机器人关节空间B样条轨迹优化设计

在关节空间中对机器人Ｂ样条轨迹进行了时间了短优化计算,该优化问题模型包括关节角速度、角加速度、角加加速度及力矩４种约束,给出优计算方法,给出了 经计算方法,给出了ＰＵＭＡ５６０机器人前三铰Ｂ样条轨迹优化算例。     

轨迹规划中的B样条插值算法

研究了B样条插值在轨迹规划中的应用及其与轨迹规划中传统的插值算法相比较所具有的优势。并用计算机仿真实现了一维、二维空间中轨迹规划的B样条插值算法。最后对在将来在多轴控制器的各轴的规划中应用B样条插值逄法的若干问题作了初步的探讨。     

基于混合插值的工业机器人关节轨迹规划算法

B样条曲线由于其多阶导数连续和局部支撑性的特点,被广泛用于工业机器人关节空间的轨迹规划。标准B样条在起止点位置存在导数值的突变,致使工业机器人在启动和停止时产生振动。提出一种采用高次多项式与B样条混合插值优化的方法,使机器人关节运动学参数连续无突变,在不增加机器人控制系统运行负担的情况下,能够使机器人运行更加平稳,改善了机器人的运行状态。     

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.     

机器人连续轨迹控制中的B样条轨迹优化

在关节空间中对机器人Ｂ样条进行了时间最短优化计算，该优化问题模型包括关节角速度、角加速度、角加加速度及矩四种约束，给出了优化计算方法，为说明本方法，文末给出了Ｂ样条轨迹优化算例。     

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。     

笛卡尔和关节空间联合轨迹规划研究

为了能得到更满足实际需求的轨迹,找到更优的轨迹规划方法,在前人的基础上将笛卡尔空间规划和关节空间进行结合,找出了一种联合空间规划的方式进行轨迹规划。通过闭环矢量法建立运动学方程和基于B样条的函数模型对不同空间轨迹拟合,分别拟合得到关节空间的运动曲线、笛卡尔空间的运动曲线以及联合空间规划曲线,最后通过样机进行了试验验证。通过对得到的结果分析,发现速度和加速度在周期时间内的变化,可知联合空间轨迹规划相对与于另外两种单一空间规划得到的拟合曲线的效果明显更优,高质量的运动轨迹将会提高整个运动的平稳性,减少运动过程中的冲击;同时与实验结果对比,运动趋势趋于一致,部分曲线有细微差,需要进行进一步优化。     

空间机械手捕捉运动目标的运动规划与仿真

讨论了处于微重力环境中的空间机械手（ＳｐａｃｅＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ＳＭ）的运动特点及其各自由工作空间的划分。在此基础上，本文提出了ＳＭ捕捉运动目标的策略和规划方案，并通过计算机仿真加以验证。     

基于改进RRT结合B样条的机械臂运动规划方法

为解决传统快速拓展随机树(RRT)算法的随机性强，导向性差，规划时间长及寻迹平滑度差等问题，提出一种基于目标偏置策略结合自适应可变步长的改进型RRT算法(PAVS-RRT)。首先，在传统RRT算法基础上设置一个目标偏置阈值，同时引入局部扩展机制避免因改变采样结构而造成的局部最优问题；其次，结合自适应步长策略优化其搜索时间；最后，采用三次B样条函数对所规划路径进行拟合优化。仿真实验中所提算法在保证机械臂成功避障且顺利抵达目标位置的同时，其各关节参数均波动较小且未发生突变，有效降低了机械臂在运动规划过程中的抖振情况。实验结果表明，所提算法较基本算法其平均路径搜索时间提高了73.49%,算法搜索效率及平滑性得到显著改善。     

工业机器人关节空间轨迹规划及优化研究综述

随着机器人技术的发展,工业机器人广泛应用于自动化生产之中,极大地提高了生产效率以及自动化程度。轨迹规划是完成作业任务的关键环节,而轨迹优化则进一步提高了任务完成质量,也顺应了工业发展的需要。对工业机器人关节空间的轨迹规划及优化研究进展进行了综述。首先,简述了关节空间轨迹规划算法,指出多项式插值是主要方式,B样条曲线因其优良特性是今后发展的必然趋势。然后,对不同目标下的轨迹优化进行了全面综述,指出优化目标的确定以及算法的改进等还存在的问题。最后,对今后的发展方向进行了展望,多目标优化求解方式以及约束的动态调整等将是今后的研究重点。     

超精密点对点运动3阶轨迹规划算法研究

研究了一种优化的超精密点对点运动3阶轨迹规划算法及其精度补偿方法。首先阐述了超精密轨迹规划具有可实用性所必须具备的特征以及实现轨迹时间优化的基本要求。后以系统动力学限制为基础,考虑运动轨迹的全过程,提出了一种通过预处理以获得时间优化的3阶轨迹直接规划算法。提出了一种适当降低系统动力学限制的时间圆整方法,有效补偿了算法计算机离散实现时所带来的精度损失。实例证明了本文提出算法的有效性和可靠性。该算法也成功应用于纳米级精度的半导体加工装备的研发中。     

