一种基于遗传算法的空间机械臂避障轨迹规划方法

针对空间机械臂系统的一系列特殊需求,提出了一种空间机械臂轨迹规划方法.假设机械臂在关节空间下存在一条可以用两段高次样条曲线分段描述、满足所有空间机械臂运动特性要求的理想轨迹.这两段样条轨迹之间的连接点参数能够影响两段样条函数在空间中的扭曲形状,从而使机械臂在遵从样条轨迹运动的同时避开所有障碍.首先建立理想轨迹的分段描述方程,将方程中的未知量用与中间点有关的参数进行描述,将不能够确定的中间点相关参数提取出来作为待定参数,从而将空间机械臂轨迹规划问题转变为一个多目标优化求解问题;其次应用遗传算法进行求解,在分析空间机械臂控制需求和障碍的笛卡儿空间描述的基础上,通过加权系数法建立关于笛卡儿空间机械臂末端轨迹长度、关节空间机械臂运动角度、运动过程中关节最大扭矩、机械臂总运动时间和碰撞情况的遗传算法适应度评定函数.最后应用遗传算法在关节空间下规划出一条无碰撞、动力学特性满足裕度要求、轨迹长度和运动时间较短的理想轨迹.另外,上述方法具有拓展性,通过多次分解轨迹求取中间点,能够使机械臂避开非常复杂的障碍.利用该方法在通过C语言建立的空间机械臂仿真平台上进行验证,结果表明该方法稳定、有效,生成的轨迹满足空间机械臂的性能要求.     

基于改进RRT-Connect算法的机械臂抓取路径规划

本文针对机械臂在目标抓取过程中存在路径长、搜索效率低等问题,提出一种改进RRT-Connect(双树快速随机扩展连接树)路径规划策略.首先,为了降低传统RRT-Connect路径搜索的随机性,增加目标偏执策略,同时引进极致贪婪函数,提高其收敛速度.其次,利用Dijkstra算法进行路径优化,得到最小路径,再引用B样条函数对此路径进行平滑处理.最后,将改进RRT-Connect和Dijkstra算法相融合,对三维机械臂进行仿真研究.仿真结果表明,本文提出的规划算法对串联机械臂的实际使用具有参考价值.     

改进RRT-人工势场法的机械臂堆垛运动方法

快速拓展随机树算法(RRT)在机械臂路径规划中存在随机性强、搜索效率低、规划路径长等问题,不能在货柜堆垛场景中取得相对最优的光滑路径。对此,该文提出了一种改进RRT-人工势场法混合算法进行货柜堆垛机械臂运动规划。首先,对传统快速拓展随机树算法进行改进,在传统快速拓展随机树算法的全局搜索的基础上引入目标搜索,增强了随机树的搜索效率,并使用改进后的算法进行全局路径规划;其次,对人工势场法进行改进,通过使用斥力势场范围大小作为阈值修正引力函数,使用机械臂末端执行器至末位置点影响修正斥力函数,并使用改进的人工势场法对局部路径进行优化;再次,使用三次非均匀B样条曲线对路径进行平滑处理,并将处理后的光滑路径作为机械臂末端执行器运动的最终路径。最后,在Python模拟场景中对改进算法进行可行性分析,并在ROS系统对机械臂堆垛运动进行应用仿真,验证了该方法的有效性和可行性。     

空间机械臂在线实时避障路径规划研究

针对目前空间机械臂避障路径规划算法计算量大难以达到在线实时规划的缺点,对空间机械臂的在线实时避障路径规划问题进行了研究和探讨。采用规则体的包络对障碍物进行建模,并借助C空间法的思想,把障碍物和机械臂映射到两个相互垂直的平面内,将机械臂工作空间的三维问题转化为二维问题,并结合二岔树逆向寻优的方法进行路径搜索,从而大大减少了计算量,达到了在线实时规划的要求。最后在空间机器人仿真系统上对其进行了仿真研究,验证了该方法的可行性。     

