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.     

基于改进粒子群算法的油茶花粉采摘机械臂轨迹规划

针对人工收集油茶花粉存在劳动强度大、效率低等问题,基于油茶花的生长特性,设计了一种油茶花粉采摘机器人。以油茶花粉采摘机械臂为研究对象,采用D-H方法对其进行建模和正、逆运动学分析;在Matlab软件环境下,采用蒙特卡罗方法求解末端手爪的工作空间,得到机械臂末端工作空间的点云图像。仿真数据表明,所设计的机械臂能够很好地满足油茶花粉采摘要求。由于传统机器人轨迹规划存在效率低、运行不稳定等问题,提出了一种改进粒子群（IPSO）算法对油茶花粉采摘机械臂的轨迹进行优化。该方法以时间为适应度函数,有效地将5-5-5多项式插值函数与IPSO算法相结合。通过对比传统遗传算法（SGA）与传统粒子群算法（SPSO）,表明IPSO算法能更好地适用于油茶花粉采摘机械臂的时间最优轨迹规划。     

Dobot机械臂建模仿真与轨迹规划算法研究

MATLAB环境下研究Dobot机械臂的D-H建模、运动学分析、轨迹规划算法、仿真。在MATLAB机器人工具箱环境下,基于D-H参数模型建立Dobot机械臂模型,计算机械臂的齐次变换矩阵,通过仿真工具箱进行正逆运动学仿真与轨迹规划控制研究的运动仿真。通过仿真分析得到机械臂各关节在轨迹规划算法作用下的位移、速度、加速度以及末端轨迹。从仿真结果可知研究方法对于机械臂运动控制研究具有重要的现实意义,为Dobot机械臂控制、优化算法研究提供参考。     

基于时间最优的机械臂关节空间轨迹规划算法

为了提高机械臂的作业效率和运动平稳性,提出了一种新的基于时间最优的轨迹规划算法。通过逆运动学求出与任务轨迹对应的关节位置序列,利用三次样条插值进行轨迹规划,从而使关节角速度、角加速度曲线光滑连续。通过自适应遗传算法对运动轨迹进行时间最短优化,并利用罚函数解决运动学约束问题。仿真结果表明该轨迹规划算法有效、可行,能够很好得减少机械臂完成工作任务所需的运动时间。     

柔性关节机械臂轨迹规划及振动抑制研究

针对工业机器人多自由度复杂机械臂系统,对其建立多刚体运动学模型,仿真验证末端运动轨迹的真确性。在此基础上,对机械臂系统的末端关节进行柔性化处理,添加随机柔性扰动,得到刚柔耦合机械臂较为真实的末端轨迹曲线。提出了基于混沌粒子群优化算法(CPSO)的振动抑制方案,通过CPSO算法对机械臂末端轨迹的插值参数进行优化,定义了柔性末端的振动变形最小的目标函数,并给出了具体的求解步骤。数值仿真结果表明,在满足系统约束条件的情况下,机械臂运行平稳,不存在角速度突变的情况,相比于基本粒子群优化算法,CPSO算法保证了粒子群体的随机性,提高了群体的多样性,且收敛速度较快,不会陷入局部最优,在CPSO优化下的柔性末端轨迹振动明显减小,从而说明CPSO算法能够有效优化轨迹规划参数,减小机械臂柔性末端的振动变形。     

基于粒子群算法的工业机器人多目标最优轨迹规划

轨迹规划是机器人运动控制的基础,考虑以时间、能耗和脉动三方面为多目标最优,对工业机器人AUBO-i10的轨迹规划问题进行研究。基于D-H法建立机器人正运动学方程,并仿真验证正运动学方程的正确性,同时利用蒙特卡洛法对机器人工作空间仿真分析。针对运行时间、能量消耗和轨迹脉动多目标综合最优问题,根据五次多项式插值方法,在保证运动学约束下,提出多目标粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)对机械臂轨迹规划进行优化,并进行仿真分析。仿真结果表明,提出的五次多项式插值方法在准确地构造平滑轨迹的同时,又能通过粒子群算法完成运动学约束下的多目标优化,得到理想的Pareto分布。最后,构造目标函数,获得符合要求的优化轨迹,解决了运行时间过长,能量消耗过多和脉动冲击过大的问题,从而保证机器人高效运动。     

移动机械臂无碰抓取方法的研究

提出了一种基于A*算法的移动机械臂无碰抓取方法。根据机械臂的初始姿态和目标物体的空间位置以及障碍物的约束,利用A*算法规划出机械臂末端无碰的轨迹,进而利用冗余度机械臂多解的特性,结合逆运动学,给出障碍物约束下基于最小关节角偏移量优化指标的关节角优化方法。同时,机械臂可根据当前环境的变化更新其末端轨迹,并相应调整姿态以提高适应性。仿真验证了该算法的有效性。     

