基于改进人工势场法的双机械臂避障路径规划

针对双6自由度机械臂提出了一种基于改进人工势场法的避障路径规划算法。分析了双机械臂的协作工作空间,确认了双臂自碰撞的可能。针对静态障碍物对主机械臂进行避障运动规划,完成主机械臂路径规划后,再将主机械臂作为从机械臂运动时的动态障碍物,为从机械臂规划避障运动路径。利用新的势能函数代替传统人工势场法的势能函数,对双机械臂进行避障路径规划;由于传统人工势场法在机械臂避障路径规划中容易陷入局部极小值的缺陷,因此,增加了虚拟吸引点,避免机械臂陷入局部极小值。仿真实验表明,该方法实现简单,满足双机械臂避障的要求,能够有效地为双机械臂规划出无碰撞路径。     

基于APF-RRT的双机械臂动态避障路径规划

针对传统人工势场法（Artificial potential field method,APF）在6自由度双机械臂系统避障路径规划中容易陷入局部极小值这一缺陷,提出了一种改进APF与改进快速扩展随机树算法（Rapidly-exploring random trees,RRT）相结合进行避障路径规划的方法。分析了双机械臂的工作空间,确认了双臂干涉的可能性。对于双机械臂的路径规划,利用改进后的APF对主机械臂进行路径规划,并将其作为从机械臂的动态障碍物,为从机械臂规划运动路径;利用改进后的RRT自适应地选择临时目标点,解决了从机械臂路径规划时陷入局部极小值的问题;利用改进的APF对从机械臂的剩余路径进行了规划。仿真分析表明,改进后的APF-RRT算法能比传统算法更加快速准确地解决双臂系统的避障路径规划问题。     

基于A~*算法和三次样条的工业机械臂路径平滑性研究

为提高工业机械臂运动的平滑性,提出了一种基于A*算法和三次样条函数的路径规划方法。首先建立空间障碍物3维模型,应用A*算法规划出在障碍物环境下的可行路径。然后以该路径的关键节点,建立三次样条插值函数,生成平滑的机械臂避障路径。最后通过实例对关节不同时刻的位移、速度、加速度的仿真和对比,结果验证了该方法的有效性。     

基于A~*算法的空间机械臂避障路径规划

针对空间机械臂在轨操作任务需求,提出一种基于A*算法的避障路径规划算法。根据机械臂和障碍物几何特征,对机械臂模型和障碍模型进行简化。通过研究机械臂本身所固有的几何特性,根据障碍物的位姿坐标,分析机械臂各杆件与障碍物发生碰撞的条件,进而求解空间机械臂的无碰撞自由工作空间。在此基础上,利用A*算法在空间机械臂的自由工作空间进行无碰撞路径搜索,实现了空间机械臂的避障路径规划。通过仿真试验验证了基于A*算法的空间机械臂避障路径规划算法的有效性与可行性。     

基于改进RRT算法的冗余机械臂路径规划研究

针对RRT算法在机械臂路径规划的过程中无方向性,在无障碍物处产生过多无用节点的问题,采用目标偏置、双向分段搜索的策略对RRT算法进行改进,提出了具有导向性的双向分段搜索的改进RRT算法并应用于七自由度冗余机械臂的路径规划上,通过Matlab进行了三维环境路径规划仿真实验,并通过ROS平台进行冗余机械臂在简单环境与狭窄环境的避障仿真实验。实验结果表明,改进的RRT算法能够有效地减少路径的节点数量与搜索时间,并提高路径规划的成功率。     

一种任务转化的动态避障算法

传统的避障算法多适用于静态障碍物,且当障碍物位于机械臂末端期望轨迹上时,算法会失效,针对传统算法的不足提出了一种基于任务转化的动态避障算法。该算法通过监测机械臂各杆件与障碍物之间的最小距离变化实现末端期望轨迹跟踪运动和避障运动的任务转化,通过实时监测障碍物的位置变化完成动态避障。最后,通过三自由度平面冗余度机器臂的仿真实验,验证了该算法的有效性。仿真结果表明,该算法能够有效解决当障碍物位于机械臂末端期望轨迹上时存在的冲突问题,且能够完成动态避障。     

一种改进人工势场法的机械臂路径规划方法

针对人工势场法算法存在复杂障碍物环境中易陷入局部最小值无法运动的问题,本文提出了一种适用于静态环境中机械臂路径规划改进的人工势场法,通过在引力场中添加引力安全阈值,在斥力场中添加路径搜索当前点与目标点的欧式距离,引入自适应大步长的模拟退火算法对局部最小值进行逃逸。首先,修改势场函数模型;然后,当搜索路径陷入局部最小值时,采用自适应大步长的模拟退火算法往障碍物最少的空间逃逸;最后,在规划出来的路径上提出一种冗余节点删除策略与拐点消除算法,对规划出来的路径进行平滑处理。仿真和实验验证了本文提出的六自由度机械臂避障路径规划策略有效性。     

