考虑区间不确定性的双摆吊车运动轨迹规划

不确定因素会使吊车运动偏离预定轨迹,导致严重安全事故。为在轨迹规划时研究不确定性对吊车运动的影响,提出一种基于区间模型的不确定性研究方法。该方法首先采用区间模型描述不确定性,形成区间形式的不确定性轨迹规划问题,使用保辛伪谱方法进行采样,并提出Chebyshev代理模型法(CSMM)近似原轨迹规划问题,通过扫描代理模型求得不确定性区间结果。在数值算例中,利用该方法求解吊车的运动轨迹区间,并分析不确定度对运动轨迹的影响。对比其他方法,所提出方法具有计算成本低、结果精度令人满意的特点。所提出的方法可快速准确求出不确定性下吊车运动轨迹区间,直观表达不确定性对吊车运动轨迹的影响,为吊车系统的稳定性与鲁棒性提供参考。     

合作机器人轨迹规划及实验研究

为实现合作机器人(Cobot)的虚拟轨迹控制,提出了基于操作力的轨迹规划方法;根据操作力、期望轨迹和Cobot末端当前位置,对Cobot进行了轨迹规划,建立了Cobot的轨迹规划模型,并对Cobot跟踪直线和圆弧轨迹进行了实验研究。结果表明,基于操作力的轨迹规划方法能在人机合作的条件下使Cobot跟踪期望轨迹,且操作力的大小不影响Cobot的运动轨迹,Cobot的运动速度随着操作力的增加而增大,符合人机合作要求。基于操作力的轨迹规划模型可应用于外科手术、物料搬运和零件装配的人机合作机器人中。     

挖掘机器人自主挖掘轨迹规划方法

以某型液压挖掘机工作装置为研究对象,以挖掘机在复杂的水下环境中自主挖掘作业,工作装置运动轨迹光滑连续、振动冲击小为目标,在其操作空间和关节空间进行轨迹规划方法研究。设置挖掘机铲斗末端运动轨迹路径点,在操作空间对选取的关键路径点采用曲线样条插值法规划挖掘路径。在关节空间利用分段变阶多项式曲线和5次非均匀有理B样条曲线运动特征建立关节空间运动特征到操作空间运动特征的映射关系。在运动轨迹控制点位置及运动时间相同的条件下,对两种轨迹规划方法进行仿真,分析挖掘机各个工作装置关节角度、角速度和角加速度等运动特征。仿真和试验结果表明,5次非均匀有理B样条运动规律的轨迹规划方法能够减少挖掘机自主挖掘过程中的振动,实现挖掘轨迹的平稳连续。     

基于多约束的机器人关节空间轨迹规划

当机器人进行快速运动且运动时间确定时,由于受到驱动机构性能等因素的制约,机器人进行运动轨迹规划时需要考虑角加速度约束、角速度约束和角度约束等多个约束条件。通过对运动约束进行分析,提出基于梯形速度曲线的多约束条件下机器人关节空间轨迹规划方法。根据无约束条件下规划出的最小加速度运动轨迹,在角加速度满足约束的情况下对其进行优化,获得满足角速度约束和角度约束的最小角加速度运动轨迹。对加速度达到最大时的轨迹也无法满足约束条件的情况进行讨论。该轨迹规划方法兼顾机器人的运动平稳性与约束要求,并且能够充分发挥机器人关节的驱动性能。仿真结果表明了该方法的可行性。     

码垛机器人的轨迹规划与仿真分析

针对码垛机器人在高速运行过程中产生的冲击问题,以优化运行节拍提高效率为目的对码垛机器人的运动轨迹进行规划。利用笛卡尔空间圆弧插补方法对运行轨迹进行优化,并在此基础上利用三次曲线插补对r关节运动轨迹进行了再次修正,基于Matlab建立模型对规划结果进行了仿真。结果表明通过轨迹曲线规划方法使得码垛机器人在运行过程当中满足了减小运行冲击和提高运行效率的要求。     

体能训练机器人操作臂交互轨迹规划方法

体能训练机器人操作臂的力方向可操作度直接影响着运动轨迹规划精度。基于此,研究了体能训练机器人操作臂交互动态轨迹规划方法,分析体能训练机器人操作臂的力方向可操作度,利用多维支持向量机代替高斯混合模型,在李雅普洛夫第二方法的基础上确定稳定性约束条件,构建基于支持向量机的轨迹规划模型,实现体能训练机器人操作臂交互动态轨迹规划。实验结果表明,所提方法的角位移更小、噪声识别值和超参数更高,验证了所提方法轨迹规划弹性规划能力较好且轨迹规划精度较高。     

