柔性冗余度机器人减振运动规划研究

由于柔性冗余自由度机器人具有冗余特性 ,因此在保证机器人实现预定工作任务的情况下 ,可以通过规划机器人各关节的自运动规律 ,从而改善机器人的动力学性能。本文提出了一种冗余关节规划方法 ,该方法为全局优化方法 ,具有可实现性、易控制和计算量小的特点 ,而且可以保证机器人工作结束后各关节的自运动速度为零 ,从而避免由于终态自运动的存在而使原优化效果遭到破坏。     

基于自运动的7-DOF机械臂逆运动学研究

针对一种7自由度典型机械臂构型的逆运动学问题,根据机构特点和自运动性质提出一种解析算法。首先对该冗余机械臂的自运动性质进行分析,其为平面四杆运动。采用冗余角对自运动进行描述,并分析机械臂末端位置和杆长对自运动的运动形式和冗余角变化范围的影响。然后基于自运动特性,将冗余角作为一个约束条件,结合位姿分离法,求出该机械臂的逆运动学解析算法。最后通过数值算例进行验证。该方法针对某一特定位姿求出所有的理论逆解。相对于传统的数值解法,该方法不存在理论误差,相邻位姿点相互独立,不存在误差积累。     

搬运机械臂的初始加速度和速度连续运动规划研究

工业机械臂在执行搬运任务时可能会出现初始关节加速度和速度跳变的情况,这会影响机械臂电机的使用寿命,并使搬运的物品受到较大的冲击力,从而造成物品的损坏.针对该情况,设计了一种基于伪逆的机械臂初始加速度和速度连续运动规划方案.首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,对机械臂在加速度层以及速度层上建立伪逆算法求解模型...     

冗余度柔性机器人运动规划的末端初始位置规划法

柔性机器人的运动规划是机器人领域的重要课题。本文在分析柔性机器人运动学和动力学特性的基础上 ,提出了一种有效的机器人运动规划新方法—末端初始位置法。这种方法在保证机器人末端轨迹大小、形状、方向不变的条件下 ,通过调节机器人的末端初始位置来规划机器人的关节运动 ,降低机器人末端的弹性变形运动误差。文中给出了一空间 4R柔性机器人的仿真实例 ,结果表明这一方法是简便的、有效的     

冗余度柔性机器人自运动规划新方法

柔性机器人的末端运动精度是人们追求的重要指标 ,对其进行规划具有理论和实际意义。本文提出了一种新的自运动规划策略 ,在保证柔性机器人实现预定运动任务条件下 ,利用机器人的冗余度 ,通过优化机器人各关节的自运动 ,降低柔性机器人末端在运动过程中由于弹性变形引起的误差。文中给出了一空间 4R柔性机器人的仿真实例 ,结果表明这一方法具有全局性和易于控制。     

冗余度机械臂的自运动流形计算及关节轨迹规划

为了求解冗余度机械臂的全部逆运动学解，以计算包含全部逆运动学解的自运动流形为目标，提出了一种新的自运动流形计算方法。该方法基于人工蜂群算法完成自运动流形各分支初值的搜索，解决了分支初值难以确定的问题，并提出了分支搜索策略，实现了完整流形分支的搜索。在此基础上，为提高自运动流形的计算效率，定义了自运动流形的全等性与渐变性并建立了流形库，通过索引流形库内的自运动流形能够快速计算工作空间任意位置的自运动流形。利用流形库对机械臂进行全局性能分析，得到了各流形分支的局部最优位形；以每条分支的局部最优位形作为初始位形进行关节轨迹规划，实现了给定末端轨迹的全局最优关节轨迹规划，并通过4R机械臂和7R机械臂验证了方法的有效性。该方法还可用于超冗余度机械臂自运动流形的计算，具有较好的通用性。     

七自由度自动铺丝机器人的自运动流形分析

定义了位姿解耦的冗余自由度机器人位置关节空间流形和姿态关节空间流形,将位置关节空间流形和姿态关节空间流形进行配对得到冗余自由度机器人的自运动流形。利用定义的位置关节空间流形和姿态关节空间流形对七自由度自动铺丝机器人进行分析,分别得出七自由度自动铺丝机器人的位置关节空间流形和姿态关节空间流形,配对以后得出七自由度自动铺丝机器人的自运动流形,并进行了仿真验证,结果表明这种分析方法得到的自动铺丝机器人的自运动流形是正确的,而且对于其他类型位姿解耦的冗余自由度机器人自运动流形分析也是适用的。     

