机器人连续轨迹控制中的Bezier曲线轨迹优化与控制

为使机器人轨迹便于分段处理，更好地用于实时控制，本文首次使用Bezier曲线进行机器人轨迹规划；建立了机器人Bezier轨迹时间最短优化模型，该优化模型包括关节角速度、加速度、加速度变化率及力矩4种约束；给出了优化计算方法。为说明本方法，还给出了PUMA560机器人前三铰Bezier轨迹优化算例，并提出时间最优控制模型。     

机器人关节空间B样条轨迹优化设计

在关节空间中对机器人Ｂ样条轨迹进行了时间了短优化计算,该优化问题模型包括关节角速度、角加速度、角加加速度及力矩４种约束,给出优计算方法,给出了 经计算方法,给出了ＰＵＭＡ５６０机器人前三铰Ｂ样条轨迹优化算例。     

机器人连续轨迹控制中的B样条轨迹优化

在关节空间中对机器人Ｂ样条进行了时间最短优化计算，该优化问题模型包括关节角速度、角加速度、角加加速度及矩四种约束，给出了优化计算方法，为说明本方法，文末给出了Ｂ样条轨迹优化算例。     

改进B样条曲线应用于6R机器人轨迹优化

利用D-H标架法建立了机器人的运动学模型,并在分析轨迹规划流程基础上将改进B样条曲线用于机器人关节空间轨迹插值;在论述改进原因并详细阐述改进B样条曲线的生成方法后,给出改进B样条曲线应用时的速度与加速度性质及算法实现细节;在MATLAB 2014a平台上进行仿真实验,利用改进方法实现圆弧轨迹运动。结果表明,该方法能够有效提高机器人在关节运动及空间轨迹的平滑性,进而可优化机器人的轨迹运动。     

一种变胞式工业机器人时间最优轨迹规划

根据变胞式工业机器人工作原理,建立了其工作轨迹模型,并基于该模型提出了一种变胞式工业机器人时间最优的轨迹规划方法。该方法着重考虑机器人构态变换过程,将轨迹规划问题转化为内外层嵌套的优化问题进行分析。分别给出该优化问题的设计变量、目标函数以及约束条件,得到了变胞式工业机器人时间最优轨迹规划问题的数学模型。运用所提出的方法对本课题组自研制的变胞式码垛机器人进行轨迹规划研究,根据其工作轨迹模型,建立了优化设计问题数学模型,在给出关节角度插值函数系数的确定方法后,采用嵌套粒子群算法对该优化问题进行求解,得到了优化后的关节角度函数以及理论工作轨迹,与实验所得的实际工作轨迹进行对比,验证了所提方法的可行性。该研究工作为变胞式机器人的运动规划研究提供了参考。     

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。     

基于能耗最优的4自由度并联机器人轨迹优化

针对一种可实现SCARA运动的4自由度并联机器人(以下简称C4并联机器人),研究其以能耗最优为目标的运动轨迹优化方法。在运动学及简化刚体动力学分析的基础上,建立了该机器人的理想能耗模型。系统分析了C4并联机器人各伺服电机的输出功率与其末端动平台加速度之间的映射关系,并由此提出了一种能耗最优的评价指标,进而用于指导机器人轨迹优化。基于3-4-5次多项式运动规律,研究了机器人末端动平台在Adept Motion运动轨迹下各轨迹路径点的运动学参数(位置、速度和加速度)与其对应运行时间之间的函数关系。以能耗最优为目标,建立了C4并联机器人运动轨迹优化的数学模型,并应用MATLAB遗传算法求解出相应约束条件下各段运行时间的最优解。搭建了C4并联机器人的实验平台,并通过试验验证了该轨迹优化方法的有效性。试验结果表明该方法可有效降低各伺服电机输出转矩并提升机器人的动态性能。     

基于改进遗传算法的时间最优轨迹规划

提出一种工业机器人时间最优轨迹规划方法.将机器人关节空间的轨迹视为拟合关键点的三次样条曲线,以最优时间为目标建立最优时间轨迹规划的数学模型,同时考虑关节轨迹速度、加速度和加加速度的约束,结合目标函数值和约束条件提出一种用于进化算法的排序方法,以改进遗传算法为例优化关节空间的三次样条轨迹.应用谢菲尔德(Sheffield...     

考虑关节摩擦的并联机器人平滑轨迹规划

针对一种空间3自由度并联机器人,提出一种近似时间最优的平滑轨迹规划算法。与基于动力学模型的传统轨迹规划算法相比,所提出的算法模型综合考虑了所有运动关节的摩擦力矩,通过虚功原理建立了运动机构完整的动力学模型,并将运动学和动力学约束条件转换为伪速度极值曲线,同时计算出伪加速度零值边界曲线,二者相结合能更准确地反映出规划轨迹应遵循的约束条件。利用五次样条曲线分段构建相平面下伪状态、伪速度和伪加速度的平滑运动轨迹曲线,从而保证了驱动力矩、关节速度和加速度的连续性。最后利用所提出的规划方法对一种并联机器人进行轨迹规划,并通过试验验证了该方法的有效性,指出了并联机器人与串联机器人轨迹规划存在的差异,该算法可用于同类工业机器人的在线轨迹规划。     

