六自由度工业机器人轨迹规划算法研究

机器人轨迹规划是根据机器人所要完成的任务路径,求出各个关节运动函数,最终得到末端执行器的位姿与时间之间的关系,同时保证机器人实现所希望的空间运动。以六自由度工业机器人为研究对象,根据机器人所要完成的任务,规划出机器人末端执行器经过点,求出这些点的位姿对应逆解,得出其关节值。通过关节空间对其进行轨迹规划,并采用Matlab进行轨迹规划数值分析,为控制系统的研究提供基础。     

6R机器人正运动学分析方法研究

6R机器人正运动学分析是指给定各关节的关节空间变量值,求解末端执行器在工作空间的位置和姿态。利用6R弧焊专用机器人的机械本体结构,在D-H坐标系和旋量理论坐标系下建立了末端执行器的运动学方程,利用MATLAB软件求解位姿矩阵;在虚拟样机软件中建立了机器人运动学模型,进行运动学仿真得到末端执行器不同状态下的位移曲线。并将三种方法所得末端执行器的位姿进行了比较,验证了这三种方法的正确性。研究结果为后续的动力学分析、轨迹规划奠定了基础。     

基于正弦加减速控制算法的工业机器人位姿轨迹规划研究

针对工业机器人位姿轨迹规划时位置轨迹和姿态轨迹在启停阶段存在的不连续问题,提出结合正弦加减速控制算法规划位置轨迹和以单位四元数表示的姿态轨迹,以及对位置轨迹和姿态轨迹进行同步规划处理,得到了基于正弦加减速控制算法的工业机器人位姿轨迹规划算法。在mATLAB环境下对算法进行了仿真验证,结果表明:机器人末端执行器在启停阶段与匀速阶段间能光滑过渡,整个位姿轨迹连续光滑。     

一类六自由度串联机器人路径规划与模型仿真

以一类工业型六自由度串联机器人为研究对象,在关节空间和笛卡尔坐标空间对机器人末端执行器运动轨迹在建立机器人模型的基础上进行直线和圆弧两种路径规划[1]。在规划好的路径基础上引入插值点的位姿,将多个插值目标点在直角坐标系下的位置和姿态转化为关节坐标系下的坐标值[2]。在mATLAB中进行机器人模型仿真,验证机器人模型的正确性,使机器人按照预期规划好的轨迹完成作业任务。     

机器人末端执行器姿态轨迹规划研究

研究了以四元数样条曲线作为插补曲线对机器人末端执行器姿态进行插补的相关算法,并进行了姿态轨迹规划。机器人末端姿态的表示方法一般有欧拉角、旋转矩阵等,但存在万向锁、插值困难等问题。引入四元数样条曲线,同时通过增加示教点,使四元数样条曲线适用于对机器人末端执行器姿态进行插补,并研究了基于S型的姿态轨迹规划算法,最后进行了多姿态示教点仿真实验。实验结果表明,所提出的算法规划出来的轨迹平滑,满足机器人末端姿态轨迹规划的要求。     

基于人工生命算法的并联机器人最优轨迹规划

基于机器人直纹面概念和人工生命算法,提出一种并联机器人位姿轨迹最优规划方法.应用计算几何中的三维直纹面生成原理,对机器人末端执行器的位置和姿态进行统一描述.考虑到机器人姿态直纹面面积及其变化率能够反映和评价机器人的运动学和动力学性能,通过求解等效角位移矢量在空间的运动轨迹形成的三维直纹曲面面积及其变化率,并将其作为泛函的泛函极值,同时考虑运动时机器人的灵活度,建立机器人位置和姿态轨迹优化的数学模型.采用人工生命优化算法对代表并联机器人位姿轨迹的高阶参数化空间曲线的参数进行优选,通过优化轨迹直纹曲面面积及其变化率和机器人的灵巧度,使并联机器人具有良好的运动学和动力学性能.最后以一三自由度球面并联机器人轨迹规划实例,验证所提出方法的可行性.     