柔性机器人躲避振动的一种方法

对于柔性机器人而言 ,系统柔性所引起的振动使得机器人很难准确地跟踪预定的末端轨迹 ,因此如何有效地减小柔性机器人的振动是一个非常重要的研究课题。本文对柔性机器人躲避振动的方法进行了研究。首先分析了影响柔性机器人末端振动变形的因素 ,在此基础上得出了在结构参数和末端运动轨迹不变的情况下 ,通过适当调整关节运动参数可以使柔性机器人有效躲避振动的结论 ;然后研究了机器人末端运动参数与关节运动参数之间的关系 ,提出了通过规划机器人末端运动参数从而调整关节运动参数 ,以使机器人能够有效躲避和减小柔性振动的方法 ,并且给出了相应的算法 ;最后通过数值仿真验证了该方法的有效性     

面向操作可靠性提升的复合工业机器人运动规划

复合工业机器人的应用能够有效提升智能制造车间生产效率。而在其运动规划问题中,基于移动平台调整的机械臂初始站姿直接决定了目标任务是否能够可靠执行。为解决以上问题,提出一种考虑机械臂初始站姿的运动规划优化方法。基于前期基础,采用旋量描述和切片表征方法分别解决了复合工业机器人运动学建模和最小避障距离建模问题,为进行轨迹优化提供了模型基础;建立了最小化耗能当量和运动时间的运动规划优化模型,通过考虑初始站姿影响设计了包括移动运动参数、冗余关节角度和机械臂运动参数在内的混合优化变量集,同时考虑运动学约束和避障约束条件保证机械臂运动平稳性和安全性;结果表明,基于规划优化的复合工业机器人具有较高的操作可靠性。     

多冗余度柔性机器人运动规划

研究多冗余度柔性机器人运动规划问题。利用冗余度机器人的冗余特性 ,通过运动规划 ,可以使柔性机器人的运动精度提高。采用充分利用冗余特性的初始位形和自运动同时规划法 ,分别对具有一个冗余度的平面三柔性臂机器人和具有两个冗余度的平面四柔性臂机器人进行规划。通过比较 ,显示了多冗余度在改善柔性机器人性能方面的优越性     

柔性冗余度机器人运动规划的新方法——冗余位形法

研究了柔性冗余度机器人的运动规划。在保证机器人实现预定运动任务的条件下,充分利用机器人的冗余特性,提出了冗余位形的新概念以及相应的冗余位形规划策略,通过优化机器人关节初始位形和自运动,大大降低了柔性机器人末端运动误差。给出了空间4R机器人的数值算例,与现有方法比较,该规划方法优势十分明显,取得了新的突破。     

提高柔性冗余度机器人动态性能的冗余关节运动规划方法

通过分析影响柔性机器人弹性动力响应的因素，得出了在结构参数不变的情况下可以通过适当调整关节运动参数来提高机器人动态性能的结论。对柔性冗余度机器人关节运动的冗余特征进行了研究。在此基础上，构造出以冗余关节角为状态变量的优化控制结构，得出一种新的柔性冗余度机器人优化控制方法，该方法使各关节的运动简单易控、保证各关节的运动不越限，消除了机器人的终态自运动。     

欠驱动余度机械臂的无碰撞运动规划与控制

基于周期运动的非线性动力学分析,发现欠驱动机械臀在小幅振动输入条件下有运动漂移现象,即当欠驱动机械臂的主动关节小幅振动时,被动关节的平衡位置将发生漂移。基于这一现象提出了被动关节位置控制的余弦函数小振幅控制方法:把人工势场方法引入冗余度机械臂的避障运动规划,提出了欠驱动冗余度机械臂的虚拟模型运动规划方法:把以上两种方法有机结合,提出了一种欠驱动冗余度机械臂的避障运动规划和控制方案,对平面三连杆欠驱动机械臂进行了仿真,仿真结果表明这一方法是可行的。     

基于BP神经网络的冗余度TT-VGT机器人轨迹规划

应用ＢＰ神经网络对冗余度ＴＴ－ＶＧＴ机器人的位置正解进行训练学习,进而求解机器人的位置反解问题。同时在应用神经网络求雅可比矩阵伪逆的基础上,基于机器人各差错联合体缇上,提出一种轨迹规划的方法,并对四重四面体的变几何杵架机器人进行仿真计算。     

