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.     

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。     

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。     

基于三维环境模型的启发式路径规划算法

针对多自由度机器人手臂在未知环境中实时避障的问题,提出了一种基于环境信息的连杆机器人实时路径规划方法。采用笛卡尔空间内的障碍物检测信息建立了障碍物的空间模型,并依据该模型设计一种基于启发式规则的机器人路径规划算法。该算法不断猜测和修正路径,通过模糊推理得到下一位姿点,通过曲线拟合得到到达该位姿点的路径。在Matlab下利用机器人工具箱建立了PUMA560型机器人的运动学模型,并在运动空间设置障碍物,对该算法进行仿真分析,分析结果说明所提出的路径规划算法可以在较短时间内完成避障运动,具有较好的实时性,同时运动关节的角度变化曲线比较平滑,运动中冲击力较小,这些特点使其便于在实际工程中使用。     

一种冗余机械臂的多运动障碍物避障算法

冗余机械臂的避障问题一直是工业机器人应用领域的研究热点之一;为了改进传统避障算法的不足,提出了一种多运动障碍物的避障算法;该算法利用各障碍物的运动状态得到与机械臂之间的最小预测距离,并将其利用雅可比转置矩阵转化为机械臂对应杆件上的躲避速度,再将躲避速度引入梯度投影法中求得机械臂的关节角速度,并通过积分得到避障运动中机械臂的关节角度值,在完成末端轨迹跟踪的同时实现冗余机械臂的实时避障;利用一款七自由度冗余机械臂对该算法进行了仿真验证,结果表明该算法能有效实现冗余机械臂对多运动障碍物的避障。     

基于改进势场法的机械臂动态避障规划

本文针对刚性机械臂提出了一种基于改进势场法的动态避障规划算法.势场产生只作用于机械臂末端的引力和作用于机械臂与障碍物最近点的排斥力,并依据动力学定律分别产生吸引速度和排斥速度.本文直接在笛卡尔空间中构造基于目标速度的吸引速度,使机械臂能够追踪动态目标;构造方向依据障碍物速度变化的排斥速度,使机械臂连杆也具备避开动态障碍的能力.最终两种速度在机械臂关节空间合成,为机械臂规划一条无碰路径并控制机械臂追踪动态目标.仿真结果证明了该方法的有效性.     

基于改进概率路线图算法的煤矿机器人路径规划方法

路径规划是煤矿机器人在煤矿井下非结构化狭长受限空间中应用亟待解决的关键技术之一。针对传统概率路线图(PRM)算法在空间狭长封闭巷道环境中难以保障采样的节点均匀分布于自由空间中导致路径规划失效,以及节点可能距离障碍物较近导致规划的路径可通行性差等问题,提出了一种基于改进PRM算法的煤矿机器人路径规划方法。在构造阶段引入人工势场法,将落在障碍物中的节点沿与其距离最近自由空间中的节点连线方向推至自由空间,并在障碍物边缘建立斥力场,实现节点的均匀分布且使其距离障碍物有一定距离;在查询阶段融合D^*Lite算法,当遇到动态障碍物或前方无法通行时可实现路径的重规划。仿真结果表明：改进PRM算法的节点均匀分布在自由空间中,且均距离障碍物一定距离,提高了路径规划的安全性;当节点数为100个时,改进PRM算法成功率较传统PRM算法提高了25%;随着节点数增加,传统PRM算法和改进PRM算法路径规划成功次数均呈增长趋势,但改进PRM算法在效率方面优势更明显;当节点数为400个时,改进PRM算法运行效率较传统PRM算法提高了35.13%,且规划的路径更平滑,路径长度更短;当障碍物突然出现...     

改进蚁群算法的输电线巡检机器人避障路径规划

输电线承担着电力能源输送的关键作用,是电力系统能否稳定运行的关键。为了避免输电线故障发生,需要采用巡检机器人实时检测输电线,巡检机器人路径规划结果是影响巡检效果的主要因素,该文提出改进蚁群算法的输电线巡检机器人避障路径规划方法研究。应用激光传感器获取障碍物体相关信息,完成障碍物体的检测与建模,计算巡检机器人与障碍物体的位姿关系,推出巡检机器人避障算法。确定巡检机器人避障路径规划目标,基于狼群分配原则与中心点平滑方法改进蚁群算法,执行算法获取最佳避障路径规划结果,实现了输电线巡检机器人避障路径的规划。实验数据显示,应用提出方法获得的规划路径避障成功率最大值为96%,最佳避障路径规划迭代次数最小值为11次,充分证实了提出方法避障路径规划性能更佳。     

基于GPR和KRR组合模型的机械臂抓取研究

为了避免机械臂自主抓取方法中普遍存在的运动学求逆耗时和视觉系统标定计算复杂度高的问题,提出一种基于高斯过程回归(GPR)和核岭回归(KRR)组合模型的机械臂抓取方法。在学习阶段,训练基于Mask-RCNN的目标检测和实例分割算法及GPR和KRR的机械臂抓取策略;在抓取阶段,首先使用目标检测和实例分割算法获取目标物体的位姿,然后根据目标物体位姿和机械臂关节角的映射关系,结合GPR和KRR的组合模型预测出机械臂关节角并控制机械臂完成抓取任务。实验结果表明:所提出的方法无需视觉系统的标定和机械臂运动学求逆,能够准确地获取目标物体的位姿,AUBO i5机械臂验证,本方法能够实现对目标物体较为准确的抓取。     

未知环境下单目视觉移动机器人路径规划

针对室内未知环境下的避障和局部路径规划,提出了一种单目移动机器人路径规划算法,该算法通过对环境图像的自适应阈值分割,获取障碍物与地面交线轮廓点集。通过对现有几种单目测距方法的分析比较,提出一种改进的空间几何约束单目视觉测距计算方法,并依据单目测距的几何关系建立了图像坐标系与机器人坐标系的映射,绘建了一定比例的局部地图。在局部地图上通过改进的人工势场算法为机器人规划路径,改进的人工势场算法解决了传统算法目标点不可到达的问题。通过MATLAB进行仿真实验,结果表明该方法可以规划出有效合理的路径。