基于改进RRT算法的线缆自动布线技术

针对机电产品中线缆布局设计效率低、成本高的问题,提出一种基于障碍物与目标吸引的改进快速扩展随机树算法(Obs-GA RRT)的线缆自动布线方法。该方法以基本RRT算法为基础,提出标准扩展、基于障碍物碰撞面片法矢量方向扩展及基于历史与目标点吸引扩展相结合的扩展策略,并采用节点扩展概率准则及多步贪婪准则,自动求解出线缆的布局初始路径,并提出基于扩展碰撞信息的路径优化方法对求解得到的初始路径进行优化。设计并开发了三维线缆自动布线软件系统,进行了算例测试与实例应用,验证了算法的高效可行。     

面向改进RRT算法的回转空间布线技术研究

为解决回转空间下曲率变化大、线缆搜索效率低等问题,提出一种面向改进RRT算法的线缆路径规划的方法.通过对回转空间建模和布线空间划分进行研究,减少了不必要的搜索空间,提高了搜索效率.为解决RRT算法中采样点和扩展方向随机性过强的问题,避免节点"斜跨"表面敷设过大,提出了轴向约束角度采样策略,同时为提高算法整体搜索效率,提...     

基于改进随机路径图的分支线缆自动布局技术

针对机电产品中普遍存在的分支线缆的自动布局问题,提出一种基于改进随机路径图算法的分支线缆自动布局方法。首先根据复杂产品中线缆连接关系的特点,提出并建立了"线缆零件—线束—线缆段"的线缆层次结构模型。然后以基本随机路径图算法为基础,采用基于障碍物的采样策略构建初始路径图,根据初始路径图中的节点失败系数进行路径图的"增强"扩展,并提出局部求解空间扩展策略。对求解得到的路径点,拟合成线作为分支线缆布局结果。最后设计开发了线缆自动布局设计软件原型系统,并进行了算例测试与实例应用,结果验证了该方法的可行性。     

稳定平台中活动线缆的虚拟布局设计方法

针对稳定平台中活动线缆布局设计不合理造成的弹性干扰力矩较大的问题,提出一种基于运动仿真的活动线缆虚拟布局设计方法。该方法首先从拉伸、弯曲和扭转等方面考虑了线缆的物理属性,并建立基于Cosserat弹性杆理论的线缆物理模型,在此基础上建立了以活动线缆干扰力矩最小为目标的布局优化模型,针对无干涉约束、无过弯约束和长度约束进行了仿真过程中的约束条件检测,并以线缆两端的位置、姿态和线缆长度为变量参数,通过交互的和自动相结合的优化迭代方法获得了最小干扰力矩值下的布局方案。最后以某产品的稳定平台为实例,分别进行了仿真计算和实物布线,并对比分析了初始布线方案与优化后的布线方案相对应的弹性干扰力矩,结果表明提出的方法能够有效减小活动线缆所引入的干扰力矩值。     

面向线缆路径规划的改进萤火虫算法研究

为实现线缆在约束环境下优化布局,对布线环境的建模方法以及线缆路径规划的算法进行了研究。采用栅格法对布线环境建模,使搜索空间离散化并对搜索空间中的障碍边界进行处理。同时论述了标准萤火虫算法(FA)的缺点,提出了一种面向线缆路径规划的改进萤火虫算法(IFA)。该算法利用混沌映射初始化萤火虫的位置,把精英个体择优变异与萤火虫算法相结,在保证算法的收敛速度下,提高了算法的全局搜索能力,最终通过与其它人工智能算法对比,验证了该改进算法的可行性。     

火箭贮箱管路自动布局及优化设计方法

针对火箭贮箱管路设计效率低且依赖人工经验的问题，提出一种基于改进快速扩展随机树(RRT)算法和粒子群(PSO)算法的管路自动布局及优化设计方法。利用RRT算法进行管路路径规划，并建立管路的初始控制点模型；由于规划过程中无法考虑流阻和制造能力等工程要求，在此基础上，考虑管路的折弯角度、折弯半径及长度等几何参数对流阻的影响，以最小流阻作为优化目标，建立管路的优化模型，采用PSO算法对管路进行优化；最后以火箭贮箱的箱间段管路为对象，通过仿真验证所提方法的有效性。     

