一种五自由度混联机器人轨迹规划研究

以一种五自由度混联机器人为研究对象,采用矢量法和空间几何解析法分别建立了机器人并联部分和串联部分位置正反解的封闭解模型,在关节空间中利用五次多项式插值算法对机器人进行轨迹规划,并在给定运动插值时间和过预设路径点的条件下,通过MATLAB软件仿真绘制五次多项式插值运动规律下机器人的运动学图像。仿真结果显示,采用五次多项式插值算法保证了机器人有连续光滑的位置、速度和加速度曲线,为该机器人进一步针对轨迹控制研究奠定了理论基础。     

基于改进萤火虫算法的机械臂时间最优轨迹规划

以国产某型号六轴工业机器人为研究对象,针对六轴机器人关节空间的轨迹规划问题,提出了一种基于改进萤火虫算法的时间最优3-5-3多项式插值轨迹规划算法.首先,由给定的机器人末端路径点求逆运动学得到关节空间下的路径插值点.然后,在速度约束条件下,利用萤火虫算法对插值结果进行优化,使得机器人具有最优运行时间.通过与传统萤火虫算法对比,改进后算法的收敛速度和精度都有明显改善.最后,应用MATLAB软件仿真出机械臂运动位置、速度、加速度曲线,并用实体机器人验证.结果表明,该方法使得机械臂具有更短的运行时间,稳定性更高.     

基于过路径点的三次多项式插值函数的仿蜘蛛机器人足路径规划

针对复杂隧道环境中机器人的避障问题,提出使用过路径点的三次多项式插值算法对机器人足运动路径进行规划。设计了一个能在隧道空间灵活运动的18关节六足仿蜘蛛机器人,运用D-H建模方法对仿蜘蛛机器人足进行运动学建模,并推导了逆运动学方程式,基于蒙特卡洛法对足端可达空间进行仿真分析,并基于过路径点的三次多项式插值算法对机器人足避障轨迹进行路径规划仿真。仿真结果表明,在仿蜘蛛机器人足路径规划中应用过路径点的三次多项式插值方法能保证步行足运动动作的平滑性,从而避免了因力矩突变引起的冲击作用,同时足端能通过路径点以满足避障要求。     

手术机器人高阶多项式插值的轨迹规划

为保证运动的平稳性,要求手术机器人关节空间的位移、速度光滑连续,为此提出了基于高阶多项式插值的轨迹规划方法。根据手术要求,在机器人末端的笛卡尔空间中规划出轨迹。选取轨迹上若干个路径点,运用运动学逆解求出关节空间中的若干个型值点。通过对相邻型值点进行高阶多项式插值,得到关节空间连续光滑的位移函数;对位移函数求导可以得到各关节连续光滑的速度函数。利用MATLAB进行仿真,得出每个关节的连续光滑的角度、速度曲线,精度很高。表明该方法完全可行,能够满足机器人平稳性的要求。     

焊接机器人运动学分析及轨迹规划研究

针对梁构、石化容器等大型焊件普遍存在的焊接难的问题,研制了一种新型7自由度大型焊接机器人.首先,分析了该机器人的机械结构,基于D-H坐标系理论建立了机器人的运动学方程,并对该方程进行了求解,得到了其运动学正反解;其次,在关节空间内,采用过路径点的三次多项式插值方法,结合机器人操作空间运动参数对关节轨迹插值计算,实现了对机器人关节空间的轨迹规划;最后,在Matlab7.8平台上,利用机器人工具箱建立了该机器人模型,并且对机器人运动学、轨迹规划进行了仿真分析.仿真及研究结果表明:该机器人各连杆参数的设计是合理的,在关节空间内利用三次多项式进行轨迹规划具有可行性;同时,这也为机器人动力学的研究打下了基础.目前该技术已应用于机器人的点焊及角焊的现场作业中.     

