基于ROS的工业机器人轨迹规划和仿真

针对工业机器人轨迹规划算法实现困难、运动过程存在柔性冲击的难题,通过对主流机器人操作系统ROS(Robot Operating system)的研究,提出一种在ROS系统下的轨迹规划的方法。实现了六轴工业机器人在笛卡尔运动空间和关节空间理想的运动轨迹,通过优化的S形轨迹规划算法得到的关节速度、加速度、加加速度变化平滑,保证了机器人运动过程的快速平稳,有效降低了柔性冲击。并通过RViz对机器人进行仿真,仿真结果和关节角度曲线图符合预期效果,表明了此方法的可行性。     

基于ROS的机械臂运动规划研究

为提高多自由度串联机械臂在作业过程中的工作效率及安全性问题,提出一种基于ROS平台的机械臂运动规划方法。以ABB机器人为研究对象,进行正逆运动学分析。通过MoveIt配置包构建机器人的三维可视化模型,对机器人进行笛卡尔空间下的直线和圆弧规划实验。为提高机器人运动安全性和关节运动的平滑性,自定义一种线性插补算法后集成到MoveIt中进行运动仿真实验。实验结果显示机器人各关节运动轨迹平滑,稳定性高,表明此插补算法的可行性。最后进行机械臂的避障仿真实验,在MATLAB中对快速扩展随机树（RRT）算法和双向快速扩展随机树（RRT-Connect）算法进行对比实验,仿真证明：RRT-Connect算法速度快,路径短,更能提高机械臂在复杂路径下的规划效率。     

铸件多功能作业机器人多臂协调轨迹规划与仿真

以铸件多功能作业机器人的工作臂为研究对象,采用笛卡尔空间变量法对机器人铸件搬运过程进行轨迹规划。结合多臂协调的运动约束条件以及伪逆法,对机器人的4个工作臂关节运动进行优化,得到多机械臂协调运动的关节位置和速度变化曲线。由MATLAB软件仿真得到的运动参数曲线可知,算法优化后得到的运动轨迹均能保持连续、平滑,有利于实现对机器人的精准控制。利用机械臂正运动学方程得到了机械臂末端执行器的轨迹曲线,曲线满足铸件搬运的要求,验证了算法的正确性。     

基于改进DE算法的工业机器人时间最优轨迹规划

为提高工业机器人的工作效率,提出一种进行时间最优轨迹规划的新算法。通过对已知任务轨迹的关键点进行运动学反解,求解与之对应的关节空间位置序列,并采用5次非均匀有理B样条曲线构造关节运动曲线,能够保证机器人各关节位置的准确性,实现各关节运动的速度、加速度以及二次加速度的连续性。通过改进差分进化(Differential Evolution简称DE)算法,充分利用不可行解的信息,加强对边界的搜索,增强了算法的全局搜索能力。与遗传算法以及差分进化算法进行比较,利用该算法进行轨迹规划,结果显示该算法的搜索速度更快,所得的数值结果更小。     

6R关节式机器人运动学仿真分析

为研究PR05型号6自由度关节型机器人的运动性能和轨迹规划,运用D-H建模方法对该机器人建立运动学方程,并基于其变换矩阵中元素的特性,提出一种6自由度机器人运动学逆解优化算法,该算法只需进行一次矩阵逆乘,从而使计算过程简化,而后分析了该机器人的奇异状态位置;在Matlab Robotics Toolbox环境下,对该机器人进行仿真建模,并对其运动学正逆解和关节空间轨迹进行实例仿真,得到了机器人各个关节的动力学参数仿真曲线和运动轨迹数据,验证了所建立的机器人运动学模型正确以及正逆解算法的有效性,表明了该机器人运动性能良好,轨迹曲线平滑无波动。     

基于改进量子遗传算法的机器人关节轨迹优化

电子元器件体积较小,对它进行分拣较一般分拣工作困难且工作量巨大,应用机器人分拣可大大提高工作效率。采用七次多项式曲线插值的方法进行轨迹规划,使运动关节的角速度、角加速度和角急动度曲线光滑连续;提出一种改进的量子遗传算法,引入正态分布概率密度函数以改进量子门旋转角步长策略,对关节运动轨迹进行最短时间优化,使机器人能够在满足非线性约束条件的基础上具有最优关节轨迹曲线。仿真结果表明：该轨迹算法能够快速有效地缩短机械臂关节运动时间。     

基于快速扩展随机树的机械臂路径优化算法研究

针对传统快速扩展随机树算法在关节空间对机械臂进行路径规划难以得到机械臂笛卡尔空间下最短路径的问题,提出改进的快速扩展随机树算法(DL-RRT),在笛卡尔空间对机械臂进行路径规划,得出机械臂笛卡尔空间下的最短路径。同时采用三次样条插值算法对所得轨迹拟合优化,使机械臂末端运动轨迹连续光滑,保证机械臂平稳快速的运行,减少运动过程中的冲击。通过仿真实验显示,机械臂空间路径满足最短路径要求,同时关节运动曲线平滑,减少了机械臂工作时间,提高机械臂工作效率。     