超精密点对点运动4阶轨迹规划算法研究

研究了一种优化超精密点对点运动的4阶轨迹规划算法及其精度补偿方法。首先阐述了超精密轨迹规划具有实用性所必须具备的特征以及实现轨迹时间优化的基本要求。然后以系统动力学为基础，考虑运动轨迹的全过程，提出了一种通过预处理以获得时间优化的4阶轨迹直接规划算法。提出了一种适当降低系统动力学限制的时间圆整方法，有效补偿了该算法在计算机离散实现时所带来的精度损失。通过实例验证了所提算法的有效性和可靠性。     

基于投影几何法的虎克万向节轴承的运动特性分析

通过对虎克万向节运动特性的分析,利用空间坐标变换法及空间投影几何法,建立虎克万向节轴承的瞬时转角方程,并建立轴承瞬时转速分析的数值方法,分析轴承的瞬时转速及瞬时转角与轴间夹角之间的关系;采用运动仿真法验证了分析结果的正确性。分析结果表明：主动叉头的轴承瞬时转速与从动轴承的瞬时转速并不相等,主动轴承的瞬时转速的波动大于从动轴承的瞬时转速的波动。研究结果为分析虎克万向节轴承的摩擦、磨损及润滑状态提供依据。     

基于运动相对性的六足机器人机体运动规划

将处于支撑相的六足机器人视为时变的并联机构进行运动学分析,给出了姿态给定情况下机体工作空间的确定方法及边界方程。在此基础上基于运动相对性原理,提出将机体的运动规划转化为足端轨迹规划的方法,从而简化机体运动规划中逆解的求取问题,并通过仿真与实验进行了验证。结果表明：六足机器人在支撑相内机体的工作空间为至多是支撑腿条数个空心球体的交集,利用运动相对性原理对支撑相内机体的运动规划问题进行转化简便、可行。     

基于改进快速扩展随机树算法的双机械臂协同避障规划方法

提出了一种基于改进RRT算法的双机械臂协同避障运动规划方法。针对静态障碍物对主臂进行避障运动规划,寻找主臂可行路径。将主臂每一时刻的运动位姿视为规划从臂运动时的动态障碍物,为从臂规划可行运动路径。为提高算法的搜索效率,利用节点剪枝择优和设置目标区域的方式使算法快速收敛。在MATLAB程序建模实验的基础上,在ADAMS中进行仿真实验,验证了该算法的有效性和可行性。     

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.     

基于改进RRT*FN算法的机械臂多场景运动规划

针对固定节点数的渐进最优快速扩展随机树(RRT*FN)算法精度低、对环境缺乏适应性等问题,提出了一种改进RRT*FN的机械臂运动规划算法。在迭代过程中,结合目标偏向随机采样和椭球子集采样的优势,构造新的启发式方法对采样区域进行约束,从而保证搜索路径更优。在扩展节点时,配置树中总节点数的预设值,并通过加权方法对树中叶子节点进行删减,避免了树规模的无限增长。在动态环境下,采用对节点剪枝与连接的启发式重规划方法,有效提高了对动态环境的适应能力。实验结果表明,该算法在规划过程中收敛速度更快,效率更高,具有较强的环境适应性。     

基于细菌生长曲线的工业机器人运动规划

为解决工业机器人运动规划中的冲击、振动、快速响应等问题,提出了一种源于细菌生长曲线的新算法。介绍了细菌生长曲线,证明了其与运动规划中速度变化情况的相关性;导出了理想速度曲线及公式,给出了应用实例。仿真实验及在真实机器人上实验证明算法可行而有效,可解决关节驱动器运动规划中的冲击振动等问题,同时可调节算法参数以满足其他规划要求如快速到达目标位置等。算法虽简单但新颖实用。     

Motion Planning Algorithms of Redundant Manipulators Based on Self-motion Manifolds

The current motion planning approaches for redundant manipulators mainly includes two categories: improved gradient-projection method and some other efficiency numerical methods. The former is excessively sensitive to parameters, which makes adjustment difficult; and the latter treats the motion planning as general task by ignoring the particularity, which has good universal property but reduces the solving speed for on-line real-time planning. In this paper, a novel stepwise solution based on self-motion manifold is proposed for motion planning of redundant manipulators, namely, the chief tasks and secondary tasks are implemented step by step. Firstly, the posture tracking of end-effector is achieved accurately by employing the non-redundant joint. Secondly, the end-effector is set to keep stationary. Finally, self-motion of manipulator is realized via additional work on the gradient of redundant joint displacement. To verify this solution, experiments of round obstacle avoiding are carried out via the planar 3 degree-of-freedom manipulator. And the experimental results indicate that this motion planning algorithm can effectively achieve obstacle avoiding and posture tracking of the end-effector. Compared with traditional gradient projection method, this approach can accelerate the problem-solving process, and is more applicable to obstacle avoiding and other additional work in displacement level.