基于多项式加减速控制的轨迹规划的研究

轨迹规划是机器人控制系统研究的重要内容之一,它对机器人性能的提高起着关键性的作用。为解决机器人在笛卡尔空间直线和圆弧拟合自由曲线时存在的误差较大的问题,提出机器人冲击最优的轨迹规划算法。通过多项式速度控制曲线和阿当姆斯微分方程,并以最大弓高误差、最大加速度为约束条件,对机器人轨迹进行插补。同时使用四元数来对机器人姿态进行描述,并使用球形线性插值法对其进行插补。最后以IRB2600工业机器人为仿真本体,使用Matlab对所提出的算法进行仿真,可以得到误差允许范围内的工业机器人运行轨迹,证明了此算法理论上的有效性。     

基于高阶多项式的爬游机器人足端轨迹规划

针对深海爬游机器人足端轨迹规划问题,采用高阶多项式拟合的方法对其进行研究;首先,介绍了爬游机器人整体结构并对其进行运动学建模,结合爬游机器人运动学模型提出了一种直线与曲线相结合的机器人足端轨迹;其次,利用四阶多项式和六阶多项式分别对机器人足端轨迹进行拟合,比较两种拟合结果可知,六阶多项式拟合方法对机器人足端速度、加速度的规划效果更佳;利用六阶多项式轨迹拟合方法对多段轨迹连接点处的速度问题进行了分析,解决了机器人在运动过程中腿部抖动问题,使机械腿具有良好的控制柔顺性;最后,根据D-H法则建立机器人单腿仿真模型,通过仿真验证了算法的可行性,进一步在水池中利用机器人实物样机验证了算法的有效性.     

用于激光清洁的机器人轨迹精度实验研究

随着自动化程度不断提高及激光清洁的快速发展和应用,利用机器人控制激光器进行清洁工作,效率将大幅提高。提出机器人编程与轨迹精度间存在联系,通过实验记录圆形轨迹和直线轨迹中随机点位置,利用最小二乘法对各点数据进行分析处理。根据各点找到空间拟合轨迹方程,并将拟合轨迹与编程理论轨迹对比,通过图像和数据分析得出结论：在使用机器人进行轨迹编程时,轨迹编程的单位编程距离越短,运动过程中的轨迹精度越高,稳定性越好。     

基于模型预测—中枢模式发生器的六足机器人轨迹跟踪控制

为了模仿动物卓越的运动能力和环境适应能力,提出了六足仿生机器人的轨迹跟踪控制方法。首先建立了机器人的运动学模型,接着通过转向参数将机器人的速度和角速度与中枢模式发生器（CPG）参数结合起来,设计了转换函数。然后通过转换函数将模型预测控制器和CPG网络结合起来,提出了基于CPG的模型预测控制器（MPC-CPG）,并证明了其稳定性。最后对机器人跟踪圆周轨迹和直线轨迹进行了仿真和实验。实验表明,在有初始误差的条件下,机器人在MPC-CPG控制器的作用下能够快速地消除位置误差和航向角误差,跟踪上参考轨迹。轨迹跟踪的位置误差始终保持在-0.1～0.1 m,航向角误差保持在-27?～20?。在MPC-CPG控制器的作用下,机器人不仅具有较高的轨迹跟踪精度,同时还表现出良好的运动平滑性和协调性,进一步验证了所提出的MPC-CPG控制器的有效性。     

基于GA优化RBF神经网络的机器人轨迹规划

针对机器人在不确定环境下末端执行器运动轨迹的准确性及平稳性问题,采用基于遗传算法(GA)优化径向基函数(RBF)神经网络的轨迹规划方法对Kinova Mico2机器人进行轨迹规划研究。介绍了机器人的相关参数及坐标系、建立了D-H矩阵和运动学模型。提取机器人实际抓取物品的直线轨迹并等分插补,用GA优化并实时在线更新RBF神经网络的权值,以更优的权值参数建立新的RBF网络。研究结果表明:相比优化前,基于GA优化RBF的规划轨迹逼近误差小且平滑稳定,仿真结果较为稳定,轨迹规划的可行性满足机器人实际抓取工作的需要。     

用双拋物线插补实现机器人连续轨迹控制

本文就如何有效地对机器人施行连续轨迹控制的一系列问题进行了探讨.通过增强MOVE MASTER机器人控制软件功能,成功地实现了一套可行性好、算法简便的控制方案。它将关节坐标的离线双抛物线拟合与在线积分法插补相结合。在不超差的前提下,使抛物线段数最少,从而节省了插补所需存储空间。实践证明,此方案能使机器人实际运动轨迹连续、光滑,与理想轨迹十分逼近。另外,本文还就插补过程中累积误差的补偿作了探讨.本方案同样适用于工业机器人运动控制。并且,它还弥补丁现有的直线插补、圆弧插补之不足。     

二值图像中直线拟合误差与直线方向的关系

主要从空间量化误差的角度分析直线方向与拟合误差的关系.首先介绍直线的拟合方法,然后定义敏感距离这一度量图像中的直线对移动敏感性的概念.由此出发讨论不同斜率的直线对直线平移的敏感程度,给出敏感移动距离的表达式及证明.对各种直线拟合结果进行实验统计,结果表明拟合误差与敏感距离有着密切的联系.基于直线拟合时方向误差远小于截距误差这一结果,在已知直线斜率以及直线像素点的前提下,提出一种新的估计截距的方法,实验结果表明本文方法更优越.     

