基于时间与急动度最优的并联式采茶机器人轨迹规划混合策略

提出一种基于时间与急动度最优的速度曲线模型方法。分析了当前名优茶的叶芽采摘工作背景，提出一种Delta并联机构与视觉识别技术相结合的名优茶采摘机器人。建立名优茶的采摘轨迹周期并应用了改进的速度曲线模型，采用了Lamé曲线优化采摘轨迹改善Delta机构工作过程中存在的由于竖直水平运动切换引起的加速度突变问题。对调和急动模型完成适应性改进，应用适用于采茶特殊性的粒子群优化算法求解模型中最优的时间间隔参数，从而优化采茶轨迹周期中的工作时间。该模型遵守运动学约束，对采摘轨迹的时间与急动度综合优化，保持良好的轨迹平滑性。实验结果表明，该方法能够缩短采摘时间，提高效率，在急动度抑制方面有更好的性能，为名优茶采摘机器人路径规划提供了一种有效的方式。     

基于时间与急动度最优的并联式采茶机器人轨迹规划混合策略

提出一种基于时间与急动度最优的速度曲线模型方法。分析了当前名优茶的叶芽采摘工作背景，提出一种Delta并联机构与视觉识别技术相结合的名优茶采摘机器人。建立名优茶的采摘轨迹周期并应用了改进的速度曲线模型，采用了Lamé曲线优化采摘轨迹改善Delta机构工作过程中存在的由于竖直水平运动切换引起的加速度突变问题。对调和急动模型完成适应性改进，应用适用于采茶特殊性的粒子群优化算法求解模型中最优的时间间隔参数，从而优化采茶轨迹周期中的工作时间。该模型遵守运动学约束，对采摘轨迹的时间与急动度综合优化，保持良好的轨迹平滑性。实验结果表明，该方法能够缩短采摘时间，提高效率，在急动度抑制方面有更好的性能，为名优茶采摘机器人路径规划提供了一种有效的方式。     

基于足端轨迹规划算法的液压四足机器人步态控制策略

设计一种液压四足机器人仿生机构,通过设定相应的坐标系为机器人进行运动学建模,并对行走过程中单腿的相位关系进行了分析。针对行走过程中足端的拖地、滑动和接触冲击等问题,提出一种零冲击的足端轨迹规划改进算法,并实现了步态规划算法设计。步态规划根据步态中各腿间的相位关系,借助四足机器人运动学模型进行逆运动学解算,求出各腿的关节角度函数,利用机构的几何关系得到各液压缸伸缩量控制函数,对试验样机各腿进行伺服驱动控制,从而实现液压四足机器人的步态规划行走。仿真试验结果表明,在该策略驱动控制下液压四足机器人行走过程连续平稳,样机足端轨迹较为平滑,躯干起伏较小,证明了该足端轨迹规划方法用于四足机器人步态设计的合理性和有效性。     

机械手时间最优脉动连续轨迹规划算法

为使机械手的作业效率达到最优,同时确保运动的平稳性,提出一种新的最优轨迹规划方法。通过逆运动学运算得到与任务空间轨迹对应的关节空间位置序列,采用7次B样条曲线插值方法构造启动和停止运动参数可控,且速度、加速度和脉动均连续的关节轨迹。将机械手运动学约束转化为B样条曲线的控制顶点约束,采用序列二次规划方法求解最优运动时间节点,进而规划出满足非线性运动学约束的时间最优脉动连续轨迹。仿真和试验结果表明,提出的轨迹规划方法为关节控制器提供理想的轨迹,使机械手在最短的时间平稳地跟踪任务空间的任意指定轨迹。     

一种机械臂最优时间-冲击轨迹优化算法

针对工业机械臂执行效率以及运动过程中的冲击产生振动、机械磨损的问题,提出了一种机械臂的最优时间-冲击轨迹规划方法,优化机械臂关节运动时间和加加速度(冲击)两个耦合且矛盾的运动性能指标。通过逆运动学可以将机械臂执行的运动轨迹转换为在关节空间中的位置-时间序列,采用5次非均匀B样条函数在关节空间内构造插值曲线,用各阶B样条曲线控制顶点的约束代替机械臂的运动约束,利用NSGA-II(Non-dominated sorting genetic algorithm II,NSGA-II)对目标函数进行优化。仿真结果表明,采用5次非均匀B样条函数插值,对运动时间和冲击进行优化的运动轨迹,提高了机械臂的执行效率,保证了运动过程中产生较小的冲击,使得机械臂的运动控制性能得到了提高。     

考虑跃度影响的四自由度并联机构轨迹规划

以一种四自由度3PUS-P-RU并联机构为研究对象,首先利用运动链矢量方程法建立机构的跃度逆解模型,然后揭示了动平台运动过程中没有刚性冲击和柔性冲击的七次多项式运动规律,最后通过运动学逆解计算得到各个关节的运动轨迹。计算结果表明,该运动轨迹下各个关节的速度、加速度和跃度曲线平滑连续且没有突变,运动特性优越,轨迹规划方法有效。     

