基于改进PSO算法的时间最优机械臂轨迹规划北大核心

针对传统机械臂轨迹规划存在效率低、智能算法易早熟和运行不稳定等问题,提出了一种以时间最优为目标,采用改进粒子群算法(PSO)对6自由度机械臂轨迹进行优化的方法。首先,在关节空间下利用机械臂正逆运动学原理获取其轨迹插值点;其次,为了使机械臂能够快速平稳地到达目标位置,采用3-5-3多项式对其轨迹进行插值;最后,使用改进PSO算法对分段多项式插值构造的轨迹进行优化,实现6自由度机械臂时间最优的轨迹规划。通过MATLAB仿真实验可以得到机械臂各个关节的加速度、速度和位置的轨迹信息,在满足机械臂运动学约束的前提下,机械臂完成整段轨迹所用的时间从3 s减少到2.1 s,整体运行时间相对于PSO算法优化前缩短了近30%,由此表明改进PSO算法可以有效地实现6自由度机械臂时间最优的轨迹规划。     

基于六杆机构的机械手运动分析与优化

设计了一种基于六杆组合机构的机械臂,用于数控机床的自动化上下料过程。利用解析法对机械臂所设计的六杆组合机构进行速度及加速度分析,使用MATLAB软件得出杆件的速度与加速度曲线,并在此基础上对六杆组合机构进行优化。结果表明:该机构运行稳定,结构简单,能满足上下料的基本要求。     

偏置式空间机械臂关节角参数化逆运动学求解

针对偏置式空间7自由度(DOF)冗余机械臂,提出了一种基于关节角参数化的运动学求解方法。根据空间机械臂的结构特点对其臂型进行了分析,采用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立空间机械臂坐标系。采用D-H法对空间机械臂操作空间进行了描述,在考虑运动学约束的基础上,得到了以关节角为变量的正运动学模型。通过分析逆运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解了该类机械臂逆运动学的完整解析解。在Matlab环境下,使用Matlab Robotic Tools对机械臂的初始姿态进行了仿真。通过给定的机械臂末端位姿,根据推导的逆运动学算法对空间机械臂各个关节的角度进行了求解。机器臂的运动学逆解算将作为机器臂运动规划和轨迹控制的基础。     

接触网双机械臂作业车运动学分析及轨迹规划

针对铁路隧道中，接触网作业车自动化程度低、工作效率低等问题，研制一种可完成钢筋探测、钻孔打锚、拉拔测试、吊柱安装、维修保养等一系列作业的接触网双机械臂作业车。运用标准的D-H法对该双机械臂系统进行运动学建模，并对其进行正逆运动学的分析。通过齐次变换推导其末端执行器的姿态和位置，然后经过MATLAB仿真和数学计算结果比较证明建模的准确性。已知双机械臂系统的初始位姿和工作状态下的末端位姿，采用五次多项式插值的方法对双机械臂进行轨迹规划，并得到此轨迹下的双机械臂各关节的位移、速度和加速度曲线图，为双机械臂系统进一步的优化和后续的研究提供了参考。     

混凝土液压拆除机械臂运动学分析与研究

混凝土液压拆除机械臂运动学分析是混凝土液压拆除机器人运动及控制器设计的重要组成部分。将混凝土液压拆除机械臂作为研究对象,通过D-H法则建立机械臂连接杆坐标系,并完成机械臂的运动学分析。运用ADAMS对模型进行运动学仿真分析,获得了机械臂的运动包络图,测量了机械臂喷枪末端的位移、速度及加速度曲线,验证了理论分析的正确性。结合理论分析与仿真,分析实际使用中机械臂喷枪末端的姿态和运动情况,为末端机械臂的轨迹规划和控制提供了理论依据。     

一种机械臂时间-冲击轨迹的快速求解优化方法

针对NSGA-II算法优化机械臂轨迹耗费计算时间的问题,提出一种时间-冲击轨迹规划优化方法。采用均匀五次B样条函数在关节空间内构造插值曲线,在运动学约束的条件下,利用牛顿法对目标函数进行迭代求解。仿真结果表明:结合牛顿法与埃特金加速法对五次B样条函数插值轨迹规划的时间和冲击进行优化求解,寻优时间短,保证在运动学约束下产生较小的冲击以及缩短机械臂的运动时间,使得机械臂的运动控制性能得到提高。     

异类粒子群算法的机械臂轨迹多目标规划

为了减少机械臂工作过程中的耗时、耗能和冲击,提出了基于异类粒子群算法的机械臂轨迹多目标规划方法。建立了7自由冗余机械臂运动学模型和优化模型;以传统粒子群算法为基础,根据学习信息的不同来源,设计了4种粒子进化行为,根据粒子当前状态计算不同进化行为的当前价值和未来价值,根据当前价值和未来价值的综合价值计算不同进化行为的选择概率,从而完成了异类粒子群算法的构造。以耗时最少单目标优化为例,与传统粒子群算法相比,异类粒子群算法不仅收敛速度快,而且优化程度提高了27.48%;使用异类粒子群算法对机械臂轨迹进行多目标综合优化,给出了Pareto最优前沿面,可根据不同需求和优化重心从中选择优化结果。     

