基于多约束的机器人关节空间轨迹规划

当机器人进行快速运动且运动时间确定时,由于受到驱动机构性能等因素的制约,机器人进行运动轨迹规划时需要考虑角加速度约束、角速度约束和角度约束等多个约束条件。通过对运动约束进行分析,提出基于梯形速度曲线的多约束条件下机器人关节空间轨迹规划方法。根据无约束条件下规划出的最小加速度运动轨迹,在角加速度满足约束的情况下对其进行优化,获得满足角速度约束和角度约束的最小角加速度运动轨迹。对加速度达到最大时的轨迹也无法满足约束条件的情况进行讨论。该轨迹规划方法兼顾机器人的运动平稳性与约束要求,并且能够充分发挥机器人关节的驱动性能。仿真结果表明了该方法的可行性。     

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。     

考虑多约束的机器人平滑轨迹规划

由于受电机参数的制约,对机器人进行轨迹规划过程中需要考虑关节速度、关节加速度等多个约束条件。通过对约束条件的分析,提出一种基于参数化修正梯形的时间最优平滑轨迹规划算法。利用参数化修正梯形轨迹规划法将考虑运动学、动力学约束的时间最优轨迹规划转化为两参数的寻优问题,通过遗传算法获得时间最优轨迹。最后利用提出的规划方法对二自由度混联机械手进行轨迹规划,并通过仿真验证了该方法的有效性。结果表明该轨迹规划方法能充分发挥伺服电机的性能,并保证关节加速度和驱动力矩的连续性。     

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。     

下肢康复机器人屈伸训练轨迹规划

针对下肢屈伸训练,在机器人末端工作空间内,确定了直线和圆弧相结合的运动轨迹,根据轨迹规划对末端位移、速度、加速度连续性的要求,假设加速度按正弦变化,由直线、圆弧轨迹起点和终点的约束条件求积分得到位移、速度、加速度函数表达式,并利用MATLAB软件得到机器人末端在XY平面内的轨迹,并求解了轨迹上机器人末端位姿与时间的关系,由数值解法求解逆运动学,得到了机器人若干时刻的关节位移,证明了轨迹规划的可行性,同时为机器人仿真的驱动函数提供数据。     

一种并联机械手操作空间最优时间轨迹规划方法

提出一种并联机械手最优时间轨迹规划方法。在操作空间中将机器人的拾取点通过椭圆曲线进行连接,应用先进SCCA(Sine Constant Cosine Acceleration)凸轮运动曲线定义了椭圆路径运动规律,从而使机器人运动过程中关节速度、加速度及转矩曲线连续、平滑,动态性能较优。在此基础上,以关节速度、加速度及转矩为约束条件,以拾取时间最短为目标,采用自适应遗传算法对轨迹进行优化求解,算法中利用罚函数处理非线性约束问题。通过自行设计的Delta机器人仿真及试验结果,表明文中提出的轨迹与常用门字型轨迹相比,运动曲线更加平滑、自然,能有效减小关节空间冲击,缩短机器人拾取时间,提高工作效率。     

基于合成运动的Delta机器人轨迹规划

针对Delta并联机器人抓取-放置作业时,在关节坐标空间与直角坐标空间中的运动曲线不平滑问题,提出了一种基于合成运动的圆弧轨迹规划方法。首先,利用圆弧轨迹规划拾放操作的动作,确定机器人在直角坐标空间中的运动轨迹;然后,利用多项式运动规律对圆弧所对应的角度区间进行规划,确定末端轨迹在竖直与水平方向上的运动状态方程,并由此获得末端轨迹中插补点的位置、速度、加速度信息;最后,以拾放操作周期为约束条件,运用基于合成运动的圆弧轨迹规划方法对Delta机器人进行轨迹规划,并分析直角坐标空间与关节坐标空间中的运动特性。由仿真与实验对比分析得:基于合成运动的圆弧轨迹比常规门型轨迹的运动特性曲线更加平滑、自然,其角加速度与末端加速度的峰值分别减少了60%、80%。     

基于MATLAB的六自由度机器人轨迹规划与仿真

为实现机器人在工作中运行平稳、轨迹光滑连续,以六自由度工业焊接机器人为研究对象,提出应用五次多项式对各个关节进行轨迹规划的方法。根据建立的机器人运动学模型,运用MATlAb求解出机器人逆运动学问题,完成轨迹规划并进行图形仿真。仿真结果表明,五次多项式方法有效解决了加速度不连续的问题,得到了各个关节连续平滑的轨迹曲线,直观地验证了轨迹规划的效果,提供了一种高效可行的轨迹规划方法。     

基于双种群遗传混沌优化算法的最优时间轨迹规划

针对以最短运行时间为目标的工业机器人轨迹规划问题,提出一种基于混沌局部搜索的双种群遗传最优时间轨迹规划算法。首先以各个节点之间的时间间隔之和为优化目标,以各关节的角速度、角加速度和角加加速度为约束条件,利用五次多项式拟合规划的关节空间位置节点模拟机器人的运行轨迹;然后,利用双种群遗传算法全局搜索能力强、进化速度快和混沌算法局部搜索能力强的优点,提出一种基于双种群遗传混沌优化算法的机器人轨迹规划方法,规划最优时间轨迹;最后,以3自由度空间机械臂为例,验证了所提算法能够使机器人末端执行器的运行轨迹平滑且时间最优。该算法应用于机器人轨迹规划可以延长机器人使用寿命,提高生产效率。     