并联机构的运动学多目标轨迹规划方法

提出了一种能够满足装配任务对多种性能需求的并联机构无奇异轨迹规划方法。以运动学分析为基础,证明了一定位姿条件下实现并联机构无奇异轨迹规划的充要条件。然后利用五次B样条曲线对并联机构末端轨迹进行了参数化表达。选取了与装配任务相关的三个运动学性能指标,即总调姿时间,各支链急动度和调姿难易度,并定义为目标函数以评价轨迹的优劣。在仿真实例中,利用人工免疫算法求解了多目标轨迹优化模型并得到了末端轨迹中的36个B样条参数。最后利用平均最优解的评价方法得到了满足装配任务需求的并联机构末端最优轨迹及各支链轨迹。     

高空作业车的时间最优轨迹规划

为解决高空作业车臂架运动的稳定性及作业时高效性的问题,以某型号折臂式高空作业车为研究对象,应用机器人学理论,建立高空作业车运动学模型。针对作业时臂架连接之间的关节角加速度存在突变的问题,在关节空间内采用3-5-3多项式插值方法进行轨迹规划,保证在运动过程中的角加速度连续性。并在满足最大关节角速度、角加速度约束条件下,使用粒子群算法算对各关节轨迹进行优化,得到基于时间最优的工作轨迹,避免各关节在运行中产生较大冲击,同时也提高了作业效率。     

三自由度Delta并联机械手轨迹规划方法*

以三自由度Delta并联机械手为研究对象,针对其高速搬运作业下的操作空间和关节空间的轨迹规划策略进行研究。结合实际作业需求,对机械手末端运动轨迹的关键路径点进行设置,建立点到点的搬运作业轨迹。以机械手运动学逆解模型为基础,在操作空间利用3-4-5次多项式运动规律建立操作空间运动特征到关节空间运动特征的映射关系。以机械手运动学正解模型为基础,在关节空间利用五次非均匀有理B样条(NURBS)运动规律建立关节空间运动特征到操作空间运动特征的映射关系。在运动轨迹关键点位置及运动时间相同的条件下,对两种轨迹规划方法进行计算机仿真,对比分析机械手关节角度、角速度和角加速度等运动特征,并通过物理样机试验进行验证。结果表明关节空间内基于五次非均匀有理B样条运动规律的轨迹规划方法在减小运动过程中机械手振动和降低电动机功耗等方面优势明显。     

基于最优时间间隔的足式机器人足端轨迹规划

在任务空间进行足式机器人足端轨迹规划时,由于任务空间与关节空间的非线性映射关系会导致关节电机的速度、加速度超限或发生突变,影响机器人的运动平稳性.针对该问题,提出了一种基于最优时间间隔的足式机器人足端轨迹规划算法.首先对任务空间规划出的足端轨迹离散点反解计算得到对应的关节角度,然后以关节角度为约束,以轨迹点之间的时间间...     

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。     

表面改性冗余机器人关节空间的轨迹优化算法

针对表面改性冗余机器人末端轨迹优化过程中关节空间运动稳定性不足的问题,提出一种以适应度函数为基础的关节空间轨迹优化算法。从表面改性冗余机器人逆解流形中选取一系列点,在机器人关节空间进行含抛物线的直线拟合,然后选取拟合曲线上的点,通过运动学正解得到末端运动轨迹,然后和表面改性曲面上的期望轨迹进行对比,以实际轨迹与期望轨迹之间的误差建立适应度函数,利用遗传算法对轨迹规划中的参数寻求最优关节逆解,从而保证关节空间的运动平稳性。最后以飞机进气道曲面为例进行仿真验证了所用方法的合理性。     

液压四足机器人单腿竖直跳跃步态规划

针对机器人跳跃运动落地时冲击力大的问题,面向竖直跳跃运动,以液压四足机器人单腿为研究对象,建立液压驱动四足机器人单腿运动学模型,并分别对机器人单腿处于起跳相、落地相和腾空相时进行轨迹规划;根据关节参数,通过运动学逆解求得驱动函数,利用仿真软件ADAMS进行竖直跳跃步态仿真;搭建单腿实验平台,进行实验验证,依据得到的动态特性,分析步态规划的准确性及合理性,为后续液压四足机器人动步态的研究提供设计和控制依据。     

