明,该方法简化了通常曲线插补过程中的繁琐计算,提高了Bezier曲线的插补速度,也保证了插补的精度和表面质量,在曲线的实时插补中具有非常重要的实际意义.     

超精密加工中NURBS曲面的保形插值算法

研究了适用于超精密加工的插补算法及曲面保形插值算法.在分析研究三次NURBS曲线性质基础上,提出了一种不需要反算控制顶点NURBS插值算法,采用Matlab7.0软件对该算法进行仿真.结果表明,得到的曲线具有保凸性、保形性等性质,并且曲线的修改具有局部性质,在曲线段的连接点处具有C~2连续性质.这对实现平滑稳定的高速、高精度加工具有重要意义.     

机器人的平面曲线轨迹规划方法

提出了一种满足笛卡尔空间与关节空间混合约束的机器人平面曲线轨迹规划方法.在笛卡尔空间讨论了控制节点的选取,节点间运动时间的分配,以及规划轨迹与要求轨迹的位置偏差和姿态偏差的估计方法;在关节空间讨论了三次样条函数插值及满足关节速度、加速度及力矩约束的方法.根据规划轨迹与要求轨迹偏离情况,非均匀地插入控制节点.通过增加有限的控制节点,有效地控制偏差,减少计算量.给出了完整的平面曲线轨迹规划算法.仿真实例验证了算法的有效性和可行性.     

基于三分支机器人关节空间轨迹规划的研究

采用分离系数方法对三分支空间机器人进行运动学数学建模,在此基础上,进行了关节空间中的轨迹规划,提出1种在关节空间应用分段低阶插值拟合路径曲线的规划算法,以改善轨迹控制精度。用计算实例验证了该算法的快速性和高精度。     

一种新型高阶连续的点对点运动轨迹规划算法

为解决机器人、数控机床、起重机等机械设备的运动状态变化对系统冲击过大的问题,利用两段双曲正切函数构造衔接点在匀速段的S型速度曲线,并将S型曲线与跟踪微分器结合,生成一种结构简单、高阶连续的点对点运动轨迹 (HCPPMT),通过调整HCPPMT的相关参数,可调节加、减速阶段的快慢程度、匀速阶段的最大速度、作业时间,使点对点运动过程中加速、匀速、减速过程的平滑程度、冲击强度可控、各阶段状态可调,减少了运动状态切换对机械设备的冲击,增强了运动平稳性。应用Lyapunov方法证明了HCPPMT的收敛性,并对HCPPMT具有的一些物理性质进行了严格的数学证明,通过与其他两种轨迹对比,以及在三自由度机械臂末端执行器轨迹规划上的应用,说明了HCPPMT的优越性。