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。     

介入机器人运动学及轨迹规划研究

针对介入机器人运动学和轨迹规划问题,基于D-H坐标系理论建立了血管介入主端机器人的运动学方程,并对该方程进行了求解;其次,在关节空间内采用五次多项式插值方法,结合介入机器人运动参数对关节轨迹进行了插值计算,实现了对血管介入机器人关节空间的PTP轨迹规划;最后,利用Matlab机器人工具箱建立了该机器人的三维仿真模型,并且对机器人运动学、轨迹规划进行了仿真验证。研究结果表明:该机器人连杆参数设计合理,活动空间适应手术要求,运动学方程准确可靠,在关节空间内利用五次多项式进行轨迹规划保证了机器人运动连续平滑。目前该技术已应用于血管介入手术临床试验中。     

六自由度机器人在焊缝焊接应用中的路径规划

常用的机器人轨迹规划有关节空间法和直角坐标空间法,本文分析了这2种轨迹规划的特点。提出了分段二次Lagrange插值路径规划法,并进行了计算机仿真。仿真结果表明,采用分段二次Lagrange插值的方法能使机器人末端的运动轨迹平滑且能很好地逼近于给定的焊缝曲线。     

工业机器人奇异规避轨迹规划方法

针对激光追踪仪测量工业机器人定位误差测量中出现的六轴机器人运动学奇异问题,提出了奇异区域预测及实时优化的奇异规避轨迹规划方法。以国产配天AIR50-A机器人为研究对象,建立六自由度串联机器人运动学模型,解算机器人笛卡尔空间与关节空间映射关系。基于雅克比矩阵与奇异位形的关系模型,分析和预测机器人运动轨迹中存在的奇异区域。当机器人末端处于奇异区域或奇异预测域时,记录初始关节角序列作为奇异区域轨迹规划输入,利用五次多项式插值方法迭代更新奇异区域内的轨迹路径,机器人既定的运动路径与更新后的奇异规避路径结合形成机器人新的规划轨迹路径,保证机器人关节角运动学参数连续性的同时,规避奇异区域。实验结果表明,提出的奇异预测域及实时优化的奇异规避轨迹规划方法,能够抑制机械臂奇异区域附近关节角速度的激变,减少奇异位形对机器人运动性能的影响。     

基于3-5-3多项式插补的六轴机器人轨迹优化

为了解决3次多项式轨迹规划仅能保证位移和速度保持连续,无法保证加速度保持连续,且各关节加速度轨迹在起始点存在跳变,在末端点均不为0,容易造成关节电机启停抖动的问题,提出了一种基于3-5-3多项式插补轨迹规划控制方法。在3次多项式轨迹规划的基础上,通过插入2个插值点时间t,将路径划分为3段,根据设置的插值点时间t计算得到插值函数的系数a和插值函数的表达式。实验结果表明,引入3-5-3多项式插值函数后,各关节的加速度运算能够保持连续,各关节加速度轨迹能够保证在起始点和末端点均为0且不存在跳变,可以避免启停时产生抖动的问题,保证多轴机器人启停时的稳定性。     

一种新型机器人多自由度关节的路径规划方法

介绍了一种新型机器人多自由度关节的结构,对该关节路径规划问题的特殊性进行了分析和探讨,并在此基础上提出了一种将路径空间中的点映射到β-γ平面的路径规划新方法———β-γ平面规划法。该方法通过在上位机上进行β-γ平面路径规划,控制下位机来驱动基于超声波电机控制的关节,使关节沿规划的路径指向空间目标点并避免进入死区。通过建模和仿真,证实了该方法可以降低路径规划的难度,使之变得简单直观。     

基于改进鲸鱼算法的搬运机器人运动规划

针对搬运机器人搬运效率不足、稳定性效果不好等问题,使用改进鲸鱼优化算法的时间最优运动规划方法进行解决。首先将机器人模型导入MATLAB中,根据相关算法计算出机器人的空间范围,从空间范围中选取实际目标点并转换到关节空间,在关节空间中使用“四次-三次-四次”插值多项式构造机器人的轨迹,然后将各关节的角速度、角加速度作为约束条件,采用改进的鲸鱼优化算法对轨迹进行优化,缩短机器人运行时间。通过仿真实验,改进的鲸鱼算法较PSO算法规划时间缩短约30%,较标准的鲸鱼算法规划时间缩短约17%,有效提升了搬运机器人在搬运方面的效率和稳定性。     