一种基于混合策略的排爆机器人目标抓取轨迹规划

一种时间-脉动最优的混合优化策略被用来对排爆机器人目标抓取的轨迹进行规划,以兼顾机械臂运动过程中的平稳性和效率。采用三次样条曲线连接路径点,对路径点之间的运动时间搜索优化抓取轨迹。结果表明:关节空间的轨迹十分平滑,可以减小机械磨损,避免关节速度、加速度的突然变化,控制振动。在工作空间的目标抓取仿真显示,机械臂可以沿着预定路径和策略在预抓取位置调整好姿态,无干涉的接近目标完成抓取任务。     

PCB上下料机械手设计与仿真

针对PCB数控钻床上下料时对人力过度依赖所带来的问题,提出采用自动上下料机械手替代人工上下料。根据上下料机械手功能需求对自动上下料机械手进行了总体设计,分析了机械手安装布局,并使用SolidWorks建立了机械手的模型。运用D-H参数法建立机械手的运动学方程,求解出机械手末端在全局坐标系下的位置及姿态。再通过ADAMS对机械手进行运动仿真,得到并分析了机械手的末端的轨迹信息、位移信息、速度及加速度信息,验证了设计的正确性和合理性,为机械手实际动作优化和运动控制提供了依据。     

基于扰动观测器的冗余机械臂任务空间控制

针对冗余机械臂在任务空间中的轨迹跟踪控制精度差问题,提出了一种基于非线性扰动观测器的滑模控制算法。首先,将末端执行器位姿轨迹通过运动学逆解转换成关节空间内的关节角轨迹,降低运动学求解的计算量;其次,利用拉格朗日法获得机械臂的动力学模型,明确系统输入输出关系;进而,设计非线性扰动观测器来估计与补偿系统的集总干扰,并引入基于趋近律的滑模控制算法来加快系统状态量的收敛速度;再者,控制器的稳定性在李雅普诺夫框架下得以证明;最后,以7自由度冗余机械臂为例对该文所提方法的有效性进行了仿真验证。仿真结果表明:文中控制器的控制性能要优于LADRC与SMC-LESO,能保证关节角具有较高的轨迹跟踪精度;该文方法能够较好地解决冗余机器人的运动学逆解问题,将求解精度控制在0.1mm的量级内。     

冗余度机械手逆运动学果蝇优化算法的改进

逆运动学问题是冗余度机器人运动控制、轨迹规划和动力学分析的基础,也是机器人学中最重要的问题之一。以末端执行器位姿的误差最小为优化目标,建立适应度函数,将求解冗余度机械手的逆运动学问题转化为一个等价的优化问题,在优化算法的基础上通过杂交变异果蝇优化算法(HMFOA)进行冗余度机械手逆运动学问题的求解。采用嗅觉搜索杂交突变机制和视觉搜索的动态实时更新机制,有效解决果蝇优化算法(FOA)的收敛问题,并提高算法的收敛速度。为进一步验证HMFOA的有效性,在七自由度机械手上对HMFOA进行了测试,将其结果与FOA、LGMS-FOA和AE-LGMS-FOA等算法进行了比较,证明HMFOA能有效地解决冗余机械手的逆运动学问题。     

纤维缠绕机芯模自动装卸机械臂轨迹仿真与分析

目前国内纤维缠绕机芯模装卸多由人工完成,为提高生产效率,减轻工人劳动量,以水处理缠绕罐为例设计自动搬运装置,以实现芯模的自动装卸。确定了搬运过程中机械臂经过的目标点及其位姿,并根据D-H参数在MATLAB Robotics Toolbox工具箱创建了机械臂运动学模型;在不同的工作空间运用五次多项式插值对机械臂进行运动轨迹仿真,最终得到满足水处理罐搬运过程中无冲击、运行平稳要求的运动规律。     

关节型冗余度机器人的运动规划

机器人机构的运动规划是进行机器人智能化设计的重要基础.文章针对关节型冗余度机器人的运动特点,以机器人运动学的理论作为基础,建立了关节型冗余度类机器人机构的运动学模型,并根据机器人机构的尺寸和边界约束条件,分析和确定了机器人各关节点的运动可行区域,运用复合形方法优化筛选出合乎需求的关节点的坐标位置,从而为关节型冗余度机器人的运动学逆解算提供了一种行之有效的优化设计方法.     