基于改进A*算法的线缆路径规划方法

针对复杂布线空间环境下虚拟线缆的路径规划问题，改进了传统A*算法的估价函数，引入附加值因子来选择合适的路径节点，使用刚性因子评估连续弯折时的线缆路径，将线缆的位置纳入算法来调整线缆路径到最优。二维网格地图中的路径规划和三维模型中的布线结果均表明，改进A*算法能产生合理的布线路径。     

面向混合约束模型的线缆布线技术研究

线缆布线是一个基于约束空间的求解过程,而影响线缆布线的约束因素又是复杂多变的,根据不同的约束条件能得到不同的布线路径。在分析了工程领域的线缆布线问题的基础上,首先提出了约束因子、约束集合等概念,并应用这些概念对影响线缆布线的约束因素进行分析,通过将功能相似的约束因子进行组合,使其形成约束集合,进而建立布线混合约束模型,其次基于该模型分别采用模拟退火算法、蝙蝠算法及粒子群算法进行仿真,最后对计算结果进行对比,进而验证了该模型的可行性。     

基于SMT和LDOB-PRM算法的分支线缆自动布局设计方法

针对机电产品中的分支线缆自动布局设计与优化难题,提出一种基于最小斯坦纳生成树和改进的随机路径图算法的分支线缆自动布局设计方法。该方法采用最小斯坦纳生成树算法求解带有约束的斯坦纳点,并将该点确定为分支线缆的分支点;以基本随机路径图算法为基础,采用低离散度和基于障碍物的混合采样策略,构建一幅覆盖全空间障碍物表面的路径图,再利用A*算法搜索各线缆段的最短路径;对求解得到的路径点进行拟合,并最终获得分支线缆布局设计结果。设计并开发了分支线缆自动布局设计软件原型系统,并进行了算例测试与实例验证,证明了所提方法的可行性。     

面向BIM的铁路信号线缆自动布线研究CSCD

铁路信号系统线缆三维建模是工程安全交底,提高信号系统安装工艺与施工效率的重要手段。为了解决目前流行的BIM设计软件通过手动选取路由点生成线缆的方法在铁路信号系统大规模线缆布设时效率低且对柔性线缆建模支持不足的问题,开发了一种自动三维布线系统。首先提取信号设备BIM模型属性信息,建立属性判断规则,生成初始线缆路由点;然后建立基于工程规则的路由点选择模型,通过A*算法求解得到线缆的最优路径;最后通过拉伸建立线缆三维模型,计算并输出线缆长度等信息,实现线缆的自动布设。通过工程实例验证了技术的可行性。     

基于改进RRT的核退役机器人避障方法

核退役机器人工作过程中,传统快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Tree, RRT)路径规划算法缺乏导向性,路径规划效率低,避障能力弱;为此,提出改进RRT路径规划算法,以提高作业效率和准确率。首先,引入目标偏置函数,并提出自适应步长,使RRT路径规划具有导向性,避免陷入局部最优;其次,采用启发式搜索思想,保留优于其父节点的随机搜索点为新节点;最后,修剪路径中的冗余节点,并采用贝塞尔曲线对路径进行平滑处理。在MATLAB平台上进行仿真,结果表明,改进RRT路径规划算法较传统RRT路径规划算法、RRT-connect路径规划算法效率更高,收敛性更强,可以很好地提高核退役机器人的避障能力。     

基于改进粒子群算法的多分支电缆自动布线技术

以多分支电缆的总质量作为优化目标,考虑电缆敷设相关的工艺约束,基于Steiner最小树建立多分支电缆自动布线的优化数学模型.提出了电缆布局优化的改进粒子群优化算法,采用一维定长度数组对多分支电缆布局进行粒子编码,在电缆分支点处引入引力算子,指导粒子的运动方向,并通过飞机舱段布线实例验证了所提方法的有效性.     

离散点云等残留高度数控加工刀轨生成方法

为了最大化刀轨行间距,从而减少刀轨总长度,针对离散点云提出了一种等残留高度刀轨生成方法。提出以点云局部轮廓点集直接生成残留高度点的迭代计算方法,再根据残留高度点和点云局部点集迭代计算出下一行等残留高度刀位点,从而获得等残留高度刀轨。算法无需点云等距或曲面重构,为了提高算法效率,提出了算法所需数据初值的优化计算方法。最后对典型的点云模型生成刀轨,与等行距刀轨相比,提出的算法生成的等残留高度刀轨总长度大幅减少,验证了算法的可行性和有效性。     

基于稀疏节点快速扩展随机树的移动机械臂运动规划

针对传统移动机械臂运动规划未考虑停靠误差、规划效率低等问题,提出一种基于稀疏节点快速扩展随机树的移动机械臂运动规划方法.研究了停靠误差对移动机械臂运动规划的影响,制定了基于坐标转换的误差补偿措施.针对快速扩展随机树算法在局部空间中过度搜索的问题,改进回归过滤机制,避免了节点重复扩展.考虑边界节点的有效性,提出了随机点边...     