基于hp自适应伪谱法的空间机器人路径规划

针对空间机器人运动过程中基座姿态产生较大扰动的问题,基于hp自适应高斯伪谱法提出了一种以基座所受反作用力矩最小为目标函数的空间机器人路径规划方法.首先,综合考虑空间机器人运动过程中存在的关节角度约束、关节角速度约束、控制力矩约束及初始状态和终端状态约束等约束条件,将空间机器人路径规划问题看成满足一系列约束条件和边界条件并实现特定性能指标最优的最优控制问题.其次,结合hp自适应高斯伪谱法（hp-AGPM）与非线性规划技术,求解带有边界约束和路径约束的优化控制问题,得到满足约束且性能指标最优的空间机器人运动轨迹.最后,以平面2自由度空间机械臂为例对所设计方法进行仿真验证,并与其他伪谱法进行对比分析.仿真结果表明：本文算法能在10.6 s的时间内规划出满足各约束条件且容许偏差低于10^-6的最优运动轨迹,并且在计算速度和配点数量上都优于其他伪谱法.     

基于小波逼近的空间机械臂非完整运动最优规划的遗传算法

本文讨论了空间机械臂非完整运动规划问题．将空间机械臂非完整运动规划问题转化 为非线性系统最优控制问题．在控制算法中用小波函数逼近控制输入规律．提出了空间机械 臂非完整运动规划最优控制的遗传算法．数值仿真表明,小波逼近和遗传算法联合求解最优 控制问题是有效的．     

基于遗传算法的机械臂实时避障路径规划研究

针对模块化机械臂在运行时可能与工作空间中的障碍物发生碰撞的问题, 提出一种基于遗传算法的避障路径规划算法。首先采用D-H(Denavit-Hartenberg)表示法对机械臂进行建模, 并进行运动学和动力学分析, 建立机械臂运动学和动力学方程。在此基础上, 利用遗传算法分别在单/多个障碍物工作环境中, 以运动的时间、移动的空间距离和轨迹长度作为优化指标, 实现机械臂避障路径规划的优化。通过仿真验证了基于遗传算法的机械臂避障路径规划算法的有效性与可行性, 该算法提高了运行中的机械臂有效避开工作空间中障碍物的效率。     

羽毛球机器人机械臂运动轨迹多目标规划

为了实现羽毛球机器人机械臂高速连续平滑地击打羽毛球动作,提出了一种新的多目标机械臂运动轨迹优化模型。首先,该轨迹优化模型根据D-H运动学模型,通过坐标变换建立机械臂的位姿表达式。然后,采用牛顿下山法求出给定路径关键点的运动学逆解集,并基于最短路径算法从逆解集中求出最优解。最后,根据所求出最优解,采用三次样条插值建立电机转角函数,以实现机械臂的连续平滑运动。实验结果表明：新的轨迹优化模型能够有效地降低电机能耗和提高转动效率,从而保证了机械臂响应速度。     

自由浮动空间冗余度机械臂避奇异规化的混沌运动抑制控制

推导出自由浮动空间冗余度机械臂的广义雅可比矩阵,讨论空间机械臂避奇异问题,基于梯度投影法选取空间机械臂的运动学可操作度作为避奇异优化目标函数,利用关节空间的自运动,实现自由浮动冗余度空间机械臂的避奇异运动规划,混沌数值计算表明,空间冗余度机械臂避奇异运动时,其关节零空间的自运动处于混沌状态,利用状态延迟反馈控制来实现空间冗余度机械臂避奇异时的混沌抑制,将关节运动镇定到稳定的周期轨道。     

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。     

综合数学形态矢量化在城市规划中的应用

在城市规划中，矢量化是遥感数据能被有效利用的重要一步。该文针对栅格和矢量数据的特点，分析并改进了综合数学形态学的算法，结合小波分析技术、边界处理和修编工作，较准确地提出影像数据中的各类用地，得到较好的矢量化效果，提高了规划的准确性、合理性和科学性。     

城市近期规划中的数学形态学矢量化研究

近期规划是城市规划中的一个重要层面，是直接指导城市建设的依据。矢量化是遥感数据有效利用的重要一步。针对栅格和矢量数据的特点，通过分析并改进数学形态学的算法，同时结合小波分析技术，边界处理和修编工作，能够较准确地提出影像数据中的各类用地，把矢量化结果进行检验，得到比较好的矢量化效果。这也有效地促进了规划的准确性和科学性。     