工业机器人最小代价的轨迹规划

提出了一种工业机器人的最小代价轨迹规划方法.将机器人的轨迹视为由机器人关节空间中一系列的关键点构成,关键点的两点之间通过3次样条曲线进行连接.使用加权系数法定义代价函数,从而使机器人在运动过程中的运动时间、消耗能量、奇异点的避让、关节加速度和关节二次加速度在某种程度上达到综合最优,同时考虑关节位置、速度、加速度、二次加速度以及力或力矩的约束条件.采用差分进化算法(DE)和基于精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)来处理非线性约束的优化问题.斯坦福机器人(捡拾操作)的仿真结果显示,两种算法运行良好,然而DE算法比NSGA-Ⅱ收敛速度更快,解的质量更好.     

基于非均匀B样条曲线的挖掘机最优时间轨迹规划

为了实现挖掘机器人平稳、高效率地完成给定挖掘任务,提出了非均匀B样条曲线的轨迹规划方法.利用3次非均匀B样条曲线,在关节角速度、角加速度和角加加速度的约束条件下,在关节空间对挖掘机进行轨迹规划.采用自适应粒子群优化(APSO)算法求取插值时间的最优值,优化得出各个关节角度的最优时间曲线,从而得到末端挖掘轨迹,在相同的约...     

加加速度连续有界的PTP运动轨迹规划研究

针对SCARA机器人高速PTP运动时的轨迹跟随误差和力矩突变问题,提出两种关节空间加加速度连续有界的PTP运动轨迹规划方法。分别通过关节空间的九次多项式和三角函数两种形式进行PTP轨迹规划,保证规划的轨迹速度、加速度在限定范围内,加加速度值连续且有界。实验表明,相比较梯形速度曲线,三角函数和9次多项式的PTP轨迹规划分别将关节空间轨迹跟随误差降低了0.16°和0.33°,轨迹跟随的定位时间明显减小,关节驱动力矩的突变、振荡情况得到有效的改善。     

空间机械臂多目标综合轨迹规划研究

以七自由度冗余空间机械臂为研究对象,对其进行多目标综合轨迹规划研究。为了得到速度和加速度都连续的关节轨迹,首先采用三次均匀B样条曲线构造机械臂的关节空间轨迹。然后分别以机械臂运动时间最短、能量消耗最少和轨迹冲击性最小作为优化目标,以机械臂的关节位移、速度、加速度和关节力矩的限制作为约束条件,建立空间机械臂多目标轨迹规划问题的数学模型。最后使用NSGA-II算法进行数学模型求解,获得空间机械臂多目标轨迹规划问题的Pareto最优解集。仿真结果表明,在满足各项约束条件的前提下,所获得的机械臂关节空间轨迹能够达到使机械臂的多个性能指标综合最优的效果。     

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...     

工业机械手的时间最优轨迹研究

本文以六轴工业机械手为研究对象,深入研究了三次样条函数用于关节空间下点位运动的计算方法,考虑速度约束、加速度约束、冲击约束条件下,应用遗传算法,对已规划轨迹寻求时间最优解,后续在MATLAB Robotics Toolbox中仿真运行,结果表明机器人各关节运动平稳,优化后能使机器人运行效率大大提高从而延长机器人使用寿命。     

基于双S形速度曲线的混联码垛机器人轨迹规划

针对搬运码垛机器人快速与平稳的运动控制问题,对码垛机器人在关节空间中运动轨迹规划方法进行了研究,提出了基于双S型速度曲线的码垛机器人轨迹曲线的规划方法。以混联式圆柱坐标构型的码垛机器人为研究对象,首先在机器人正、逆运动学分析的基础上,获取了机器人各个关节位置相对时间的序列值;其次,在关节空间中引入双S型速度曲线对机器人进行了各个关节的插值计算。仿真结果表明:该轨迹规划方法保证了机器人关节位移、速度、加速度、Jerk曲线的连续光滑,有效解决了码垛机器人在频繁地快速启动与停止过程中对机械结构产生的冲击和磨损问题。     

基于均值学习策略果蝇算法的工业机器人轨迹规划

针对机器人空间轨迹的时间最优规划问题，文中在建立轨迹规划模型的基础上，对果蝇算法(FOA)进行改进，并由此提出基于均值学习策略果蝇算法(MLS-FOA)的机器人轨迹规划方法。相比于FOA,MLS-FOA增加了向种群均值学习的策略，平衡了算法的全局搜索能力和局部搜索能力。机器人轨迹规划实例表明，MLS-FOA能够在位置、速度、加速度满足约束条件的同时，使得运动曲线更为平滑，同时也缩短了机器人的运动时间，提高了运动效率。     

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。     

冗余度机器人具有最小关节力矩的关节轨迹规划

对冗余度机器人最小关节力矩的关节轨迹规划进行了研究，提出了一种具有变系数复合指标的关节轨迹规划方法。该方法利用关节力矩和关节加速度构成一总目标函数，并由变系数根据耐要自动地调整关节加速度项对总目标函数的影响程度，从而既降低了关节力矩的最大值又不使其平均值增加过多，提高了算法的全局稳定性。最后，本文还给出了一个平面３Ｒ机器人的仿真实例。