基于Matlab的机器人运动学分析与轨迹规划仿真

在Matlab环境下,采用D-H法对STAUBL TX90机器人建立了三维仿真模型。基于所建模型,对其进行正逆运动学问题进行了分析,并在关节空间坐标系下和笛卡尔空间坐标系下进行了简单的轨迹规划仿真。实验数据表明,该模型可以得到有效准确的运动轨迹和仿真数据,为深入研究轨迹规划的优化、轨迹跟踪提供了重要的数据分析基础。     

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。     

机械手的运动学分析及在屏幕贴合中的应用

在机械手屏幕贴合项目中,以6关节机械手RV-2F为研究对象,分析结构和连杆参数,采用改进D-H法建立各连杆坐标系和机械手的运动学方程;运用MATLAB Robotics Toolbox建立RV-2F机械手模型,进行关节空间轨迹规划与仿真,实现并分析机械手高速运行的平稳性,满足应用要求。     

一种混联码垛机器人智能避障轨迹规划与仿真

由于码垛机器人应用环境复杂、不确定条件多等诸多问题,针对现有的避障轨迹规划算法存在的划分空间上的繁琐情况,提出了一种智能避障轨迹规划算法,包括障碍物信息提取和避障轨迹设计,最大程度降低障碍物信息与轨迹设计部分的耦合度,达到减少动态空间下频繁划分空间的目的.最后在OPENGL软件上研发的三维仿真平台上进行运动学仿真与验证.仿真结果表明,改进算法规划出的轨迹能有效避开障碍物且轨迹符合预期的要求,充分验证了轨迹规划算法的可行性和有效性.     

四个坐标系下羽毛球飞行运动学模型与仿真

为使羽毛球飞行的轨迹仿真结果更加真实可靠,构造基于实际环境的羽毛球空间运动状态方程。本文以国产某型号羽毛球制造参数为背景,建立羽毛球球场、羽毛球飞行、羽毛球速度和羽毛球球体4个坐标系,并利用牛顿第二定律等方法直接推导出羽毛球飞行轨迹在这些坐标系下的运动方程。所建立方程不但考虑了空气阻力、羽毛球转动惯量和羽毛球本身参数的影响,还考虑了羽毛球固有旋转特性产生的马格努斯力对其飞行轨迹的影响。仿真结果表明,在四个坐标系下建立的羽毛球运动方程能够直观反映出其相关参数对飞行轨迹的影响。     

基于交互车辆轨迹预测的自动驾驶车辆轨迹规划

针对城市道路等复杂行车场景,提出了一种基于交互车辆轨迹预测的自动驾驶车辆轨迹规划方法,将高维度的轨迹规划解耦为低维度的路径规划和速度规划;首先,采用五次多项式曲线和碰撞剩余时间规划车辆行驶路径;其次,在社会生成对抗网络Social-GAN的基础上结合车辆空间影响和注意力机制对交互车辆进行轨迹预测;然后,结合主车规划路径、交互车辆预测轨迹及碰撞判定模型得到主车S-T图,采用动态规划和数值优化方法求解S-T图,从而得到满足车辆动力学约束的安全、舒适最优速度曲线;最后,搭建PreScan-CarSim-Matlab&Simulink-Python联合仿真模型进行实验验证。仿真结果表明,提出的轨迹规划方法能够在对交互车辆有效避撞的前提下,保证车辆行驶的舒适性和高效性。     

IVECO横梁焊接机器人轨迹规划及计算机仿真研究

机器人的轨迹规划可以在关节空间中进行 ,也可以在直角坐标空间中进行 .本文分析了这两种轨迹规划的特点 ,给出了基于关节空间的轨迹规划算法和基于直角坐标空间的轨迹规划算法 .针对 IVECO横梁的焊接 ,进行了机器人的轨迹规划研究 ,并进行了计算机仿真 ,该研究成果已应用于 IVECO横梁焊接工作站系统     

弹道导弹飞行弹道的三维仿真

该文介绍运用外部建模工具建立地球和弹道导弹的几何模型,生成相应的贴图坐标,利用OpenGL图形接口模块完成三维的地球运动体仿真,并根据贴图坐标建立地球空间直角坐标系,在此基础上利用弹道导弹飞行弹道、火力圈、防御区域等的计算数据,通过建立的发射坐标系、地心直角坐标系和模型坐标系转换关系,将数据以三维立体形式显示。该方法突破了以往导弹（卫星）轨迹以地图平面投影形式进行二维显示的局限性,具有很强的直观性和交互性。     

