一种工业机器人连续轨迹规划过渡算法

提出一种用于工业机器人操作空间连续轨迹规划的平滑曲线过渡算法,以提高工业机器人在连续轨迹过渡时的运动速度.该算法的主要目的是在保证连续轨迹过渡精度和工业机器人物理约束的条件下充分发挥工业机器人的能力,尽量提高过渡区域的速度,减少过渡所需时间,同时尽可能地使计算过程简便,以便用于在线规划,提高算法的通用性.该算法以给定速度为零的路径衔接点为基准,根据过渡半径参数得到2个速度不为零的过渡节点,在过渡节点之间采用一种有限项的正弦级数进行曲线拟合.而在非过渡区域只需采取经典的起止速度及加速度满足约束值的直线轨迹规划算法或圆弧轨迹规划算法.通过MATLAB仿真和一种两自由度高速并联机械手的实验验证了该算法的效果.该算法可以实现典型路径的在线轨迹规划,且轨迹通常不随速度参数的更改而变化,计算过程简便,故具有较大的应用价值和发展空间.     

基于空间位姿测量设备溯源的轨迹规划

研究了不同空间轨迹曲线对激光跟踪仪、视觉测量设备等影响,以规划标准路径,保证经济、高效且高精度。以工业机器人为研究对象,建立机器人Denavit-Hartenberg(D-H)参数模型,对其结构和连杆参数进行分析,推导运动学方程,利用MATLAB Robotics toolbox分析验证机器人正、逆向运动学的正确性。在工业机器人运动学模型的基础上进行轨迹规划,分析了在关节空间和笛卡尔空间的轨迹规划方法,在MATLAB Robotics toolbox环境下对三次和五次多项式插值法等多种不同轨迹进行仿真,得出在关节空间中采取高次多项式插值法进行标准轨迹规划的初步结论,验证了关节轨迹的平顺性,保证测量设备的速度和连续性。为后续研究轨迹对不同测量设备的影响,规划标准路径进行测量设备的溯源提供理论基础。     

机器人纸箱套装系统的轨迹规划与分析验证

目的保证机器人纸箱套装系统稳定工作,提高包装质量与效率。方法对系统进行整体规划后,确定纸箱套装系统的轨迹点,对不同的运动过程分别在关节空间中和笛卡尔空间中进行轨迹规划,并生成各关节插值曲线。借助Matlab对机器人进行仿真实验,得出各关节角度规划曲线,并将之与轨迹规划所得结果进行比较。利用机器人实物对轨迹规划进行验证。结果各关节插值曲线与角度规划曲线吻合,角度规划曲线平滑。结论选用的套箱机器人轨迹规划方法可行,结果正确。     

基于袋装食品装箱的并联机器人的轨迹规划研究

目的 为了使机器人能够更加准确高效地完成袋装食品的装箱工作,对自动完成袋装食品装箱的并联机器人的工作空间和轨迹规划进行研究。方法 根据食品包装生产线上自动装箱的工况,介绍一种对轻小型袋装食品完成自动装箱操作的四自由并联机器人的基本结构,并运用Matlab软件对其进行工作空间分析,通过修正梯形轨迹规划算法对其进行轨迹规划,并运用ADAMS软件验证分析。结果 由得到的机器人工作空间图及机器人动平台的运动曲线图可知,机器人的作业范围能够达到半径300 mm、高度140 mm,动平台的速度曲线和加速度曲线均变化平滑,无突变,在机器人启停时速度与加速度均为0。结论 验证了机器人设计的合理性及修正梯形轨迹规划的可行性,此轨迹规划可以很好地适用于袋装食品装箱工序。     

基于改进遗传算法的包装机器人轨迹规划

目的为了提高包装生产效率,提升直角坐标机器人的稳定性、可靠性和运动精度,避免机器人出现速度、加速度突变,对机器人运动轨迹进行规划。方法首先分析直角坐标机器人的工作原理,在此基础上采用三次均匀B样条曲线对机器人关节轨迹进行逼近,给出一种基于改进遗传算法的最优时间B样条轨迹规划方法。根据功能需求,设计一种基于ARM和FPGA的控制系统。结果仿真结果表明,机器人各个关节抵达节点的用时最短,运行耗时能够缩减39%以上,验证了算法的有效性。结论所述控制系统和方法能够满足包装码垛的要求,可提高包装效率。     

冗余自由度变几何桁架机器人的轨迹规划

本文对冗余度变几何桁机器人的轨迹规划进行了研究。讨论了采用不同的评价函数,从而改善冗余度机器人的运动特性,并对四重四面体变几何桁架机器人进行了仿真计算。     

面向机器人笛卡尔空间的轨迹运动自适应抑振控制

工业机器人的柔性传动部件导致机器人末端产生振动,严重降低笛卡尔运动精度,为此提出自适应输入整形抑振控制策略.以"双惯量模型+PD控制"建立关节伺服系统模型,分析振动特性.由于运动中的振动信号存在较大噪声,无法准确辨识振动频率和阻尼比,故采用基于递推最小二乘法(Recursive Least Squares,RLS)的任...     