基于惩罚函数法的时间最优机械臂轨迹规划

基于多项式插值的机械臂轨迹规划具有阶次高、凸包性质不够好以及计算复杂特点,传统优化方法难以对其进行优化,提出了基于惩罚函数法的时间最优机械臂轨迹规划方法。该方法首先以机械臂在静态环境下点到点的运动时间最短作为优化目标,以机械臂关节的角度、角速度、角加速度作为约束参数,利用5-5-7-5次多项式对关节空间轨迹进行插值,然后运用惩罚函数法计算多项式插值时间,最后得到关节的运动角度曲线、运动速度曲线、运动加速度曲线。将该方法应用于6自由度PUMA560机器人,结果表明,相较于优化前,优化后在关节的运动角度曲线、运动速度曲线、运动加速度曲线的平顺性变化不明显的情况下,关节运行时间明显缩短了,机械臂的运行效率提高了。     

改进遗传算法搜索中间点的机械臂轨迹规划

为了实现机械臂轨迹的多目标优化,提出了插入最优中间点的轨迹规划方法,旨在实现避障的同时保证轨迹最短且关节角变化量最小。介绍了仿人手臂机械臂工作原理,建立了机械臂运动学模型;提出了插入最优中间点的轨迹规划方法,明确了碰撞检测策略;对于最优中间点的选取,在传统遗传算法基础上,提出了均匀方式的初始种群生成方法,使用种群分布熵和适应度值方差构建了交叉概率,依据个体适应度值与种群平均值构建了变异概率,从而提出了基于改进遗传算法的最优中间点寻优方法。经仿真验证,插入中间点数量与障碍物数量相同时,才能够兼顾计算量和轨迹优化程度;与传统遗传算法规划的轨迹相比,改进遗传算法规划的轨迹长度较少了12. 1%,关节角变化量减少了24. 4%,适应度值增加了23. 6%。     

机械臂轨迹的分层循环MPC跟踪控制策略

为了实现机械臂对给定轨迹的高精度实时跟踪,设计了分层循环MPC控制器。建立了6自由度机械臂的动力学模型和状态空间模型。从分钟级控制器和秒级控制器2个层次设计了控制器,分钟级控制器使用MPC控制实现,用于改善对给定轨迹的跟踪精度;秒级控制器使用PID控制实现,用于改善控制的实时性。将秒级控制器的控制结果反馈给分钟级控制器,分钟级控制器对控制律进行实时优化,实现了分层循环控制。经仿真验证,PID控制下机械臂末端轨迹的SSE为1 840.9,分层循环MPC控制下机械臂末端轨迹SSE为1 221.3,比PID控制结果减少了33.66%,表明分层循环MPC控制具有更高跟踪精度。使用机械臂实验对控制器的动态性能进行验证,PID控制的调节时间为0.34 s,分层循环MPC控制的调节时间为0.08 s,比单纯PID控制减少了4倍以上。以上数据说明了分层循环MPC控制器具有更优的控制效果。     

基于遗传算法的移动机械臂轨迹优化研究

根据移动机械臂运动学和动力学约束,为优化其工作性能,提出了一种基于遗传算法的移动机械臂轨迹优化方法,以时间-冲击最优、运行的时间、移动的空间距离和轨迹长度作为优化指标,同时考虑关节速度、加速度及力矩的约束,为提高关节轨迹的平滑性,采用三次样条曲线拟合关节轨迹,实验结果表明所规划轨迹的关节位移、速度、加速度曲线是连续的,冲击曲线是有界的,间接的限制了关节力矩的变化率,提高了轨迹跟踪的准确性并证明了算法的有效性。     

线驱动绿篱修剪机械臂运动学分析及仿真

针对当前绿篱机械臂无法在复杂环境和非结构环境下作业的问题,提出一种具有更强环境适应性、更高自由度和更大工作空间的冗余线驱动绿篱修剪机械臂。利用坐标分析法建立了单关节的运动学模型,求解了绳长与关节转角的映射关系;基于D-H参数法分析了10-DOF机械臂的正向运动学数学模型,采用遗传算法研究冗余机械臂的逆向运动学,求解了冗余机械臂的运动学逆解。仿真结果证明,遗传算法的求解精度高且求解迅速;对机械臂各关节绳索间的耦合进行了分析并推导了解耦公式。通过仿真验证了机械臂正逆运动学模型的正确性以及解耦模型的正确性,为绳驱动冗余机械臂的控制和轨迹规划奠定了基础。     

串联抓取机械臂运动轨迹规划算法研究

首先根据现有的小型六自由度串联机械臂完成D-H参数表,建立机械臂的数学模型,进行机械臂运动学求解.再根据机械臂在抓取目标物体时,末端执行机构的位置和姿态,运用Matlab中的Robotics Toolbox工具箱进行逆运动学求解,得到各关节角的角度。接着在增加障碍物的约束条件下,运用A~*搜寻算法,规划出抓取目标物的运动轨迹。之后应用拉格朗日插值法将运动轨迹上的运动点,通过插值的方法优化,进一步优化A~*算法规划出的运动轨迹。最后通过实验验证,达到了预期的结果,从而验证了在A~*算法的基础上运用拉格朗日插值法,在机械臂轨迹规划上应用的可行性和合理性。     