柔性冗余度机器人运动规划的最小能量法

柔性机器人的末端运动规划是机器人领域的重要前沿课题之一。利用冗余度机器人的自运动 ,可能使柔性机器人精度提高 ,但目前的研究大多是基于伪逆解的最优规划。本文首次在最小能量意义下对柔性冗余度机器人的最优规划进行了研究 ,以具有两冗余度的平面四柔性臂机器人为例进行了最优规划 ,通过与伪逆解方法比较 ,充分显示了最小能量法在柔性机器人最优规划中的重要作用。     

两机械臂协调操作的容错运动规划

针对两机械臂协调操作中发生关节坏死这类故障时的容错运动规划问题进行研究。首先,建立了两机械臂协调操作的运动学方程,给出了容错空间的计算步骤。然后,构造了反映机械臂末端运动与容错空间相对位置关系的中心度指标,并基于这一指标提出了机械臂协调操作的容错运动规划算法。利用该算法可以确定被持物体的最优初始位置,从而同时实现故障时刻和故障后的容错操作。最后,利用两面积3R机械臂的仿真实例证明了其有效性。     

Stable joint torque optimization for multiple cooperating redundant manipulator system

In this paper, joint torque optimization for multiple cooperating redundant manipulators rigidly handling a common object is considered. This work focuses on finding the optimal and stable distribution of the operational forces of a multiple redundant manipulator system to the individual manipulators. Two joint torque optimization schemes (local joint torque minimization and natural joint motion) are formulated and compared. When a redundant manipulator with its joints free is driven by its tip, a naturally inducing joint motion can be called ‘natural joint motion’. From the simulation results of a system of three cooperating redundant manipulators, the natural joint motion scheme is shown to be better than the local joint torque minimization scheme with regard to global torque minimization capability and the resulting stability of motion. However, in order to guarantee the stability, the null space damping method is required for the both schemes. The effectiveness of the null space damping method is demonstrated by simulation. Additionally, the condition for the distribution of the operational forces required to drive the given system along a natural joint motion trajectory is addressed.     

基于快速扩展随机树的7R机械臂避障达点运动规划

基于单树随机树搜索算法(Single directional rapidly-exploring random tree,single-RRT)和双树随机树搜索算法(Bi-directional rapidly-exploring random tree,bi-RRT),对7R机械臂的避障达点运动规划展开系统研究。基于single-RRT算法进行避障达点运动的数值仿真和实物样机试验。提出一种新的bi-RRT算法,结合末端姿态调整和关节自运动来生成目标树。并利用7R机械臂的解析逆解,生成目标位形。传统的bi-RRT算法只给定了一个目标位形,而新算法中目标点树根是由一群目标位形组成。在给定的障碍物环境中,机器人自动选择某一合适的位形作为目标节点来引导搜索树最有效地生长。通过数值仿真,验证该方法的优越性。利用Matlab和C++的混合编程和OpenGL开发了7R机械臂避障达点运动规划仿真软件。利用该软件,对基于bi-RRT的7R机械臂避障达点运动规划进行虚拟样机的试验研究。     

Optimization of parallel manipulator trajectory for obstacle and singularity avoidances based on neural network

This paper presents a novel method for singularity-free path planning and obstacle avoidance of parallel manipulators. A modified 3-4-5 interpolating polynomial is used to plan a trajectory for a planar 3-DOF parallel manipulator. The polynomial function which is smooth and continuous in displacement, velocity, and acceleration is used to find a smooth path avoiding the obstacles and singularities. An artificial neural network is implemented to solve forward kinematics of the manipulator to estimate the distance between gripper and singularity or obstacle. The simulating results demonstrate the efficiency of the proposed algorithm.     

基于可控性和全局性的空间柔性机器人驱动力矩自运动规划策略

提出了一种有利于控制实施并具有全局性的自运动动力规划方法,优化了柔性机器人关节驱动力矩。在保证机器人实现预定运动轨迹的条件下,利用机器人的冗余度,通过优化机器人各关节自运动,尽可能地同时降低机器人的关节驱动力矩和末端的弹性变形的运动误差。通过对一空间4R柔性机器人的数值仿真验证了这一方法的有效性。