障碍环境下移动操作机零件移动规划方法研究

将移动操作机应用于装配领域,研究了运动冗余且受非完整约柬的移动操作机系统在障碍环境下完成零件移动任务的运动规划问题。将整个任务划分成移动、夹取和转移3个子任务。将随机道路图法应用于移动操作机的协同避障规划,首先求出了移动平台的一条满足非完整约束的简单路径;然后以此路径作为操作臂位置约束,在操作臂的位形空间内随机采样构造了道路图;最后通过图的搜索获得一条移动操作机的无碰路径。以平面移动操作机为例,通过计算机仿真实现了2维工作空间的零件移动操作,表明了该方法的有效性。     

障碍环境下轮式移动操作机随机路径规划方法

针对移动操作机系统的高度冗余性和受非完整约束的特点,将随机路径规划方法应用于移动操作机系统的避障路径规划,首先求出移动平台的一条满足非完整约束的简单路径,然后以此路径作为位置约束,以操作臂的位形空问为采样空间进行随机无碰路径规划,最终实现了移动操作机在满足路径规划约束条件下的无碰操作运动。最后以平面移动操作机为例,通过计算机仿真说明了该方法的有效性。     

基于小波逼近的机械系统非完整运动规划数值方法

机械系统中的非完整约束通常是由不可积的速度约束或不可积的守恒律引起。由于非完整约束的存在,系统的运动控制和规划问题比一般的机械系统要困难得多。机械系统在动量和动量矩守恒且为零的情况下,系统动力学方程可降阶为非完整形式约束方程。基于这样的方程,将系统的控制问题转化为无漂移系统的非完整运动规划问题。针对带有非完整约束的机械系统,导出自由漂浮的空间机器人系统非完整运动模型。利用最优控制技术和小波分析方法,在控制输入中引入小波函数逼近,提出一种非完整机械系统运动规划数值方法。将该方法用于自由漂浮空间双臂机器人系统,仿真结果验证了方法的有效性。     

跳跃机器人非完整运动规划的数值算法研究

讨论了一种带有非完整约束特性的跳跃机器人姿态运动的最优控制问题.当跳跃机器人系统无外力矩作用时,其相对于总质心的角动量守恒而成为非完整系统.这类系统运动规划的控制问题,由于非完整约束的不可积特性而比一般系统要复杂得多.针对这一问题,首先建立跳跃机器人运动的动力学模型,利用系统的非完整约束特性,将系统姿态运动的控制问题转化为非完整运动规划问题,并将遗传算法应用于系统非完整运动规划的最优控制中,设计了相应的数值算法.文末给出了算例仿真,仿真结果表明了该方法的有效性.     

面向可避障域的移动操作机运动规划解析方法

针对传统避障运动规划方法求解时间较长且不能保证避障充分性的不足,从移动平台与串联手臂联合避障的角度出发,通过整体自运动分析和障碍分类来求解可避障区域,进而得到一种移动操作机避障运动规划的新方法.对环境模型、障碍物、操作机关节轴线分布的几何特征进行分析,在此基础上结合8自由度轮式移动操作机自运动的特点,建立典型操作环境下障碍物的可回避性判据,利用此判据求解移动平台的可避障区域,进而面向可避障区域完成移动操作机的运动规划.该方法将空间避障对应的三维搜索问题转化为平面解析问题与一维搜索问题的叠加,虽然还不是一种纯解析方法,但较传统的数值优化方法大大减少了计算量,且保证了避障的充分性.试验结果验证了方法的可行性.     

一类船载式水面救援机械臂非完整运动规划分析

为了解决海洋运输过程中救援效率与救援成本之间的矛盾,建立一类船载式水面救援机械臂动力学模型,并在建模过程中考虑海面波动对模型动力学特性的影响,最后将救援机械臂非完整运动规划问题转化为非线性系统最优控制问题,得到水面救援机械臂非完整运动规划最优控制的遗传算法。     

一类非完整机械手的链式变换特性及其运动规划方法

针对一类非完整三关节机械手提出了规避链式逆变换奇异位形的运动规划方法。根据非完整机械手的结构特点分离出广义坐标向量中的自由变量,将其边界值作为控制输入中的待定系数进行求解。对于非完整机械手在链式逆变换过程中出现的奇异性问题,提出令链式空间中一条轨迹向关节空间映射有解的不等式约束条件,利用增加附加位形约束的方法来规避非完整机械手的链式逆变换奇异位形。仿真与实验结果证明了运动规划算法的可行性与有效性。     

非完整机械系统控制的研究

论述了非完整机械系统的基本特征，综述了非完整机械系统在运动规划及其反馈控制等非线性控制领域内的一些研究成果，就非完整机构 研究开发给出了分析和建议。     

基于遗传算法的移动机械手运动规划

讨论移动机械手非完整运动最优规划问题.利用遗传算法对移动机械手进行了两点和多点运动规划,采用了浮点数编码及适应度最优保存策略.通过仿真试验,验证了该方法的有效性和可行性.     

自由漂浮空间机械臂非完整运动规划的粒子群优化算法

带空间机械臂航天器系统在无外力矩作用时,系统相对于总质心的动量矩守恒而变为非完整系统,由于非完整约束的不可积性,非完整系统的运动规划与控制比一般系统要困难得多.针对这一问题,利用非完整特性研究自由漂浮空间机械臂的三维姿态运动规划问题,导出带空间机械臂的航天器三维姿态运动数学模型,并将系统的控制问题转化为无漂移系统的非完整运动规划问题.在运动规划中,引入Fourier基函数构成系统控制输入,对基函数的系数向量优化,提出一种应用粒子群优化的最优运动规划数值算法.数值仿真表明该方法对空间机械臂及航天器三维姿态运动的非完整运动规划是有效的.     