基于样条函数的机器人轨迹规划方法

在机器人控制中,常常需要控制机器人末端准确地从空间一点移动到另外一点,而机器人轨迹规划算法在很大程度上影响了控制的稳定性和鲁棒性.对没有特殊中间路径要求的机器人控制而言,在关节坐标空间进行轨迹规划不但计算量小,而且可以避免由于雅可比矩阵奇异引起的速度失控.本文采用样条函数规划算法设计了机器人关节坐标空间的轨迹函数,通过对两种算法的比较证明,样条函数能更好地生成具有稳定性和鲁棒性的空间轨迹,这个空间轨迹不但可以避免机器人在起动和停止时由于速度、加速度引起的抖动,而且可以满足机器人快速运动的需要.最后,本文基于HIT-1手单手指模型建立了PID控制模型,并利用Simulink工具仿真对两种轨迹规划算法进行了比较.     

基于能耗优化的六足机器人摆动腿轨迹规划

以六足机器人单腿为研究对象,研究机器人摆动腿轨迹规划问题.由于摆动要消耗能量,所以提出了一种基于能耗优化的轨迹规划方案.结合以D-H法建立的机器人单腿运动学模型和腿部位置、速度、加速度等约束,采用多项式插值法在关节空间对机器人摆动腿进行轨迹规划.在考虑直流电机有效功率和热损耗的基础上,通过遗传算法对非线性等式和不等式约束下的非线性规划问题进行求解.仿真结果表明,所设计的方案能有效降低摆动腿能量消耗并保证轨迹连续平滑.     

KUKA机器人运动学算法的研究

如今传统的工业机器人示教编程方式已很难满足生产要求。解决此问题的有效途径之一,就是采用离线编程技术。离线编程技术需要机器人仿真系统的支持。逆解分析是机器人运动学分析的一个重要组成部分,是进行机器人控制和轨迹规划的前提和基础。针对KR系列KUKA运动学进行了分析与研究。其中运动学模型的建立主要采用Denavit.Hartenberg(D-H)参数法。D-H参数法相对成熟,在机器人运动学分析中得到广泛应用。最后给出了KUKA机器人运动学逆解的显式求解结果,以KUKA KR-16机器人为例,验证了算法的正确性,并在仿真环境中进行了测试。     

四旋翼飞行器的建模及控制算法仿真

以四旋翼飞行器为研究对象。为实现对飞行器的稳定控制,首先建立了数学模型和动力学模型,又在此基础上设计了PID控制器和模糊PID控制器,通过模拟仿真判断两种控制算法是否能对四旋翼飞行器进行稳定控制。模型的搭建与仿真实验都基于Matlab/Simulink平台,仿真结果验证了模型建立的准确性,以及在所设定的参数下,fuzzy PID控制器对飞行器的控制较好,能够有效控制飞行器的稳定飞行。     

虚拟现实物流仿真软件3Dcreate与SAPR/3系统集成研究

目前,虚拟现实物流仿真软件3Dcreate系统在机械自动化车间的设计、建设阶段已有显著的辅助决策效果,但该类3D虚拟现实仿真系统由于种种原因,很少继续用于机械自动化车间的运行阶段,即自动化制造的生产管理领域。SAP R/3是制造企业资源管理的著名软件系统,在生产计划与基础制造资源信息管理方面具有强大功能,但该类软件一般不直接提供与制造信息相关的3D可视化界面。以某液压缸自动加工装配线生产能力评估为验证案例,建立面向生产管理领域的虚拟仿真模型,实现SAP R/3系统与3Dcreate系统的技术与业务接口,通过新的虚拟仿真集成系统原型,来验证三维虚拟现物流仿真工具在生产管理领域的可行性与效果。     