双臂机械手的空间姿态反馈轨迹规划

为了对双臂空间机械手的轨迹进行高精度追踪,提出将一种基于姿态反馈的轨迹规划方法引入设计过程。首先,从相关的角度推导出位姿误差的运动学模型,并分别向末端执行器和基座传达所期望的位姿命令。从控制力的角度出収,在此基础上生成利用位姿反馈出的轨迹规划。理论分析表明,当机械手处于奇异状态时,所提出的轨迹规划算法能够保证末端执行器和基座的位姿误差指数收敛为零。与现有算法相比,该算法在末端执行器上有更高的轨迹追踪精度。此外,该算法为该系统提供了良好的抗干扰性能。仿真结果验证了所提轨迹规划算法的有效性。     

IRS-300六轴机器人运动学建模与参数仿真分析

为了研究机器人正逆运动学的差异性和各关节在运动过程中的变化情况,对IRS-300六自由度关节式机器人运用经典D-H法进行运动学分析,得出正逆运动学解析式,借助MATLAB软件进行仿真计算,通过计算结果证明该差异的存在.结合机器人三维仿真模型,按照末端执行器位姿要求对机器人进行仿真,得出该机器人的路径信息和各个关节的角度、角速度和角加速度的变化曲线.结果表明:该机器人结构参数可以高效地表达期望位姿,对机器人轨迹规划具有实际指导意义.     

七自由度串联机器人位姿轨迹规划算法与仿真

研究Cyton Gamma300七自由度工业机器人在笛卡尔空间中的位姿轨迹规划问题。针对位置轨迹和姿态轨迹在启停阶段存在的不连续问题,提出结合正弦加减速控制算法规划位置轨迹,以单位四元数表示姿态,结合正弦加减速控制算法规划姿态轨迹,在Matlab环境下对位姿轨迹规划算法进行了仿真验证。     

基于MATLAB的6R关节型机器人运动学仿真研究

以6自由度的PUMA560机器人为实例,介绍了机器人运动学分析的D-H参数法,利用Robotics Toolbox工具箱对PUMA560机器人进行了建模仿真,编写了运动分析和轨迹规划问题的详细程序,实现了对机器人末端执行器中心的位姿控制及轨迹规划。     

机器人关节间隙误差分析

对关节间隙变量采用二维矢量表示法,分析了机器人关节间隙对机器人末端位置重复精度的影响。假设关节间隙随机性为某种分布,根据概率论建立了机器人末端点概率密度函数,从而得到机器人末端的误差分布函数。利用该方法对RHJD4-16自由度弧焊机器人关节间隙误差进行了分析,研究了关节间隙对空间机器人末端位置重复精度的不确定性影响情况,得到了关节间隙误差与机器人末端位置重复精度的约束关系,为机器人机构设计和机器人精度分析提供了理论依据。     

关节速度约束下六轴机械臂空间运动轨迹规划方法

六轴机械臂在空间运动时,极易因速度和加速度突变导致运动轨迹出现随机波动,无法做连续性的运动。基于此,提出一种关节速度约束下机械臂空间运动轨迹规划方法。从运动学正解和逆解2个方面对机械臂建模,利用上关节D-H法分析同一位姿下,基座与末端执行器间的总变换过程。将不同的关节转角组合,辅助后续最优轨迹规划。利用三次和五次多项式插值构建末端执行器的插值函数,以执行器在不同坐标下关节角度为参考变量,求得角度、角速度和角加速度的值,完成运动轨迹规划。仿真实验表明,所提方法的运动轨迹可保证机器人平稳运行,连续性得到提高,从起始点至终止点整个过程中都没有出现明显震动情况。     

随机型值点间的插值轨迹规划研究

运动轨迹仿真实验中,常需要根据随机选定的型值点插值出适合实验要求的运动轨迹。首先,经过几种常见插值方法的对比分析,选定了分段三次Bezier曲线作为轨迹规划的插值曲线,然后,通过分析曲线所须满足的条件,提出了获取此插值曲线控制点的具体算法。最后,介绍了在VC平台下如何实现即时显示已选型值点的插值曲线轨迹,并给出了程序的结果展示。     

自适应卡尔曼滤波器在火箭弹落点估计中的应用

利用雷达对火箭弹一段飞行过程中的参数进行量测,对火箭弹落点进行了准确估计,实现了火箭弹的轨迹修正。采用具有自适应调节滤波增益矩阵的卡尔曼滤波器,结合质点弹道模型,建立了自适应卡尔曼滤波弹道模型,完成了对三坐标雷达探测的一段火箭弹飞行参数的野值处理与滤波,并对火箭弹落点进行外推。数值仿真结果表明,经自适应调节的卡尔曼滤波器滤波后,弹道量测信号中的野值与噪声被有效去除,且滤波方差可以在短时间内收敛。根据滤波时间与落点估计误差的关系,采用滤波时间为8-10 s 方案,可得到最佳的落点估计。     