UR10机器人的运动学分析与轨迹规划

为了让机器人在作业过程中运动轨迹具有连续、平滑的特性,对6自由度机械臂进行了运动学分析和轨迹规划。以6自由度的UR10机器人为研究对象,以刚体运动的齐次变换理论为基础,应用改进的D-H法对UR10机器人进行了运动学建模,基于几何与代数法对机器人进行了正、逆运动学分析,得到笛卡尔空间中末端执行器的位姿与关节空间中机器人关节角度之间的映射关系,并通过实例验证了公式推导的准确性。最后,基于MATLAB机器人工具箱,应用梯形的速度混合曲线对UR10机器人进行轨迹规划的仿真实验。试验结果表明:基于梯形的速度混合曲线得到的轨迹规划,实现了机器人的运动轨迹的连续和平滑。     

基于时间最优的搬运机器人运动规划

为了提高搬运机器人在码垛过程中的速度和运动平稳性,在其关节空间内,以时间最短为规划目标,采用三次样条曲线对搬运机器人的运动轨迹进行规划,保证其速度,加速度连续;针对搬运机器人的特定的工作方式和特定的机械结构,在传统的PTP运动模式基础上提出一种基于时间最优的规划方法,对机器人整个码垛过程进行再规划。通过实验验证,运动优化后,其码垛速度大大提高。     

基于关节约束的双臂机器人协调控制器研究

为提高双臂机器人运动的协调性,设计了协调控制系统,并对机械臂运动轨迹跟踪误差和角速度变化进行仿真验证。创建了双臂机器人三维模型,利用相对雅克比矩阵推导机械臂末端执行器运动轨迹误差公式,设计机械臂运动协调控制器。根据层次优先的任务结构推导机械臂关节角速度方程式,设计双臂联合避免关节限制策略,通过优先级协调双臂运动。为验证关节约束条件下机械臂运动的协调性和稳定性,采用MATLAB软件对机械臂运动轨迹跟踪误差和角速度变化进行仿真,并与无关节约束条件下输出效果进行比较。结果表明：在无关节约束条件下,单臂机器人运动轨迹误差较小,但是双臂机器人运动轨迹跟踪误差较大,双臂产生的角速度峰值较大;在有关节约束条件下,单臂机器人运动轨迹误差较大,而双臂运动轨迹跟踪误差较小,双臂产生的角速度峰值较小。采用联合关节限制策略,可以提高机械臂运动的协调性,降低机械臂角速度产生的峰值,机器人运动相对稳定,效果较好。     

基于粒子群优化算法的机器人最优轨迹规划（英文）

机器人轨迹规划是机器人研究中的一个重点方向,直接关系到机器人的工作效率。为了使机器人运动过程中角速度和角加速度连续,采用三次样条插值函数对运动轨迹进行规划。由于角速度过快和角加速度过大会导致机器人系统产生震动和冲击现象,因此利用粒子群优化算法对角速度以及角加速度约束下的机器人运动时间进行优化,使得机器人在平稳运行的同时保持运行时间最优。最后运用MATLAB机器人工具箱进行仿真实验,实验结果证明了该方法在机器人轨迹规划中的可行性。     

基于粒子群优化算法的机器人最优轨迹规划

机器人轨迹规划是机器人研究中的一个重点方向,直接关系到机器人的工作效率。为了使机器人运动过程中角速度和角加速度连续,采用三次样条插值函数对运动轨迹进行规划。由于角速度过快和角加速度过大会导致机器人系统产生震动和冲击现象,因此利用粒子群优化算法对角速度以及角加速度约束下的机器人运动时间进行优化,使得机器人在平稳运行的同时保持运行时间最优。最后运用MATLAB机器人工具箱进行仿真实验,实验结果证明了该方法在机器人轨迹规划中的可行性。     

MATLAB环境下关节型焊接机器人仿真平台设计

Motoman-HP20焊接机器人的离线编程软件MoToSimEG进行轨迹规划采用点到点的方式,对于一些复杂曲线,需要非常多的约束点才能达到较高的精度要求,导致编程过程复杂繁琐。针对这一缺点,开发了一套基于MATLAB环境的六自由度关节型焊接机器人仿真平台实现人机交互,并进行了数据通信完成实验验证。验证结果表明:仿真平台不仅可以完成点到点的关节空间和直角坐标空间的轨迹规划,也可以实现任意已知解析式的轨迹规划运动,并得到轨迹数据完成了示教再现,简化了机器人复杂运动轨迹的编程方法,进一步改善了轨迹规划离线编程功能。     