一种移动机械手分级协调路径规划方法

针对移动机械手的动态不均匀性及运动冗余性，参考人类完成任务时的行为，本文提出了一种分级协调路径规划法，以及一种动态加权的优化策略，对移动机械手的路径进行离线规划。在避障的前提下保证了移动机械手性能指标最优。在VCV 下通过OpenGL进行了仿真，取得了令人满意的结果。     

基于混合蜜獾算法的机械臂最优运动规划方法

针对六自由度机械臂末端执行器路径及关节空间下轨迹的规划问题,提出一种基于混合蜜獾算法和 3-5-3 分段多项 式插值的最优运动规划方法,实现机械臂末端执行器运动路径最短及关节运动时间最优,并有效降低优化路径与规划路径的差 异。 首先,以标准蜜獾算法框架为基础,在初始化、全局寻优与局部探索中采用混沌反向学习、转移算子、正弦余弦算子以及自 适应扰动系数策略,提高最优解质量与寻优能力,并据此设计机械臂末端执行器无碰撞、最短路径规划方法,引导关节轨迹规划 过程;其次,在关节空间下,利用混合蜜獾算法寻找各关节最优运动时间,在此基础上,利用 2 次 3-5-3 分段多项式插值算法, 在满足各关节位移、速度、加速度约束的条件下,完成机械臂关节平滑且时间最优的轨迹规划;最后,通过与其他规划方法仿真 对比,验证提出的方法能够使规划路径长度缩短,关节运动时间减少,优化路径与规划路径差异较小,并以 UR5 机械臂抓取实 验为例检验了该方法的可行性。     

非完整移动机器人追踪运动物体的状态反馈控制方法

介绍非完整移动机器人追踪运动物体的状态反馈控制算法.并引入一些非时变函数以计算状态反馈变量,从而获得连续的速度分布.对控制算法的模拟由MATLAB实现.结果表明,通过状态反馈控制算法,轮式机器人可以循合理的轨迹对运动物体进行追踪以及运动避障.     

6自由度3-PRPS并联机器人运动规划分析及仿真

6自由度3-PRRS机构是基于Stewart平台设计出来的一种特殊构型的新型并联机构。为了准确分析该机构运动学特性并从运动规划角度研究机构关键参数与机构运动的关系,建立了有效的运动学模型对机构进行分析,给出了位置反解,同时面向工程应用提出了运动规划,然后利用ADAMS软件进行仿真分析。其中建立了不同平台尺寸比率k的模型,对动平台施加运动来观察、研究比率k的变化对连杆运动产生的影响,给出了3-PRRS机构关键参数比率k与机构运动的关系。分析结果为该类型机构位置反解研究提供了可行路径,避免了大量的数学计算和编程工作,提高了工作效率;并有助于在3-PRRS机构设计中,针对不同应用场景合理选择不同的参数模型。     

四自由度关节型采摘机械手轨迹规划与实验研究

根据黄瓜采摘作业需求,设计了一套四自由度关节型采摘机械手,并结合采摘机器人系统结构特点,提出了基于摆线运动的关节空间无碰轨迹规划算法.该方法不仅能使规划出的运动轨迹、速度和加速度连续平滑,保证机械手运动过程的平稳性;同时将采摘过程中遇到的障碍转换到关节空间进行处理,降低了规划求解的计算量,提高了系统实时性.详细描述了该算法的实现步骤,并将其应用于温室环境下的黄瓜采摘作业,实验结果表明,四自由度关节型机械手在采摘黄瓜过程中运行稳定可靠,能顺利到达目标点进行采摘,不会碰撞其他果实;也不会出现与视觉系统发生干涉的现象,有效验证了所提出轨迹规划算法的合理性.     

二平动自由度高速并联机械手轨迹规划与运动控制

研究一种二平动自由度高速轻型并联机械手的运动控制技术。针对快速抓放操作的需要,给出了机械手在操作空间的轨迹规划方式和关节空间的精插补策略,理论上保证了机械手的速度和轨迹精度,并通过实验获得了机械手的位置和速度及其误差跟随曲线,结果证明该方式可靠有效。     

基于伪逆的冗余度机械臂关节速度约束方案

针对冗余度机械臂逆运动学求解结果可能超出机械臂物理限制的问题,提出两种基于伪逆算法的冗余度机械臂关节速度约束方案。首先,根据冗余度机械臂末端执行器的跟踪任务,运用伪逆算法在速度层上进行冗余度解析。其次,分别利用设计的两种约束方案对指定的关节速度进行限制与压缩,获得新的速度解并用以执行指定的轨迹跟踪任务。接着,针对末端执行器出现的位置误差,设计误差补偿函数以保证跟踪任务的顺利执行。最后,利用MATLAB软件对六自由度机械臂进行了运动规划仿真实验,并利用Arduino平台对六自由度机械臂进行算法实验验证。实验结果表明,两种约束方案下机械臂的最大跟踪误差均不超过3×10^-4 m,且时变函数约束方案在限制关节速度时获得更好的速度平稳性。     

一种基于微粒群优化算法的冗余机械手轨迹规划法

针对冗余机械手应用遗传算法(或免疫遗传算法)的轨迹规划所存在的不足,提出了基于微粒群优化算法的冗余机械手轨迹规划方法。利用此算法对寻优过程进行仿真研究,所得结果令人满意,与遗传算法相比,微粒群算法简单、容易,且收敛速度快。此方法能够有效地进行机械手轨迹规划,从而能够为充分发挥冗余度的作用为改善机械手运动提供新的思路。