有限空间约束机械臂动力学协同仿真方法研究

针对多自由度注塑机械臂系统在有限空间约束条件下作高效两点重复运动需求,提出了一种基于结构动力学和控制系统运动学协同仿真的机械臂轨迹规划与优化方法。运用结构表达式驱动和link函数分别建立机械臂的结构模型和D-H模型,根据机械臂的初始位置和终止位置,对机械臂进行轨迹规划逆向运动求解,获取初始轨迹曲线和各关节角度变化曲线,将NX接口的全部操作编译成独立的M函数嵌入到MATLAB/Simulink模块的动态系统仿真模型中进行轨迹曲线的拟合。得到在有限空间约束的条件下轨迹连续,关节平滑,末端运动时间较短,满足实际需求的一条理想轨迹。     

一种零空间避障的机械臂末端轨迹跟踪算法

针对传统的零空间避障方法无法根据障碍物距离提前采取避障行为同时保证末端跟踪精度的问题,提出一种零空间避障的机械臂末端轨迹跟踪算法.该方法采用伪距离代替欧氏距离作为距离接近度指标解决零空间避障问题,同时设计一种自适应正定系数矩阵K和速度误差饱和函数sat(e),将实时轨迹运行结果反馈给冗余机械臂运动学反解,根据反馈结果自适应调节关节角速度以减小末端轨迹跟踪误差.采用iiwa14机械臂进行仿真实验,仿真的结果表明,所提出的算法能够在完成冗余机械臂零空间避障的同时保证末端轨迹跟踪误差在1 cm以下,验证了所提算法的有效性和优越性.     

面向聚变堆维护的重载机械臂CMOR运动学算法设计及仿真

CMOR是一种应用于未来聚变堆部件维护的9自由度冗余重载机械臂系统首先介绍了重载机械臂构型,利用D-H法建立冗余重载机械臂坐标系,对机械臂的正运动学和逆运动学进行求解并在Matlab完成仿真;然后基于蒙特卡罗法在Matlab中计算了机械臂的工作空间,仿真结果显示可达空间满足±45°要求;最后针对重载臂稳定运动要求,对机械臂关节空间进行规划轨迹并在Matlab中进行验证,仿真结果显示机械臂末端轨迹平滑,满足要求,为下一步的遥操作维护机械臂的轨迹规划等问题提供了理论依据,这对聚变反应装置的维护具有重要意义.     

基于姿态枚举算法的混凝土布料机械臂轨迹控制

混凝土布料机的控制现状多为人工牵引及单关节遥控,工人工作条件艰苦,具有安全隐患。为实现混凝土布料机械臂的末端轨迹控制,即全自动布料,提出一种基于姿态枚举算法的机械臂轨迹控制方法。该方法适用于具有多自由度的布料机械臂,首先将目标轨迹离散化为各个离散点,利用运动学逆解模型,通过给定初始布料倾角,并按一定步长对该倾角进行枚举求解,得到各关节角度值,实现轨迹跟踪。针对某13m-3Z型混凝土布料机械臂,建立了多自由度混凝土布料臂架的运动学模型,并采用该方法控制其末端轨迹。通过联合仿真分析,得到臂架末端轨迹曲线图以及布料倾角变化曲线图。结果证明,该方法下布料倾角变化量减少了30.8％,较好的解决了末端软管径向甩动的问题。     

youbot机械臂运动学及仿真

Kuka youbot机械臂广泛地运用于教学和科研,且在工业自动化均有广泛应用。以Kuka-youbot机械臂为研究对象,首先,建立运动学(D-H法)模型;其次,对机械臂的正向、逆向运动学进行代数求解;最后,运用Matlab软件对机械臂末端可达空间进行仿真,为机械臂轨迹规划等问题建立基础。     

冗余移动焊接机器人运动学分析与轨迹规划

设计了一款以四自由度机械臂为执行机构,以旋转电弧焊炬为末端执行器的冗余移动焊接机器人。对机器人移动平台进行建模分析并用改进D-H参数法对机械臂进行运动学分析,然后对其整体进行了集成运动学分析,得出执行器末端坐标系相对于笛卡尔坐标系的运动学关系;并提出一种基于移动机械臂的粒子群优化算法,以解决冗余移动机器人运动学逆解问题,为机器人的运动控制奠定了基础。针对格子型角焊缝提出了一种新的轨迹规划方法,用Matlab对目标轨迹所选取的离散点进行数值解析并进行高次多项式拟合,为后续设计控制提供高效准确的途径。     

基于复合形法的时间最优机械臂轨迹规划

目前,大多数机械臂在工作过程中运行时间不为最优,为了提高机械臂的工作效率,提出了一种基于复合形法的时间最优机械臂轨迹规划方法。该方法以5-7-5多项式插值法作为轨迹规划的基础,并以运动角度、运动速度以及运动加速度作为约束,采用复合形法进行优化,得到满足运动要求的时间最优运动轨迹。以FS20N仿真结构表明,复合形法有效地优化了时间。