工业机器人在MATLAB-Robotics中的运动学分析

本文设计了一种基于工业机器人的自动化处理系统,能够将工人从繁重的体力劳动中解放出来,避免了工人长时间在恶劣的环境中工作,首先需要在MATLAB Robotics环境下,建立机器人运动模型,对6R机器人的正运动学方程进行仿真验证。对机器人运动轨迹进行插补运算,运用MATLAB Robotics Toolbox工具箱编写了简单的命令程序,对工作空间内机器人进行关节轨迹规划与笛卡尔空间内的轨迹规划仿真,为6R工业机器人的运动学分析及轨迹仿真提供了参考依据。     

基于多目标优化克隆算法的机器人模糊控制研究

为了提高机器人运动轨迹的控制效果,提出一种基于多目标优化克隆算法的机器人模糊控制方案。分析了克隆变异算法的等级支配关系及增殖机制,并基于多目标优化策略对算法的性能进行优化;基于目标函数向量识别出理想曲线的最优解,实现对机器人系统运动轨迹优化和动态控制补偿。搭建仿真平台验证所提控制算法的有效性,从对机器人各关节运动数据采样对比可知：所提出算法的轨迹控制偏差更小,控制轨迹更接近于理想轨迹,尤其是在加入噪声和干扰信号的条件下控制效果的优势更明显     

六足机器人腿部最优时间轨迹规划

为了提高六足机器人腿部控制的平稳性、动作快速性,利用五次B样条曲线进行关节空间轨迹规划,从而使关节运动的速度、加速度和脉动连续。利用B样条曲线的凸包性把腿部关节速度与加速度约束转化为对曲线控制顶点的约束。通过MATLAB遗传算法工具箱对运动轨迹进行时间优化,利用罚函数解决关节约束问题。仿真结果表明:该轨迹规划方法有效且可行。     

基于导航路径约束的多模块柔性检测机器人运动规划研究

连续体机器人运动规划复杂且控制精度低是制约其深入研究和快速应用的重要难题。基于几何分析法对连续体机器人进行运动学建模研究，构建关节空间与末端笛卡尔空间的映射模型，在此基础上对其工作空间进行分析。为满足柔性检测机器人在狭小空间的快速介入和准确探测需求，提出一种基于导航路径约束的机器人运动规划方法，以连续体机器人各弯曲单元前后端点与理想轨迹间的最小距离作为目标函数，通过逆向递推的方法逐节求出各弯曲单元关节参数，从而控制机器人沿着预设导航路径进行介入运动。最后分别通过平面C形弯曲曲线和空间路径的运动规划仿真实验对所提路径规划算法进行验证，同时研究该规划方法下机器人关节长度及单元个数变化时机器人的跟随效果。仿真结果表明：所提运动规划方法能够有效控制连续体机器人沿着预设路径进行介入运动，并具有较高的控制精度和较强的适应性。     

基于时间最短的冲压机器人轨迹规划

针对一种4自由度串联冲压机器人的自动上下料过程,在机器人的初始位姿与目标位姿已知,而运动时间和路径不确定的前提下,以最大限度提高机器人工作效率为目标,以工程实际中关节驱动力、驱动速度和工艺过程为约束条件,进行了单工作周期时间最短优化研究。首先采用D-H参数法建立机器人的连杆坐标系,列出关节变换矩阵和运动学方程,通过微分变换法求出机器人的雅克比矩阵,采用牛顿-欧拉法得出各关节力矩的表达式;然后以时间为参数,运用5次多项式拟合关节位移变化轨迹;最后采用二分法求解满足各关节速度约束和力(矩)约束的最优运动时间,从而生成各关节运动轨迹,并且进行了对比实验。结果表明,该轨迹规划方法能有效地缩短冲压机器人的工作周期。     

基于时间最优的机器人关节轨迹规划方法

工业机器人在精密装配领域正在朝着装配速度更快、精度更高以及轨迹最优方向发展。为此,基于平滑轨迹生成模型,提出一种新的工业机器人关节轨迹规划方法。该方法结合工业机器人特定的装配任务和每个关节的特定移动配置方式在机器人运动链上进行优化,采用多变量时间优化方法优化机器人各关节运动轨迹,进而最小化机器人的总体执行时间,达到时间最优,提高装配效率的目的。多变量时间最优机器人关节规划方法在光电工业的模块化机器人上进行了测试。实验结果表明,工业机器人关节轨迹优化方法能够有效提高机器人装配效率,相比传统轨迹规划方法能够缩短39%的执行总时间,证明了该方法对工业机器人平滑轨迹生成的有效性。     

打磨工业机器人轨迹规划仿真

为了研究打磨工业机器人的轨迹规划,使用D-H法建立机器人连杆坐标系,在MATLAB的环境下建立机器人三维模型,并在关节空间与笛卡尔空间进行了轨迹规划仿真,直观地显示出关节的变化情况与机器人末端在三维空间中运动的轨迹,结果表明对打磨机器人的轨迹规划是合理的,为打磨机器人沿着轨迹精确且平顺的运动提供了帮助。