六自由度工业机器人轨迹规划算法研究

机器人轨迹规划是根据机器人所要完成的任务路径,求出各个关节运动函数,最终得到末端执行器的位姿与时间之间的关系,同时保证机器人实现所希望的空间运动。以六自由度工业机器人为研究对象,根据机器人所要完成的任务,规划出机器人末端执行器经过点,求出这些点的位姿对应逆解,得出其关节值。通过关节空间对其进行轨迹规划,并采用Matlab进行轨迹规划数值分析,为控制系统的研究提供基础。     

机器人的运动轨迹研究与仿真

为研究六自由度机器人的运动学问题,以MZ07六自由度机器人为研究对象,应用D-H法对机器人建立关节坐标系并确定杆件参数,从而建立机器人的运动学模型。在MATLAB环境中,对机器人进行正、逆运动求解,在关节空间里,通过多项式插值对各个关节进行轨迹规划,并完成各关节的角度位置、角速度和角加速度的变化轨迹图像。通过仿真结果,可以得到多项式插值可以使机器人各个关节运动时位置、速度以及加速度的变化情况,且变化曲线光滑、连续,并在MATLAB三维图中直观看到机器人手臂的位姿状态,从而验证了机器人结构参数的正确性,以及多项式插值能够保证达到期望轨迹。同时MATLAB仿真为机器人的运动学问题、结构设计等方面提供了研究平台。     

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Jerk最优的机器人轨迹规划

针对机器人任务路径轨迹的复杂性和稳定性要求,提出了一种基于Jerk最优的笛卡尔空间轨迹规划方法,得到一条光滑和平稳的机器人动作轨迹。机器人轨迹被约束通过笛卡尔空间中一系列路径点,采用Jerk连续可导的余弦函数曲线来插补路径点之间的机器人轨迹,通过求解逆运动学计算出期望的机器人关节角度。最后,以NAO机器人为平台对轨迹规划方法进行了仿真与实验验证。实验结果显示,规划得到的机器人路径轨迹光滑平稳没有突变,顺利地完成实验任务动作。     

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。     

基于标定和关节空间插值的工业机器人轨迹误差补偿

轨迹精度是工业机器人重要的动态性能,目前工业机器人的轨迹精度远低于定位精度,提出一种基于机器人运动学标定和关节空间插值误差补偿的方法来提高机器人轨迹精度。基于MD-H方法建立机器人的运动学模型,在此基础上运用机器人微分运动学理论建立末端位置误差模型和轨迹误差模型。为克服最小二乘法等传统方法在数据噪声较大且不符合高斯分布时收敛慢甚至发散的问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波算法的机器人运动学参数辨识方法,实现运动学参数辨识的快速收敛。经过分析发现机器人误差在关节空间具有连续性的特点,为此提出一种关节空间插值误差补偿方法,建立网格形式的误差补偿数据库,并利用关节空间距离权重函数和已知的网格顶点误差计算各控制点的关节转角误差。通过试验对所提出的参数辨识和关节空间误差补偿方法进行了验证,试验结果表明：经过运动学参数辨识和补偿后机器人的绝对定位精度由1.039 mm提高到0.226 mm,轨迹精度由2.532 mm提高到1.873 mm,应用关节空间插值误差补偿后机器人的轨迹精度进一步提高到1.464 mm。     

一种新型板材安装机器人的空间直线轨迹规划

针对自主研发的建筑板材安装机器人进行了空间直线轨迹规划的研究。对该机器人进行了运动学分析,并在关节空间中运用模拟CP控制方法配合五次多项式插值进行轨迹规划,从而保证了在运动控制中各关节运动的实时同步性和速度连续性。借助Matlab机器人工具箱和Labview编程软件进行了仿真与实验,完成了对机器人末端空间直线轨迹规划的任务。     

空气阻力对工业机器人时间最优轨迹规划的影响

在考虑了机器人关节速度,加速度,加加速度等传统关节约束条件的前提下,将空气阻力的影响引入到轨迹规划的约束条件之中,并结合实际工况对时间最优轨迹规划问题进行建模。基于PUMA560机器人,针对给定的关节路径点,使用遗传算法对问题进行求解,所得轨迹规划结果能够满足所有约束条件,验证了所建模型的准确性和算法的有效性正确性。