基于光学运动跟踪系统的机器人末端位姿测量与误差补偿

针对工业机器人绝对定位精度较低的问题,采用加拿大NDI公司的Optotrak Certus HD光学运动跟踪系统作为机器人位姿的测量设备,提出了一种基于再生权最小二乘法的最优剪枝极限学习机算法,通过该算法将机器人目标位姿映射到修正位姿上,实现了对机器人末端位姿补偿的效果.利用爱普生6轴机器人末端进行实验,在不同速度下完成直线轨迹运动、圆轨迹运动以及离散随机运动,对该误差补偿方法的有效性进行验证和分析.结果表明,该误差补偿方法均能提高机器人的位姿精度,其测试点在X、Y、Z三轴总方向上的绝对位置精度为0.06 mm～0.25 mm,比无补偿时的2 mm～3 mm有了1个数量级的提高;而姿态误差补偿后,其均方根误差和平均绝对误差均减小到未补偿时姿态误差的26.09%.同时,该补偿方法还可有效降低异常值的影响,具有良好的稳健性.     

基于惯性测量单元的轮式机器人轨迹跟踪仿真

针对轮式机器人轨迹跟踪质量下降问题,提出基于惯性测量单元(IMU)的轮式移动机器人轨迹跟踪控制方法.通过两个惯性测量单元(IMU)来建立轮式机器人的速度、角速度计算模型,针对轮式移动机器人执行中的差动命令对轮式机器人实施闭环控制;设计轮式机器人工作轨迹参考量,结合动力学模型提出轮式机器人轨迹跟踪控制器,使轮式机器人可以在指定的轨迹上进行跟踪.实验结果表明,提出的方法能够使轮式移动机器人的轨迹跟踪误差更小,跟踪结果更精准.     

无人仓多搬运机器人协同作业轨迹自动控制研究

由于无人仓多搬运机器人协同作业线路较为复杂,导致协同作业轨迹控制难度增加,为了保证多搬运机器人能够按照规划路线执行搬运作业,提出了无人仓多搬运机器人协同作业轨迹自动控制方法;采用栅格图建模法,结合无人仓内货架的实际分布情况,建立无人仓环境场景;从组成结构、运动学以及动力学3个方面,构建搬运机器人的数学模型;遵循就近原则分配多机器人搬运任务,规划多搬运机器人的协同作业轨迹,根据多搬运机器人实时位姿的自动检测结果计算控制量,利用作业轨迹自动控制器的安装与运行,完成无人仓多搬运机器人协同作业轨迹的自动控制任务;实验结果表明,在该方法应用后,多搬运机器人在无人仓中的作业轨迹与规划轨迹基本相同,计算得出的平均位置控制误差和姿态角控制误差分别为2.27 cm和0.05°,搬运机器人的碰撞次数能被控制在规定范围内,实际应用效果好。     

Curve fitting and optimal interpolation for CNC machining under confined error using quadratic B-splines

In CNC machining, fitting the polyline machining tool path with parametric curves can be used for smooth tool path generation and data compression. In this paper, an optimization problem is solved to find a quadratic B-spline curve whose Hausdorff distance to the given polyline tool path is within a given precision. Furthermore, adopting time parameter for the fitting curve, we combine the usual two stages of tool path generation and optimal velocity planning to derive a one-step solution for the CNC optimal interpolation problem of polyline tool paths. Compared with the traditional decoupled model of curve fitting and velocity planning, experimental results show that our method generates a smoother path with minimal machining time.     

基于最小代价路径的血管中心线提取

为解决传统最小代价路径算法提取血管中心线时存在偏向血管侧壁的问题,提出一种基于点的中心线校正方法。应用最小代价路径算法初步提取中心线,然后根据血管剖面灰阶值呈高斯分布的特点对每个中心点进行校正,再利用三次B样条将离散的中心点拟合为一条连续的中心线。实验结果表明,该算法提取的中心线更靠近血管的中心处,且对噪声具有鲁棒性。此外,将该算法用于起点、终点位置的校正,则提取的中心线对用户定义点的位置不敏感。     

基于三次B样条曲线拟合的智能车轨迹跟踪算法

针对传统几何轨迹跟踪算法切向角获取依赖高精度惯导设备的问题，提出了基于三次B样条曲线拟合的轨迹跟踪算法。首先，通过对先验地图中的离散轨迹点进行拟合生成平滑轨迹线；然后，根据轨迹方程通过插值法重新生成离散路点，并计算各个路点处的切向角，从而实现了对多传感器融合轨迹的优化与跟踪。在真实的智能车实验平台上，用所提算法对20km/h低速绕圈和60km/h较高速度直道两种典型场景进行了在真实道路下的跟踪测试。在低速大曲率和较高速度直道两种典型场景下，所提算法轨迹跟踪的最大横向误差均保持在0.3m以内。实验结果表明，该算法有效解决了传统几何轨迹跟踪算法对惯导设备依赖的问题，同时保持了较好的跟踪性能。     