基于螺旋理论的少自由度机器人速度反解及奇异性分析

采用螺旋理论对少自由度(自由度少于6)机器人的速度反解及奇异性进行了分析.根据机器人反螺旋系统确定了笛卡尔操作空间到关节空间的速度映射关系,并由螺旋及反螺旋理论所获得的雅可比矩阵对少自由度机器人的奇异性进行了分析.通过对4自由度Stanford型机器人的仿真研究说明了该方法的有效性.     

一种气门电镦成型机器人轨迹规划与仿真研究

运用D-H法建立气门电镦成型机器人数学模型,并进行运动学正逆解。根据实际现场对机器人运动路径要求,规划其运动路径,现场通过示教获取机器人运动关键点,并在关节空间进行B样条曲线轨迹规划研究,获取关节空间轨迹运动函数表达式,并利用Matlab工具对规划轨迹进行仿真模拟。结果表明利用该方法能生成一条关节位移、速度、加速度都连续的平滑运动轨迹,以保证机器人工作时按规定的路径平稳地运行,且能顺利避开障碍物,满足设计和使用要求。     

关节空间样条的连续点位运动规划算法

为了提高工业机器人的运动平稳性和快速性,保证机器人在走曲线时能够准确到达各示教点并且实现平滑过渡,提出一种基于关节空间样条的连续点位运动规划算法。以关节空间的单个轴为例,从一般三阶S曲线轨迹出发,为了保证规划得到的加速度不跳变以及样条曲线能够保形,在两个相邻示教点之间插入n个中间点,将一段轨迹分为n+1段,根据该关节起点和终点的位置、速度和加速度以及插入点位置、速度、加速度连续的边界条件,可以得到新的规划轨迹。最后通过实验比较验证,该规划算法能够快速实现过程点的准确到达并且加速度没有跳变、曲线能够保形,具有实际推广价值。     

制孔执行器的安装方式对机器人性能的影响

机器人和多功能末端执行器组成的柔性钻削系统近些年在航空工业得到了越来越广泛的应用,执行器和机器人的安装方式有同轴式、悬挂式和侧面式.利用软件Matlab对机器人和工件进行仿真建模,并计算执行器在不同安装方式下的机器人可达度、可操作度、关节使用度和关节被动力矩.基于计算结果,结合评价指标,分析制孔末端执行器的安装方式对机器人的可达性、可操作性、关节使用度及制孔位置精度的影响,结果表明同轴式安装消除了压紧力对机器人第5轴的被动力矩,有利于提高加工孔的位置精度;悬挂式安装使机器人的可达性好;侧面式安装使机器人的可操作性好,增加了机器人的运动灵活性和减少了关节使用度.     

Calculation of robot joint rates and actuator torques from end effector velocities and applied forcesCalcul de la vitesse et du couple a appliquer aux degres de liberte d'un manipulateur pour obtenir une vitesse et une force donnees a son extremite terminale

This paper describes efficient methods for calculating the joint rates required to produce a given velocity at the end effector, and the actuator torques required to exert a given force at the end effector (excluding gravitational and inertial forces). These methods are only applicable to robots with special geometries, and they are presented in terms of a simple 6R robot with 3 intersecting revolute joint axes at the wrist. Some attention is paid to the numerical problems involved.     

基于矢量积法的六自由度工业机器人雅可比矩阵求解及奇异位形的分析

论述六自由度工业机器人奇异位置奇异和姿态奇异的问题。由于雅克比矩阵反映操作臂笛卡尔空间速度与关节空间速度之间的映射关系,因此,利用矢量积法求得雅克比矩阵,并将其分块,得雅克比行列式为零时对应的关于关节角表达式,利用关节角表达式得其臂部内部奇异和腕部内部奇异,由关节角的极限范围得边界奇异。最后仿真得出奇异位姿所对应的关节转角及其关系式,为示教、轨迹规划及其动力学分析提供了可靠的依据。