基于4-PPPS并联机构的机身舱段对接方法研究

基于多数控定位器构成的分布式4-PPPS并联机构,实现舱段的自动化精准对接。冗余驱动能够提高机构承载能力、使驱动力分配更加均衡,但冗余系统构成的黎曼流形内存在高维零空间,协调分配的非线性方程具有多约束和非正定性,分配不当会产生过大的应力应变。为同时实现对接过程运动学层面的精准和动力学层面的稳态协同,基于旋量理论,将刚体运动分解成绕任意轴的转动和平移,建立运动学模型、确定关节驱动量。推导非冗余和冗余情况下的动力学模型,并求解舱段角速度和角加速度等影响对接运动特性的模型参数。提出了以力二范数最小为目标对对接运动驱动力进行优化分配的求解方法。以5次多项式描述位姿轨迹,用黄金分割法逼近出最优时间。最后开展了非冗余和冗余驱动的对比仿真,对接过程精准平稳,证明了此方法的正确性和可行性。     

UKF算法在七自由度机械臂逆运动学求解的应用北大核心

针对七自由度冗余度机械臂逆运动学求解问题,提出一种求解逆运动学的新方法。采用闭环模型建模的多维序列处理方法,将无迹卡尔曼滤波算法作为递推算法对机械臂实时状态进行估计,输入向量由前向模型的输入序列和反馈模型中的测量输出序列组成,建立具有闭环框架的七自由度冗余机械手逆运动学的状态空间模型,降低了计算的复杂度。与传统雅可比矩阵的伪逆计算方法对比分析,结果表明:所提方法具有较高的位置误差精度和计算效率,在末端执行器的轨迹中加入噪声,显示所提方法具有较好的收敛性能,通过实验表明该方法具有一定的通用性和可靠性。     

肘杆式伺服压力机运动学仿真与工艺轨迹规划

基于肘杆式压力机的基本结构,进行运动学逆解分析。提出一种参数化组合式正弦函数作为加速度曲线的加减速算法,规划滑块的运动轨迹,使滑块的运动轨迹更加平滑,提高了伺服压力机高速工作时平稳性,降低了对伺服控制系统瞬态响应的要求。利用Matlab平台搭建肘杆式压力机的运动学模型,由给定的滑块运动轨迹曲线,仿真得到精确的曲柄角位移、角速度和角加速度曲线,可作为伺服电机控制的输入量,为伺服压力机的控制提供重要依据,为其他伺服压力机传动机构的分析和控制提供一种可行的方法。     

基于五次B样条的机械手关节空间平滑轨迹规划

为实现机械手作业轨迹平滑,关节轨迹的速度、加速度、加加速度保持连续,起始和停止的速度、加速度和加加速度可以任意配置,采用5次B样条曲线插值方法构造关节轨迹。推导了B样条曲线插值轨迹算法;通过VC++6.0开发平台,基于MFC框架类和OpenGL图形库仿真出机械手的运动过程,并绘制出各关节的位置、速度、加速度时间曲线图。仿真结果表明,该方法使机械手关节调整平滑且运动平稳,运动性能显著优于传统的三次样条轨迹规划。     

一种新型运动冗余并联机构的运动学研究

针对传统3-RPR型非冗余平面并联机构运动过程中存在奇点,且需要较大驱动力矩无法实现平滑轨迹跟踪问题,提出了一种新型3-PRPR运动冗余并联机构。建立了新型并联机构的位置、速度和加速度模型,基于运动学模型进行了工作空间仿真分析,分别对不同末端执行器位置和大小、不同基圆半径对工作空间的影响进行了对比分析,并对工作空间运动轨迹进行了分析。仿真结果表明:末端执行器位置只影响定向工作空间,对可达工作空间无影响;定向工作空间和可达工作空间均与基圆半径成正比;末端执行器大小与定向工作空间成反比,与可达工作空间成正比。相同条件下,与传统3-RPR并联机构相比,所提出的新型并联机构工作空间明显增大,证明了该新型并联机构的有效性。     

非标数字装备操作机运动学分析与应用

对非标数字装备操作机运动学进行了研究,以Denavit-Hartenberg法建立了非标数字装备操作机参数化运动学模型,以Paul等人提出的代数法求解操作机运动学反解,并将运动正反解编写成动态链接库函数,用户对模型的选择与输入的D-H参数作为参数传递给函数。使运动学模型与特定的操作机分离,实现了运动学模型的通用化,提高了编程效率。     

基于雷塞控制系统的五轴焊接机器人的轨迹规划

运用Denavit-Hartenberg方法建立了以旋转关节关节角和移动关节移动分量为变量的基于雷塞系统的五轴焊接机器人运动学模型,对五轴焊接机器人正运动学和逆运动学问题进行了求解分析;采用抛物线过渡的线性插值法对焊接机器人进行了轨迹规划,通过MATLAB Robotics Toolbox工具箱对五轴焊接机器人进行了运动学仿真,得到了焊枪末端轨迹图以及关节角、角速度、角加速度与时间的变化曲线,验证了所设计参数的合理性,达到了良好的效果。