基于遗传算法的电容装盘机器人轨迹规划

目的为了改变电容人工装盘方式,提高电容装盘自动化程度及效率,选用SCARA型机器人代替人工方式,并对其进行轨迹规划,避免运动冲击影响电容装盘稳定性以及精确性。方法首先介绍SCARA机器人的结构和电容装盘过程,然后利用五次非均匀B样条曲线完成轨迹曲线的构造,最后提出带罚函数的遗传算法,以实现时间最优的机器人轨迹规划过程。结果仿真结果表明,机器人装盘时间用时更短,且运动平稳无冲击,验证了算法的有效性。结论该轨迹规划方法能够满足实际生产要求,提高了电容搬运装盘质量及效率。     

基于三基站协同的工业机器人动态轨迹测量方法

工业机器人轨迹特性是衡量其运动性能的14个关键指标之一。针对工业机器人动态轨迹测量中姿态数据测量时间长、时序对齐计算复杂度大的问题,提出基于三基站协同的工业机器人动态轨迹测量方法。实验结果表明,与基于单基站的工业机器人动态轨迹测量方法相比,本文提出的方法不仅可以减少近2/3的测量时间,而且可以显著提升工业机器人动态轨迹测量精度。     

白酒包装线搬运机器人轨迹曲线研究

目的研究白酒包装线码垛机器人的轨迹曲线方程。方法采用D-H算法建立机器人空间轨迹的正解和逆解方程,求解得到各关节相对于初始位置的转角变化量,然后应用五次多项式逼近方式将转角驱动添加到对应的关节驱动上,对机器人进行动力学仿真,从而得到轨迹曲线。结果提取轨迹曲线上的点,运用Matlab曲线拟合工具箱进行数据拟合,得到了精确的机器人空间轨迹方程。结论采用仿真分析和数据拟合方法得到轨迹曲线方程,避免了复杂的数学建模和公式计算,从而在很大程度上减少了计算量和工作时间,为进一步完成控制系统的设计提供了理论基础和技术支持。     

牵引式下肢康复机器人机构参数优化及轨迹规划

为满足下肢运动功能障碍患者在不同阶段的康复训练需求,针对现有下肢康复机器人训练方式单一的问题,提出了一种可实现卧姿、坐姿训练模式的牵引式下肢康复机器人。首先,根据人体下肢运动机理和仿生原理,设计了一种五自由度混联机构构型。然后,建立了机器人的运动学模型,分别计算了其运动学正、逆解。接着,以人体下肢末端与机器人末端的工作空间重合度为目标函数,采用遗传算法对机器人的机构参数进行了优化,并求得人机系统矢状面内人体下肢的有效工作空间比为0.71。最后,规划了CPM（continuous passive motion,连续被动运动）、圆周运动和螺旋运动等3种康复训练运动轨迹,并根据优化后的机构参数搭建了机器人样机,通过运动捕捉实验验证了机器人结构设计与优化结果的合理性以及轨迹规划的正确性,表明该机器人能够满足下肢运动功能障碍患者的康复需求。     

基于五次多项式的码垛机器人轨迹规划

目的为了实现多轴码垛机器人速度和加速度变化曲线光滑、稳定,简化轨迹规划算法。方法介绍码垛机器人结构,并在码垛机器人结构基础上对码垛机器人运动进行分析,在关节空间下提出一种五次多项式插值的码垛机器人轨迹规划方法,利用五次函数对码垛机器人各个关节速度和加速度进行拟合插值。结果仿真结果表明,五次多项式轨迹规划方法拟合曲线更加光滑,同时保证速度和加速度无突变,保证了码垛机器人运动过程更加平稳。结论该轨迹规划方法能够保证码垛机器人按照预定的轨迹实现速度和加速度的平滑过渡,提升了码垛机器人运动精度。     

面向大型机场草坪的割草机器人路径规划及轨迹跟踪控制研究

为了提高割草机器人的工作效率及环境适应能力,基于移动机器人平台设计了一种既受遥控操作又能自主运行的适用于大型机场草坪作业的割草机器人。首先,运用高精度差分GPS（global positioning system,全球定位系统）采集机场草坪边界和障碍物的位置信息,根据采集的信息将机场草坪分为最少数目的凸多边形工作区域;考虑到割草机器人无法原地无半径转弯,在传统迂回式路径规划算法的基础上提出一种往返直线型路径规划算法,并在凸多边形路径规划区内推导出遍历路径的显示方程表达式。其次,运用高精度差分GPS测得割草机器人实际轨迹并与规划轨迹对比,设计了一种区间判断型轨迹纠偏算法;以执行电机的PID（proportion integration differentiation,比例积分微分）控制和区间判断型轨迹纠偏算法构造割草机器人双闭环轨迹跟踪控制器,对按传统迂回式路径和往返直线型路径行进的割草机器人进行轨迹跟踪仿真分析。最后,以自制的割草机器人为例,按往返直线型路径运行方式进行样机实验。仿真结果发现：当割草机器人跟踪当前路径到达终点后会自动调头跟踪下一条路径,验证了轨迹跟踪算法的稳定性;传统迂回式路径运行方式下割草机器人的漏割率较高,达到46.42%,而往返直线型路径运行方式下其漏割率为7.15%,明显优于传统迂回式路径仿真结果。样机实验测得的漏割率为8.89%,与仿真实验结果一致,表明所设计的轨迹跟踪算法对大型机场草坪作业割草机器人是适用的。研究结果可为大型机场草坪割草机器人的开发提供理论指导。     