考虑能耗与负载因素的机器人仿生轨迹规划方法研究

提出一种基于仿生学理念的机器人运动轨迹规划方法。通过对人体上肢在举哑铃过程的分析以及对人体上肢进行运动学及动力学的模型建立,得到人体上肢的运动特征点信息。采用五次多项式插值法对轨迹进行规划研究并加入人体上肢手臂的运动特征点信息,最终确定考虑能耗及负载因素的仿生轨迹规划的基本方法。通过运动学、动力学分析及实验对比,确定最优轨迹。最后进行仿真和实验验证此仿人轨迹规划方法的正确性和优越性。     

两足步行机器人并联腿机构的步态及轨迹规划的研究

根据并联机器人的特点,采用仿生和人造步态相结合的方法,对两足步行并联机器人步态及轨迹规划进行了研究.给出了机器人的步态周期、步相和子步相,并根据步态规划计算出机器人脚底和脚中心的运动轨迹.实现了机器人连续、平稳地步行运动.     

两足步行机器人并联腿机构的步态及轨迹规划的研究

根据并联机器人的特点,采用仿生和人造步态相结合的方法,对两足步行并联机器人步态及轨迹规划进行了研究.给出了机器人的步态周期、步相和子步相,并根据步态规划计算出机器人脚底和脚中心的运动轨迹.实现了机器人连续、平稳地步行运动.     

步进扫描光刻机扫描运动轨迹规划及误差控制

研究一种步进扫描投影光刻机工作台扫描运动超精密轨迹规划算法及误差控制策略。在分析三阶扫描运动与步进运动轨迹规划异同点的基础上,提出三阶扫描运动轨迹规划算法。针对扫描运动精确性与严格同步性要求,分析扫描运动轨迹规划误差补偿的几个关键问题。根据扫描运动轨迹算法离散实现存在的误差,结合内部整数积分策略,提出扫描运动轨迹规划加减速段与扫描速度稳定段运动距离的离散积分策略误差控制方法。此外,为克服切换时间圆整引起的扫描曝光匀速段位置误差,提出一种基于常速扫描运动段位置修正因子的误差补偿方法。以上方法共同实现光刻机工作台扫描运动轨迹规划精度控制。实例证明提出算法是有效和精确的。该算法成功应用于100nm步进扫描投影光刻机工作台的超精密运动控制系统中。     

融合侧翻稳定性的SUV换道轨迹规划方法研究

针对运动型多功能汽车(Sport utility vehicle,SUV)换道过程中侧翻安全问题,提出融合侧翻稳定性的SUV换道轨迹规划方法。建立三自由度车辆动力学模型,推导SUV侧翻稳定性及侧滑稳定性评价指标。采集自车状态及环境信息,将换道轨迹规划分成预规划和重规划两个阶段;预规划阶段采用五次多项式模型生成横向轨迹簇,重规划阶段考虑周围车辆动态变化,生成包含自车纵向速度信息的轨迹簇。融合侧翻稳定性指标、侧滑稳定性指标以及双圆拟合的车辆外形最小距离,构建代价函数;进行轨迹簇碰撞筛选、稳定性筛选及轨迹选择。运用内点惩罚函数进行轨迹优化,求解最优轨迹。选取两种典型工况进行换道轨迹规划仿真,结果表明SUV沿着该方法规划的轨迹行驶可完成换道躲避障碍物,且横向位移小、换道效率高,可有效避免侧翻危险。     

智能车大角度弯道转向曲率连续的轨迹规划方法

为了使智能车能够顺利地在大角度弯道上行驶,提出一种新的曲率连续的无碰轨迹规划方法。该轨迹规划方法基于β样条曲线,利用β样条曲线的凸多边形属性,考虑避碰约束、曲率约束、转向速度约束以及状态约束等非完整约束条件对运动轨迹规划的影响,生成一条曲率连续的无碰行驶轨迹。实车试验结果表明,提出的方法比传统方法更加有效可行,规划的轨迹曲率连续,且能够使得车辆顺畅地进行循迹行驶。     

液压驱动机械臂的轨迹规划

提出了一种基于液压驱动的机械臂轨迹规划方法。在对n自由度机械臂进行基于C空间的无碰撞轨迹规划后,根据液压驱动机械臂的特性,并在对机械臂运用ADMS进行运动求逆的基础上,采用抛物线过渡线性插值算法对液压缸进行了运动优化,得到了基于无碰撞的优化轨迹。仿真及实装试验结果表明,所规划的运动轨迹符合各项性能指标,同时也验证此方法是有效的。     