基于宏指令的水切割机器人自动编程

针对水切割机器人常用自动编程方法所生成的程序冗长,不利于阅读、调试与检查的问题,提出基于宏指令的自动编程方法。该方法通过对水切割软件系统进行分析,完成工件加工轮廓宏指令设计;然后根据路径规划结果查找信息提取文件中轨迹点信息,通过判断轨迹点所属轮廓类型标志位的值生成所对应的宏指令;最后将所生成的带有宏指令的程序文件通过仿真验证其正确性,并通过程序转换生成机器人语言程序。文章最后以圆形和矩形轮廓的自动编程为例,验证了基于宏指令自动编程方法的可行性与实用性。     

基于变论域模糊PID算法的张力控制

张力控制在工业中应用十分广泛,其核心是保持张力的恒定。目前恒张力控制主要采用的算法有分段PID和模糊PID,但是这两种方法控制稳定性差。在常规模糊控制的基础上,引入了变论域的思想并设计了伸缩因子基于函数类型的变论域模糊控制器,以此对执行机构为磁粉制动器的张力系统进行控制。通过建立系统模型对常规模糊控制PID算法和变论域模糊控制PID算法进行了仿真对比,仿真结果表明采用变论域模糊PID算法进行系统控制时具有超调小,响应速度快的优点。     

绕线式异步风力发电机的最大风能追踪控制

以双PWM交流励磁电源控制的绕线式异步风力发电机系统为对象,研究了有功功率和无功功率的确定原则和计算方法,进而研究了双馈异步电机的功率解耦控制。给出变速恒频风力发电机最大风能追踪的控制策略,仿真研究表明基于电网电压定向的矢量控制策略,通过转子侧变换器和双馈电机之间的数学模型,能够有效地实现最大风能追踪。提高风电机组的运行和运行效率。     

主动磁悬浮轴承的神经网络自适应稳定性控制

针对主动磁悬浮轴承本质非线性和开环不稳定的系统特征,设计了一种BP神经网络自适应PID控制器。该控制器采用改进的BP神经网络PID控制算法,通过BP神经网络的自学习和权值调整寻找最优的PID参数,克服了常规PID控制参数整定困难的缺陷,实现了系统的自适应控制。通过MATLAB/Simulink环境和S-Function模块建立了主动磁悬浮轴承控制系统模型,并进行了系统仿真实验,结果表明,BP神经网络自适应PID控制系统响应速度更快,具有更好的动态性能和稳态性能。     

基于滑模变结构的发动机转速控制系统

针对工业中传统的发动机PID转速控制系统存在其经常性参数整定不良,运行工况适应性差,且很难同时很好地满足稳态精度、动态稳定性、平稳性和快速性的要求等问题,提出一种基于比例切换函数的滑模变结构发动机转速控制系统。进而介绍了发动机转速控制数学模型,并通过Matlab/Simulink仿真与传统的PID转速控制方法进行对比,验证滑模变结构控制在发动机这种高阶非线性多变量系统中具有响应速度快,超调量小和控制精度高等优点。     

基于运动学分析的工业机器人轨迹精度测量的研究

机器人关节伺服系统的动态误差,是影响其末端执行器运动轨迹精度的一个重要因 素．本文以六轴关节型激光加工工业机器人为研究对象,采用D-H方法建立起机器人连杆坐 标系,在运动学分析的基础上,运用齐次坐标变换矩阵微分法,建立机器人各关节转角的偏 差值与末端运动轨迹精度之间的模型,并在此基础上,利用机器人与外部的串口通讯,对在 关节伺服系统影响下,沿各种空间位置运动时,机器人末端运动的轨迹精度进行了实际测量 ．     

An efficient motion generation method for redundant humanoid robot arms based on motion continuity

This paper proposes a novel method of motion generation for redundant humanoid robot arms, which can efficiently generate continuous collision-free arm motion for the preplanned hand trajectory. The proposed method generates the whole arm motion first and then computes the actuators’ motion, which is different from IK (inverse kinematics)-based motion generation methods. Based on the geometric constraints of the preplanned trajectory and the geometric structure of humanoid robot arms, the wrist trajectory and elbow trajectory can be got first without solving inverse kinematics and forward kinematics. Meanwhile, the constraints restrict all feasible arm configurations to an elbow-circle and reduce the arm configuration space to a two-dimension space. By combining the configuration space and collision distribution of arm motion, collision-free arm configurations can be identified and be used to generate collision-free arm motion, which can avoid unnecessary forward and inverse kinematics. The experiments show that the proposed method can generate continuous and collision-free arm motion for preplanned hand trajectories.