基于小波变换的低信噪比雷达回波快速检测法

根据二进小波变换对信号分解的形式与特性,给出了信号在小波域中广义子波能量的定义,并利用子波变换的多尺度分解特性构造出广义小波能量积累器。在此基础上设计出一种直接利用广义小波能量积累对低信噪比雷达回波信号进行检测的快速算法。仿真实验结果表明,该检测算法对强白噪声及强声背景下的低信噪比信号检测比较有效,对背景噪声具有较好的自适应性,且该检测算法设计简单,执行速度快,可靠性高。     

多进制小波变换及其在影像分析中的应用

首先简要地介绍了多进制小波基本理论并分析了其变换特征,然后阐述了其在影像缩小、边缘检测中的应用。     

Natural path planning using wavelet noise in static environment

In a constrained virtual environment, motion of a character has to be controlled with precision to avoid collisions. For modeling motion of a character representing some real‐life object, it is important to generate paths that look natural. A number of path planning algorithms have been introduced to solve real‐time path queries in an environment. However, in all such algorithms, a fixed path is returned always for the same start and goal positions in the environment. Recently, Perlin noise has been used to add variations to a path so that it appears more natural. However, because of pure random nature of Perlin noise function, often unnatural path occurs. In this paper, we present a new approach to natural path planning by adding wavelet noise to a path generated using subdivision‐based Corridor Map Method. Because wavelet noise is almost perfectly band limited and provides good details with minimal aliasing effects, the resulting path becomes smoother and more natural. Moreover, by appropriately choosing the levels of down/up sampling in the wavelet noise generation algorithm, frequency of wavelet noise can be adjusted. This serves as an effective tool in bringing variations in path as per the requirement. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于小波分析的等高线数据压缩模型

鉴于矢量地图数据压缩在地形环境仿真、制图综合、GIS等研究中具有重要作用，为此，利用小波变换理论和矢量地图数据的特点，提出了一种用于等高线数据压缩的模型和方法，即首先，基于小波变换的特征，提出了基于小波变换的等高线数据压缩的基本思想；然后，根据等高线数据的小波变换特点，研究了小波变换的边界处理；同时，给出了用于等高线数据压缩的特征点选取方法；并提出了基于小波变换的等高线数据压缩模型；最后，根据提出的压缩模型，对实际等高线数据进行了实验。理论分析和实验结果表明，该方法不仅能保持较高的压缩比，而且能使压缩后的数据保留原来数据的变化趋势，从而较好地反映了原数据的内在特性和规律性。     

A spline wavelet finite element formulation of thin plate bending

The wavelet scaling functions of spline wavelets are used to construct the displacement interpolation functions of triangular and rectangular thin plate elements. The displacement shape functions are then expressed by spline wavelet functions. A spline wavelet finite element formulation of thin plate bending is developed by using the virtual work principle. Two numerical examples have shown that the bending deflections and moments of thin plates agree well with those obtained by the differential equations and conventional elements. It is demonstrated that the current spline wavelet finite element method (FEM) can achieve a high numerical accuracy and converges fast. The proposed spline wavelet finite element formulation has a wide range of applicability since it is developed in the same way like conventional displacement-based FEM.     

小波包熵在水下目标识别中的应用研究

研究了基于小波包变换和Fisher线性分类器的水下目标识别方法。小波包是在小波变换的基础上发展起来的时频分析方法,能够对非平稳信号提供更丰富的时频信息。通过对水下目标辐射噪声信号进行小波包分解,提取小波包分解的终端节点的熵值作为特征矢量,应用Fisher线性分类器设计的分段线性分类器对水下目标进行分类识别。仿真结果表明,以小波包熵作为特征矢量的分类方法具有较高的识别正确率。     

小波及网络异常行为分析*

小波分析能将时间域上重叠但频率域上不重叠的信号进行分段,不同的频段(也就是不同的小波系数层次)代表了信号中处于该频段的信号分量,网络流量具有时域中频域重叠的特征.基于小波分解和重构思想,提出采用小波方法对于网络行为中的异常行为进行分析、判别的方法和模型,模型在模拟分析中取得较好的效果.