基于虚拟样机的挖掘机器人轨迹规划控制仿真和优化技术研究

阐述了用虚拟样机技术进行挖掘机器人轨迹规划控制的仿真和优化的必要性;提出了轨迹规划控制的实现方案,分析了关键技术及其解决方法,重点研究了用挖掘机器人虚拟样机进行控制系统参数优化和轨迹规划仿真实验的方法,并以动态响应特性的仿真为例,用物理样机的相应实验结果验证了虚拟样机轨迹规划控制仿真实验模型的正确性;借助在虚拟样机上的仿真实验,分析了液压系统流量分配对轨迹规划效果的影响,提出了轨迹规划的改进措施,用以提高轨迹规划的速度和轨迹跟踪的精度。     

Toward autonomous mining: design and development of an unmanned electric shovel via point cloud-based optimal trajectory planning

With the proposal of intelligent mines, unmanned mining has become a research hotspot in recent years. In the field of autonomous excavation, environmental perception and excavation trajectory planning are two key issues because they have considerable influences on operation performance. In this study, an unmanned electric shovel (UES) is developed, and key robotization processes consisting of environment modeling and optimal excavation trajectory planning are presented. Initially, the point cloud of the material surface is collected and reconstructed by polynomial response surface (PRS) method. Then, by establishing the dynamical model of the UES, a point to point (PTP) excavation trajectory planning method is developed to improve both the mining efficiency and fill factor and to reduce the energy consumption. Based on optimal trajectory command, the UES performs autonomous excavation. The experimental results show that the proposed surface reconstruction method can accurately represent the material surface. On the basis of reconstructed surface, the PTP trajectory planning method rapidly obtains a reasonable mining trajectory with high fill factor and mining efficiency. Compared with the common excavation trajectory planning approaches, the proposed method tends to be more capable in terms of mining time and energy consumption, ensuring high-performance excavation of the UES in practical mining environment.     

一种变胞式工业机器人时间最优轨迹规划

根据变胞式工业机器人工作原理,建立了其工作轨迹模型,并基于该模型提出了一种变胞式工业机器人时间最优的轨迹规划方法。该方法着重考虑机器人构态变换过程,将轨迹规划问题转化为内外层嵌套的优化问题进行分析。分别给出该优化问题的设计变量、目标函数以及约束条件,得到了变胞式工业机器人时间最优轨迹规划问题的数学模型。运用所提出的方法对本课题组自研制的变胞式码垛机器人进行轨迹规划研究,根据其工作轨迹模型,建立了优化设计问题数学模型,在给出关节角度插值函数系数的确定方法后,采用嵌套粒子群算法对该优化问题进行求解,得到了优化后的关节角度函数以及理论工作轨迹,与实验所得的实际工作轨迹进行对比,验证了所提方法的可行性。该研究工作为变胞式机器人的运动规划研究提供了参考。     

基于多功能车四轮定位的关节空间轨迹规划方法

针对多功能运送车,空间运动的实际需求结合四轮实时轨迹插补算法,运用离线编程软件仿真得到四轮导向轮末端运行轨迹,路径转角精确平稳连续。通过Matlab仿真得到四轮导向轮各个角度及速度变化曲线和速度变化曲线,四轮配合角度曲线平滑连续,四轮配合转换速度曲线合理无突变。导向轮和行动轮之间组成的多轴系统中,运行轨迹连续稳定,速度曲线满足工艺要求。该方法应用于多功能车中,满足车辆运动过程中调速和实时调整轨迹的需要。规划结果表明四轮导向规划方法是正确的。     

基于摆线运动规律的悬索并联机器人轨迹规划

六自由度绳索悬挂式并联机器人属于大柔性机械系统，为保证运动的平稳性，要求动平台的运动轨迹光滑连续，为此提出了基于摆线运动规律的笛卡儿空间连续轨迹规划方法，该方法计算简单，实时性好。利用该方法对直线轨迹、圆轨迹和过离散点轨迹进行了规划。运动学和动力学方程的计算结果表明，绳索的速度、加速度和拉力变化连续平缓，而且绳索拉力始终大于0，因此动平台运行过程中动态响应小，绳索张紧可靠。该方法适用于悬索机器人的轨迹规划，同样也适用于对运动平稳性要求较高的其它机器人系统。     

单腿跳跃机器人轨迹规划

将单腿跳跃机器人简化成一个三杆模型,研究机器人跳跃过程中各个关节的运动轨迹问题,并在总结跳跃过程现有轨迹规划方法的基础上,运用参数化优化方法实现关节空间的轨迹规划,优化目标为机器人关节的控制势最小。将跳跃过程分解成开始段、腾空段、站立段和结束段,并对各段的关节轨迹分别优化,最后得到从静止状态开始起跳到着地后恢复至静止状态的整个跳跃过程的关节轨迹。