新颖的基于梯度投影法的混合指标动态避障算法

针对冗余度机械臂的动态避障规划问题提出一种新颖的混合指标避障算法.考虑到移动障碍物运动的随机性,在障碍物位于机械臂构形之内时采用最短距离指标作为避障指标,并利用梯度投影法进行规划.而在障碍物位于机械臂构形之外最短距离指标失效时采用避障面积指标进行替代.在整个避障过程中两种指标的混合使用实现机械臂构形微调与粗调的相结合,提高整体的避障效果.另外,在线动态调整放大系数以控制零空间解与最小范数解的2范数比值恒定,避免可能出现的关节速度超限现象.以平面3R2P冗余度机械臂为例具体阐述这种算法.单独指标规划和混合指标规划的对比仿真试验表明,提出的混合指标避障算法在避障效果方面具有优越性和有效性,并通过实物试验证明该算法可以较好地满足系统的实时性要求,具有一定的通用性.     

多传感器信息融合的机械臂避障路径规划方法

为降低机械臂运行损耗和避障路径规划耗时,减小障碍物定位误差,精准执行机械臂工作任务,提出了多传感器信息融合的机械臂避障路径规划方法。利用多传感器收集机械臂周围环境信息,经过数据层、特征层及决策层处理,结合传感器检测权重,融合出障碍因素综合信息。构建机械臂动力学模型,综合考虑移动基座、关节旋转角、质量及移动惯性等因素,利用线动量和角动量间守恒关系,得出强耦合特性综合力学函数,计算每个固定检测点与障碍物间距离,得出连动杆与障碍物间发生碰撞的可能性。建立人工势场,加入引力函数、斥力函数及限制函数,完成对机械臂运动避障的实际动作控制,实现最优平滑路径规划。经仿真实验证明,所提方法路径规划效率高,障碍物定位误差小,优化次数少,节省旋转角能量,鲁棒性好。     

移动式煤炭采样机采样臂智能避障路径规划方法研究

针对煤炭采样臂智能避障路径规划问题,基于改进人工势场算法提出了一种路径规划方法。根据采样臂工作特点,构建了一种位姿信息的表征方法,并建立了采样臂与障碍间的虚拟仿真模型。以采样臂关节空间为搜索空间,以总势能最小为目标函数,实现了避障路径规划。规划过程综合考虑了关节限位、连杆碰撞与障碍物安全距离信息,并通过引入虚拟坡度防止规划陷入局部极小值。通过仿真实验得到的路径平滑连续,且满足安全距离的要求,验证了规划方法的有效性和可行性。     

Development of a new 5 dof mobile robot arm and its motion control system

In this paper, a new revolute mobile robot arm with five degree of freedom (d.o.f) was developed for autonomous moving robots. As a control system for the robot arm, a distributed control system composed of the main controller and five motor controllers for arm joints was developed. The main controller and the motor controllers were developed using the ARM microprocessor and the TMS320c2407 microprocessor, respectively. A new trajectory tracking algorithm for the motor controllers was devised employing pre-generated off-line trajectory data. Also, a 3-D simulator based on the OpenGL software to simulate the motion of the robot arm was developed. To validate the performance of the robot system, experiments to track a specified trajectory were performed.     

维修性可达性设计中的人体手臂控制

可达性是机械产品维修性的主要指标,在设计阶段对产品进行可达性分析是维修性设计的重要内容。通过虚拟人手臂的维修动作仿真,结合碰撞检测对产品的可达性进行分析。采用D-H法建立了手臂简化运动学模型;基于粒子群算法对手臂姿态进行逆解运算;最后对Delmia进行二次开发,实现对人体手臂的运动控制,并对拆卸曲轴螺钉这一具体维修任务进行仿真验证,取得良好效果,证明本文方法的有效性。     

Novel design of a small field robot with multi-active crawlers capable of autonomous stair climbing

Mobile robots often encounter complex obstacles during their operation, not the least of which are stairs. Suitable mechanical structures and adequate control algorithms are both equally important in stair climbing. This paper proposes a novel design for a multi-active crawler robot (MACbot) capable of autonomous stair climbing. The MACbot has four track modules for extended mobility and a recovery arm that facilitates self-rescue capabilities. By adopting the proposed smart clutch mechanism, the MACbot can provide a variety of motions with a minimum number of motors. This paper presents a static analysis for the mechanical design and details the stability analysis for an autonomous stair climbing algorithm. A series of experiments show that the MACbot can autonomously climb stairs reasonably well.     