冗余度机器人的最优轨迹生成器

设计出了较为通用的冗余度机器人的最优轨迹规划器，将空间分离法和扩展雅可比矩阵法应用到冗余度机器人的逆运动学求解过程中，得出了较为简便的公式，该规划器回顾了雅可比矩阵的伪逆的计算，为冗余度机器人最优轨迹规划的实时应用奠定了基础。仿真结果表明，该规划器是可行的。     

基于ADAMS的4 RUPaR高速搬运并联机器人轨迹规划与运动学仿真

由于并联机构的复杂性,通过理论计算分析机器人实际规划轨迹下的运动学性能是十分困难的．为了预测4 RUPaR高速搬运并联机器人机构在搬运轨迹下的运动学性能,在ADAMS中建立了并联机构的虚拟样机,对机构进行拾取放置轨迹规划和在规划轨迹下的正逆运动学仿真．通过分析仿真结果,预测机构在规划轨迹下的运动学性能指标,为机构优化设计、控制策略研究、规划轨迹优化和物理样机制造提供参考．仿真结果表明,规划轨迹设计合理,机构运动学性能良好．     

基于S型曲线的包装堆垛机器人轨迹规划

目的为了保证包装堆直角坐标堆垛机器人系统能够平滑、稳定、高速运行,避免机器人出现速度、加速度的突变,并对机器人轨迹进行规划。方法首先分析直角坐标机器人的运动过程,在此基础上提出一种基于多项式的S型曲线包装堆垛机器人轨迹规划方法,并设计机器人控制系统,利用威纶TK6050ip触摸屏对机器人进行监控和参数设定,采用西门子S7-200 PLC和EM253位置控制模块实现对机器人速度和位置的控制,最后对机器人运动轨迹进行仿真实验分析。结果仿真实验结果表明,该轨迹规划方法能够保证机器人速度和加速度无突变,确保了机器人平滑稳定运行。结论该控制系统有效提高了包装堆垛机器人的运行效率,对于机器人稳定可靠运行具有重要意义。     

一种工业机器人多目标轨迹优化算法

为解决工业机器人工作效率低、能耗损失严重和关节冲击磨损较大的问题,提出了一种基于布谷鸟搜索（cuckoo search,CS）算法和非支配排序遗传算法-Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)的混合算法（简称为CSNSGA-Ⅱ）,用于机器人的轨迹优化。采用5次非均匀有理B样条（non-uniform rational B-splines,NURBS）曲线作为工业机器人的轨迹规划曲线,同时以运动时间、能耗和冲击磨损为优化目标构建相应的多目标轨迹优化模型,并在速度、加速度和加加速度的约束下采用CSNSGA-Ⅱ进行轨迹优化。CSNSGA-Ⅱ以Tent混沌映射初始化时间序列,采用不可行度算法将解分为可行解与不可行解,并利用改进的CS算法对不可行解进行处理。利用MATLAB软件对6R勃朗特机器人进行建模仿真,并对得到的非支配解集和归一化加权迭代最优值进行对比分析。仿真结果表明,相比于NSGA-Ⅱ、多目标粒子群优化（multi-objective particle swarm optimization,MOPSO）算法,所提出的CSNS...     

基于SMP开放式机器人控制系统、及其轨迹算法模块的研究

介绍一种基于SMP技术的纯软件开放式机器人控制系统。通过对6自由度工业机器人的轨迹规划流程分析,设计轨迹算法模块。并以空间直线插补过程为例,验证轨迹算法模块与机器人控制系统结合的有效性。     

改进HS算法在码垛机器人轨迹规划中的应用

目的 解决码垛机器人在抓取目标物时需要满足最大速度约束条件、较短运行时间以及运行平稳性等问题。方法 以Func200id六轴工业机器人为研究对象,通过机器人的各关节尺寸关系计算其DH参数,并建立仿真模型。对改进的HS算法通过增加变异因子VF来改变算法的搜索策略,使得算法中的每个个体不但有机会参与到迭代的过程之中,而且有概率向最优个体学习,加快算法的收敛速度。结果 通过对4种算法在6种不同测试函数下分别运行30次的对比实验可知,改进后的HS算法相较于其他3种算法的寻优能力更强,收敛速度更快。结论 改进后的HS算法能够明显缩短码垛机器人的工作时间,且运行连续平稳,在其他工业场景下也具有一定的应用价值。