Rough and finish tool-path generation for NC machining of freeform surfaces based on a multiresolution method

Progressive fitting and multiresolution tool path generating techniques are proposed in this paper, by which multi-level (LOD) models fitting for different subsets of sampled points are obtained, and then multiresolution rough-cut and finish-cut tool paths are generated based on the LOD models. The advantages of the proposed method are: (1) the user need not care for data reduction in CAD modeling; (2) final result is obtained by interpolating two lower-level reconstructed surfces, and each lower multiresolution CAD representation can be used to generate rough-cut tool paths; (3) different manufacturing requirements utilize different level models to generate tool paths; (4) selective refinement can be applied by interpolating selceted areas at different levels of details. The key avantage of the prograssive fitting algorithm is that it can use different level surfaces to generate adaptive rough-cut and finishi-cut tool path curves directly. Therefore, based on the proposed techniques, tool path length is reduced. Sharp concers are smothed out and large tools can be selected for rough machining. The efficiency of this algorithm has been demonstrated, and it results in a 20% reduction in machining time.     

磁导航智能车路径信息采集系统的设计与实现

针对飞思卡尔杯全国大学生智能汽车竞赛中的磁导航智能车,研制了路径信息采集系统。硬件上提出了利用仪表用差动放大电路对信号进行放大处理的方法,同时采用加速度传感器对车体姿态进行检测;软件上通过对传感器输出量的归一化处理并结合曲线拟合,提出了基于最小二乘法的有限数据量曲线拟合算法。该算法兼顾了处理器运算能力与系统控制的实时性,以实现对车体位置的快速准确判断。测试结果表明该方案是有效的。     

基于路径跟踪控制方法的拖挂式机器人系统路径规划算法

为解决拖挂式移动机器人系统路径规划算法精准性低、稳定性差和无法考虑系统间安全性等的问题,提出一种基于路径跟踪方法的路径规划算法。该算法融合快速拓展随机树（RRT）基本算法和路径跟踪控制方程,通过自动拟合样条曲线,跟踪并生成节点间轨迹,以此提高路径精准性;加入系统夹角约束条件和节点击中机制提高算法稳定性和结果安全性;此外,加入贪心优化算法,针对结果路径进行优化处理。通过仿真实验结果表明,相较基本RRT算法,改进算法搜索得到的路径更贴近实际运动轨迹,在安全性和成功率上优于原算法,能够满足快速设计或实时系统的需求。     

红外图像中的道路识别与表示

对机器人视觉导航而言，道路识别和表示是一个非常重要的环节，它直接影响到后续的路径规划。该文针对红外道路图像，提出了基于区域方法的一套处理方案，该方法首先通过分割获得道路区域，利用链码跟踪获取道路边缘的链码。采用了一种通用的道路模型，然后基于链码以及该道路模型，设计了一种有效的道路边界拟合方法。在拟合过程中，首先依据一定的准则把链码分为两段，对于每一段再递归执行该分段过程，直到不能分为止，然后用分段直线去描述道路边界。该拟合算法可以有效地处理直道和非直道的情况。文中给出了相关的实验结果。     

张力样条在三维路径光滑处理中的应用

根据地理信息系统中路径设计的需要,对已有的三维路径设计方法进行了概括,提出了两种三维路径生成法概念,并对其做了简单的比较。为了得到沿路径连续的飞行或运动,两种路径生成法都必须对路径进行拟合。论文重点论了张力样条在路径光滑处理中的有关问题,如张力样条的构造、求解以及规范化张力系数对路径外貌和光顺性的响,并用实验加以证实,其结果有较好的实用价值。     

基于RSSI的无线传感器网络通信覆盖研究

提出了一种利用邻居节点采集的RSSI路径损耗来估计传感器节点通信覆盖范围的新方法(NRRC).首先将邻居节点按照空间关系映射到不同扇区集合,对各扇区内的RSSI采样值进行最小二乘拟合得出相应扇区内的对数距离路径损耗模型,然后根据损耗模型及给定信号衰减阈值求得各扇区对应的最大通讯半径;最后将各扇区的覆盖范围进行叠加来估计...     

基于低秩矩阵恢复的移动WSN节点轨迹拟合研究

对传感节点的位置和轨迹信息进行更新和管理,是传感节点可移动的无线传感器网络系统的主要特征。传感节点的位置和轨迹信息频繁传输会增加网络的能量消耗。为了降低信息的传输量,对信息进行采样,并通过拟合传感器节点的移动轨迹恢复原始轨迹信息;为了进一步提高拟合准确度,将压缩感知理论应用于轨迹拟合中,该算法对非凸最优化问题进行松弛,将矩阵的秩松弛到矩阵的Frobenius范数,并转化为非约束优化问题,然后采用最小二乘法对目标函数进行迭代以求得最优解。仿真实验结果表明,算法能够较好地拟合传感节点的移动轨迹,能显著减少传感节点位置和轨迹信息的发送量。