复杂室内环境下的单一Kinect导盲系统

针对现有导盲设备存在的检测效果差,系统复杂,不便携带等问题,开发了基于单一Kinect传感器的导盲系统。该系统能够同时检测地面和头部之间的所有障碍物,并将准确的路况信息通过语音传递给用户,以实现导盲作用。该系统运用深度图像翻转算法和障碍物识别算法来识别地面障碍物、地面坑洞、悬空障碍物3种类型的障碍物;同时运用深度图像过滤算法和障碍物距离计算算法来确定有效范围内障碍物的位置。设计制作了导盲试验样机,在复杂室内环境多个场景下对障碍物的识别和检测进行了实验测定。实验结果表明:该导盲系统能够在一定范围内较为准确地识别面积大于10-3 m2的障碍物及高度差超过0.02m的坑洞,经过图像过滤可将用户身高以内,宽度1m内的障碍物的最佳避障路线通过语音传递给用户,满足了导盲需求。该系统的应用不仅对导盲具有重要作用,对机器人自主行走也有参考意义。     

基于姿态的轨道焊接机器人智能越障控制方法

为了机器人能更好地完成轨道焊接任务,减少障碍物对工作的影响,提出了基于姿态的轨道焊接机器人智能越障控制方法。分析越障时机器人姿态稳定性,判定机身质心位置,明确焊接臂角度和碰触点,估算出姿态支持点位置,同时将实时运动数据传输到受力锥模型中,计算最小偏移势能推测越障倾翻方向,得出最佳稳定锥。初始化蚁群遗传算法、设定主程序,迭代出全局越障路径;考虑到户外工作环境存在路径规划阻力,结合卡尔曼滤波的状态转移矩阵,减少误差完成智能越障控制。仿真实验表明,所提方法在恶劣路况下也能实现精准越障,且可以智能调节姿态,使机器人恢复稳定。     

未知环境下移动机器人实时模糊路径规划

针对机器人在未知环境下避障的要求,设计了一个结合目标点位置信息和局部障碍物信息的评价函数实时导航算法,使机器人可以在无碰撞的情况下较快地到达目标点。该算法以二维激光雷达作为探测环境的主要传感器,采用基于行为的控制策略及模糊控制器技术,通过添加自由出口提高其路径搜寻的效率,最后为了验证此模糊路径规划方法进行了仿真实验。仿真实验结果表明,该算法具有良好的效果,机器人可以有效避障,且轨迹平滑、实时性好。     

塔机障碍物避让算法的研究

作为建筑工程的主要垂直运输工具,塔式起重机的安全、可靠、高效对建筑工程而言是至关重要的,如何预防塔机碰撞事故是塔机安全防范中的一项重要内容.为了防止塔机与障碍物之间发生碰撞,首先对现有的塔机工作区域内障碍物进行了建模分析;然后在障碍物周围设置减速调整区域来防止碰撞;最后根据效率和能量两个角度提出了一种塔机障碍物避让算法...     

智能割草机的区域全覆盖算法设计与仿真

为解决无导航功能的智能割草机割草区域最佳覆盖的问题,提出了"单元分解目标区域,并逐一覆盖"的区域全覆盖算法。首先介绍了区域全覆盖的总体策略,接着基于特定割草机硬件,采用了单元分解法作为全区域覆盖算法的整体策略,对每个子区域则选择往复式行走方式进行逐一覆盖。然后具体提出了无障碍物区域和两障碍物区域的离线全覆盖算法,并对有障碍区域的算法加以了改进和推广。随后基于Matlab软件,对有两圆形障碍物的圆形区域进行了全区域覆盖算法的仿真实验。实验结果表明,所提出的区域全覆盖算法可以实现割草区域的最优覆盖。     

基于PSD的柔性机械臂末端振动特性测试与分析

针对含谐波减速器柔性空间机械臂的臂杆刚度以及关节转速对机械臂末端振动的影响,利用位置敏感探测器(position sensitive detector,简称PSD)对机械臂的振动特性进行了测试分析。通过改变臂杆刚度和关节转速中单一因素,分别测量了机械臂在不同臂杆刚度和不同关节转速下的末端振动响应。研究结果表明,随着臂杆拉力和机械臂关节转速的增大,机械臂末端的振动幅度呈现上升趋势,且机械臂关节转速的改变对机械臂末端振动的影响大于臂杆刚度所造成的振动影响。     

基于传感器数据融合的车辆目标匹配

利用毫米波雷达和相机数据融合检测前方障碍物的方法,可以为智能驾驶汽车提供准确可靠的感知信息。因而,基于多传感器数据融合的目标匹配的重要性逐渐凸显。为实现二者的目标匹配,首先构建了相机和毫米波雷达的时间融合模型和空间融合模型,实现二者数据的时间一致和空间对准,然后对毫米波雷达数据和图像数据进行处理,通过对毫米波雷达数据的预处理且引入有效目标决策算法,获取毫米波雷达的有效目标数据;利用基于深度学习的目标检测算法,实现对图像中车辆目标的检测。最后设计了二者的目标匹配算法,并通过实验验证了该方法的有效性。