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。     

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。     

柔性冗余度机器人考虑抑振的力矩优化算法

利用拉格朗日乘子法对柔性冗余度机器人考虑抑振的关节力矩优化进行了研究。应用模态理论研究了柔性冗余度机器人振动控制的原理，分析了自运动对机器人振动的影响，把主动控制思想应用于柔性冗余度机器人振动的控制中，通过规划自运动构造出合适的模态控制力对机器人的振动进行主动抑制。在此基础上利用拉格朗日乘子法，提出了一种在满足抑振的同时进行机器人关节力矩优化的方法，数值仿真验证了本方法的有效性。     

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     

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     

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。     

优化初始位形减轻具有柔性杆和关节的冗余度机器…

提出了利用最优初始位形以减轻具有柔性杆和关节的冗余度机器人变形振动的新方法。优化结果表明，在规划机器人的运动时，初始位形的优劣对柔性机器人的动力学性能有很大的影响。     

优化初始位形减轻具有柔性杆和关节的冗余度机器人振动变形

提出了利用最优初始位形以减轻具有柔性杆和关节的冗余度机器人变形振动的新方法。优化结果表明，在规划机器人的运动时，初始位形的优劣对柔性机器人的动力学性能有很大影响。     

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。     

柔性冗余度机器人的可操作性柔度的研究

把机器人操作器的杆件的柔度按照势能等效原理附加杆件的伺服关节柔度上,称为等效关节柔度;利用操作器的关节空间和直角坐标的空间的对偶关系,得到操作器末端的等效柔度矩阵,并提出了综合柔度的概念,以表明操作器末端柔度大小;结合冗余度机器人操作器的可操作性能,提出了在柔性冗余度机器人中操作器的柔性和可操作性对其性能的综合影响指标－－可操作性柔度。通过调整冗余度机器人的“自运动”最小化可操作性柔度,从而取得具有较低的柔性和较好的操作性能的操作器的最佳工作姿态,为柔性冗余度机器人的控制提供了依据。     

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。     

冗余度机器人研究动向

冗余度机器人，从运动学的观点来说是指完成某一特定任务时，机器人具有多余的自由度。多余的自由度可用来改善机器人的运动及动力学特性，如增加灵活性，躲避障碍、回避奇异、优化主运动任务下的辅助操作指标，优化关节速度，加速度，力矩，能量等。冗余度机器人由于其自身众多优点而越来越受到人们的关注。本文介绍冗余度刚性机器人、冗余度柔性机器人研究的发展现状及存在的问题。     

基于神经网络的冗余度机器人动态最优化控制

进行了冗余度机器人动态最优化控制的研究,由于局部优化方法有一定的局限性,研究中采用了全局优化方法,基于全局优化的思想,提出了一种冗余度机器人的动态优化控制算法,由于控制算法在数值求解时的困难性,在算法中应用了神经网络,用其来逼近复杂的非线性函数,使问题求解得以简化,通过仿真验证,此控制算法能够获得良好的动态性能,运算速度快,具有工程应用的可行性。     

两4R冗余度柔性机器人协调操作的运动规划

提出了改进的关节初始位形规划法、改进的自运动规划法以及初始位形和自运动规划综合法，并对冗余度柔性协调操作机器人进行了运动规划，在保证两机器人协调以及两机器人各杆的弹性变形和动应力不超标的情况下，有效地降低了系统负载质心的位置误差，改善了系统的运动学性能，并且规划后的角加速度规律容易实现。     

冗余并联机构的内力及应用

明确给出了并联机构的内力定义,并对非冗余机构非奇异位置、非冗余机构奇异位置和冗余机构三种情况的内力状况分别进行了说明。对于冗余并联机构的内力问题,给出了内力空间的维数和基底,指出了每种内力状态都是内力空间中的一个元素。以该定义为基础,文章给出了可用内力空间的范围及其判别条件。还分析了采用内力的方法来消除铰链间隙,提高运动精度的措施。以一种冗余Stewart机构为例,考察了内力改变机构刚度的效果,发现内力对这种机构刚性的改变作用很有限。这些结论为冗余并联机构的运动控制以及靠冗余驱动提高机构性能提供参考。     

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.     

冗余度柔性机器人复模态振动主动控制

研究了具有压电作动器与应变传感器的冗余度柔性机器人的振动主动控制问题；建立了受控系统的状态空间表达式；获得了压电作动器的实际控制电压，并根据连杆中点的应变信号对受控系统的状态进行了近似估计。仿真算例表明，该方法可以显著改善受控系统的动力学性能。     

冗余度柔性协调操作机器人的动力规划

以冗余度柔性机器人各杆件的最大动应力及系统最大动应力的分配为约束条件，提出了不同目标的改进的初始位形规划法和多目标规划法，对冗余度柔性协调操作机器人系统进行动力学规划，有效地降低了冗余度柔性协调操作机器人各杆件的驱动力矩、功率和最大动应力。同时，多目标规划法也降低了关节驱动力矩和系统位置误差的平均值。规划后的关节角加速度规律比较容易实现。