基于非线性优化算法的工业机器人轨迹跟踪自动控制

为完成机器人高效率工业生产任务，提出一种基于非线性优化算法的工业机器人轨迹跟踪自动控制方法。考虑杆件运动重力因素，从角速度、加速度等方面明确工业机器人动力学规律；使用具备非线性优化性质的蚁群算法规划运动轨迹，引入人工势场法计算待选节点和目标节点的间距，评估当前路径是否为最佳路径并更新信息素，输出最优工业机器人运行路线；计算机器人相对功率因数校正控制量，运用粒子群算法求解轨迹跟踪预测控制序列，通过支持向量机构建轨迹跟踪自动控制模型。实验结果表明，所提方法的轨迹跟踪稳定性强、精度高，能满足工业生产的实时动态需求，实用性强。     

基于贝塞尔曲线的机器人非时间轨迹跟踪方法

在复杂环境的轨迹跟踪过程中,针对移动机器人不确定时延导致控制品质下降问题,提出基于五次贝塞尔(Quintic Bezier)曲线的移动机器人非时间参考轨迹跟踪控制方法。首先,利用Quintic Bezier曲线对规划路径点进行平滑,并根据连续约束进行优化,完成多段Quintic Bezier曲线的光顺拼接,获得平滑且连续的轨迹;而后以Quintic Bezier曲线参数u作为中间映射量,构建路径长度与轨迹坐标间的状态映射模型,设计移动机器人非时间运动参考量;在此基础上,根据移动机器人运动学模型,提出一种奇异点旋转映射技术,消除奇异点对轨迹跟踪控制品质的影响。实验结果说明,所用方法能提高规划路径的平滑性与连续性,增强移动机器人不确定时延跟踪控制的鲁棒性,避免了奇异点的影响。     

变电站轮式巡检机器人机械臂避障路径规划方法

变电站工作环境特殊且复杂,为保证巡检机器人在执行巡检任务的同时,能更好、更安全地进行作业,提出面向轮式巡检机器人的机械臂避障路径规划方法。利用八叉树结构建模技术,架构巡检机器人工作环境的三维模型与环境更新模型。确定机械臂与环境关系,建立机械臂运动学模型,根据末端执行器位姿的已知与未知情况,完成运动学模型的正解与反解计算。基于关节位姿的三维坐标,设定机械臂连杆不碰撞障碍物为必要条件,依据六次多项函数式解得的关节角速度与角加速度连续轨迹,通过更改非固定参数值,调整机械臂的移动轨迹,最后,利用贝塞尔曲线平滑处理路径。仿真试验结果表明,所提方法路径精度更优越,避障效果更理想,符合变电站巡检的实时性需求。     

Orientation planning of robot end-effector using augmented reality

This paper presents a methodology for planning the orientation of the end-effector for an industrial robot based on the application of augmented reality. The targeted applications are those where the end-effector is constrained to follow a visible path, which position and model are unknown, at suitable inclination angles with respect to the path. The proposed approach enables the users to create a list of control points interactively on a parameterized curve model, define the orientation of the end-effector associated with each control point, and generate a ruled surface representing the path to be planned. An approximated time-optimal trajectory, which is a determined subject to robot actuators and joint velocity constraints using convex optimization techniques, is implemented to simulate a virtual robot, allowing the users to visually evaluate the trajectory planning process. A case study is presented and discussed.     

一种考虑柔性的码垛机器人动力学性能优化方法

提出一种考虑关节柔性影响的高速重载码垛机器人动力学性能优化方法。首先,考虑关节柔性的影响,建立了刚柔耦合动力学方程; 随后进行了模态分析以及受迫振动分析; 提出以最低阶固有频率最大和各关节驱动力矩基于目标轨迹上的最大值最小作为动力学优化目标; 最后构造有约束的多目标优化问题,并利用遗传算法对该多目标优化问题进行求解。优化结果表明,机器人的动力学性能明显改善,说明优化方法合理有效。     

三分支机器人优化关节力矩的轨迹规划

基于旋量理论,采用分离影响系数法建立三分支机器人运动学和动力学方程,运用最小范数广义力计算策略优化协调操作臂载荷分配。在此基础上,结合搬运物体的协调操作实例,通过比较最小关节范数法和最小关节力矩法两种规划的优缺点,提出了改进的三分支机器人优化关节力矩轨迹规划方法。仿真结果给出了不同方法条件下,轨迹长度变化对关节角度及力矩大小的不同影响,并验证了改进方法的有效性。     

基于GA-PSO的地砖铺设机器人作业点优化

针对建筑移动机器人路径规划中移动小车作业点问题,提出了以最大可操作度为优化指标,基于遗传粒子群混合算法搜寻移动小车作业点的方法。阐述了地砖铺设机器人系统的组成及灵巧度优化指标;给出了移动机械臂铺砖的一般步骤;结合遗传算法和粒子群算法的优点,以机械臂可操作度最大为原则进行优化,以快速准确地得到最优作业位姿点。利用MATLAB软件编写程序对移动机器人贴地砖作业进行了仿真实验。结果表明:该路径优化方法能够精确地得到合理的作业点位置。     

基于遗传模拟退火算法的弧焊机器人系统协调路径规划

深入地研究了弧焊机器人系统的协调路径规划。从全局的角度用5元组序列描述了焊接路径。设计了评价 焊接路径目标函数:焊接位置函数、焊缝成形质量函数、关节位置函数和运动平稳性函数。以线性加权法为求解 多目标规划的基本思想,把遗传模拟退火算法用于弧焊机器人与变位机协调路径规划,取得了很好的效果。协调 路径规划精确地保证焊缝的最佳焊接位置与最佳的焊枪姿态,并能找到柔顺的焊接路径,提高了机器人焊接的质 量和效率。