码垛机器人修正正弦函数插值的轨迹规划

针对应用在医药包装生产线上的码垛机器人在高速作业过程中存在的振动和冲击问题,提出了一种加速度函数为三段修正正弦函数的轨迹规划新算法,以完成对码垛机器人关节空间的轨迹规划。从实际生产中常用的规划曲线中选择运动性能俱佳的优良曲线,在此基础上对其进行修正,然后结合遗传算法以最大速度、最大加速度以及最大急动度为目标进行参数优化,获得最优修正参数,并对修正前后的正弦函数曲线性能进行对比分析。最后研究结果表明,该算法能够使得速度和加速度的峰值均降低4.09%,提高了码垛机器人的动态性能,同时为码垛机器人的轨迹规划设计提供理论依据。     

基于运动相对性的六足机器人机体运动规划

将处于支撑相的六足机器人视为时变的并联机构进行运动学分析,给出了姿态给定情况下机体工作空间的确定方法及边界方程。在此基础上基于运动相对性原理,提出将机体的运动规划转化为足端轨迹规划的方法,从而简化机体运动规划中逆解的求取问题,并通过仿真与实验进行了验证。结果表明：六足机器人在支撑相内机体的工作空间为至多是支撑腿条数个空心球体的交集,利用运动相对性原理对支撑相内机体的运动规划问题进行转化简便、可行。     

一种改进的机器人轨迹规划方法

为了提高机器人的工作效率和操作精度,提出了一种改进的多项式插值轨迹规划方法,它可以在满足运动学约束的前提下实现时间和冲击的综合最优。通过确定机器人在操作空间中轨迹的位置序列,由逆运动学运算得到对应的关节空间中的位置序列,且由分段多项式插值构造关节轨迹,采用序列二次规划方法求得最优运行时间,结合关节空间位置序列的运动学参数确定最终的关节轨迹。将该方法用于一种支链嵌套3自由度并联机器人的轨迹规划,证明该轨迹规划方法不仅可以使机器人的运动轨迹平滑,而且有利于减小冲击。     

基于多目标遗传算法的电梯井道钻孔机器人轨迹规划

针对电梯导轨安装过程中繁多的钻孔操作，使用钻孔机器人代替人工作业。为提高钻孔机器人的作业效率和减少作业过程中的冲击振动，提出一种使用多目标遗传算法来优化钻孔机器人关节空间轨迹的方法。首先，使用七阶B样条曲线在钻孔机器人关节空间中进行插值；其次，以时间和冲击性能为优化目标，通过使用带约束处理的NSGA-Ⅱ算法对B样条的插值轨迹进行优化；最后，设计一种“综合比较算子”的轨迹方案选择标准来获取综合最优解。结果表明，使用带约束处理的NSGA-Ⅱ的轨迹优化方法获得的Pareto解集分布性和收敛性较好。与时间性能最优解和冲击性能最优解相比，综合最优解分别在冲击性能和时间性能上提升了66.7%和22.26%,表明使用综合比较算子获得的最优解在时间性能和冲击性能上都较为优良。     

基于遗传算法的移动机械臂轨迹优化研究

根据移动机械臂运动学和动力学约束,为优化其工作性能,提出了一种基于遗传算法的移动机械臂轨迹优化方法,以时间-冲击最优、运行的时间、移动的空间距离和轨迹长度作为优化指标,同时考虑关节速度、加速度及力矩的约束,为提高关节轨迹的平滑性,采用三次样条曲线拟合关节轨迹,实验结果表明所规划轨迹的关节位移、速度、加速度曲线是连续的,冲击曲线是有界的,间接的限制了关节力矩的变化率,提高了轨迹跟踪的准确性并证明了算法的有效性。     

单自由度四足机器人腿部机构设计与分析

针对四足机器人腿部机构的自由度多导致传动控制复杂,腿部转动惯量大导致运动性能差,关节驱动换向导致冲击能耗大等问题,基于机构综合设计了一种由曲柄摇杆机构、四边形机构复合成的单自由度连杆式机器人腿部结构.采用解析法建立了腿部机构运动学模型,为实现足端迈步运动,规划了足端轨迹,并以足端轨迹运动为优化目标,建立了优化数学模型,运用MATLAB优化得到了腿部机构尺寸.在ADAMS软件中建立了机器人虚拟样机模型,采用对角步态仿真了机器人运动特性,验证了腿部机构设计的可行性.     

基于时间-平滑性多目标的机械臂轨迹规划

针对机械臂工作效率及工作中产生振动、磨损的问题,利用5次非均匀B样条曲线(NURBS),在关节空间中建立曲线端点的一阶导数与二阶导数均可指定的时间-位置曲线,通过引入NSGA-II(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II)优化算法以运行效率最优与振动冲击最小为优化目标对机械臂运行轨迹进行优化,得到Pareto最优解。对6R机械臂的仿真结果表明,由5次非均匀B样条曲线构造的轨迹提高了运行效率并减小了机械臂在运动过程中产生的振动与冲击,使得机械臂获得更优的工作性能。