Computational path planner for product assembly in complex environments

Assembly path planning is a crucial problem in assembly related design and manufacturing processes. Sampling based motion planning algorithms are used for computational assembly path planning. However, the performance of such algorithms may degrade much in environments with complex product structure, narrow passages or other challenging scenarios. A computational path planner for automatic assembly path planning in complex 3D environments is presented. The global planning process is divided into three phases based on the environment and specific algorithms are proposed and utilized in each phase to solve the challenging issues. A novel ray test based stochastic collision detection method is proposed to evaluate the intersection between two polyhedral objects. This method avoids fake collisions in conventional methods and degrades the geometric constraint when a part has to be removed with surface contact with other parts. A refined history based rapidly-exploring random tree (RRT) algorithm which bias the growth of the tree based on its planning history is proposed and employed in the planning phase where the path is simple but the space is highly constrained. A novel adaptive RRT algorithm is developed for the path planning problem with challenging scenarios and uncertain environment. With extending values assigned on each tree node and extending schemes applied, the tree can adapts its growth to explore complex environments more efficiently. Experiments on the key algorithms are carried out and comparisons are made between the conventional path planning algorithms and the presented ones. The comparing results show that based on the proposed algorithms, the path planner can compute assembly path in challenging complex environments more efficiently and with higher success. This research provides the references to the study of computational assembly path planning under complex environments.     

类回转体曲面数控加工刀位轨迹规划

针对类回转体曲面高速进给数控加工,提出螺旋线驱动方式下圆环刀具加工轨迹的规划方法。构造螺旋线作为类回转体曲面的导动线,根据曲面上已知接触点轨迹的切线方向估算后续导动点对应的初始接触点。计算初始接触点处圆环刀具的刀心位置,再计算初始刀心位置与后续导动点对应的目标刀位点分别在圆周方向以及轴向的距离差值,利用相邻刀位点与相邻接触点存在的准相似关系,得到接近目标接触点的搜索方向和步长,经过迭代得到目标接触点和刀位点。在分析接触点处曲面曲率和圆环刀曲率的基础上,给出圆环刀加工误差计算方法。将所提出的算法用于鞋楦的五轴数控轨迹规划中,计算结果表明,该算法搜索效率较高,具有理论和实际应用价值,并通过鞋楦的五轴数控加工试验验证了算法的有效性。     

虚拟环境下基于离散控制点的线缆装配规划技术

在对虚拟环境下的线缆装配规划的特点进行分析的基础上,提出虚拟环境下的线缆离散控制点建模以及虚拟环境下基于离散控制点的线缆装配规划方法。该方法通过对线缆离散控制点的单点、多点控制,可实现对整个线缆的可视化交互操作,能够比较清楚地描述线缆的空间位置、走向和装配路径,同时让规划人员直观地观察线缆与零部件之间的干涉情况,实现线缆的实时空间布置和装配过程仿真,为线缆的装配规划提供了一条有效的途径。目前该线缆装配规划软件系统已经在航天产品的装配工艺设计中得到试用,取得了良好效果。     

工业机器人圆周铺料路径规划研究

针对工业机器人圆周铺料作业需求,研究了现有的避障路径规划方法。分析了末端操作手在凹形障碍物中的自由运动空间,改进了A*算法的估价函数,设计了关于姿态角的估计路径耗费,并将估价函数引入RRT算法中,同时提出了基于RRT思想的A*算法。最后,通过仿真实验验证了改进后算法的可行性,并对比了各算法的执行效率。     

复杂环境下磁弹性微型游泳机器人的路径规划与识别跟踪

磁弹性材料设计的毫米级微型游泳机器人可通过外部均匀磁场实现连续形变来完成游泳动作,通过视觉反馈能提高机器人的路径跟随精度,但在复杂背景下机器人的视觉闭环控制易发生识别错误、跟踪失败等现象。针对上述问题,首先获取复杂环境下的障碍物信息,提出改进RRT*算法(IIC-RRT*)进行路径规划,同时基于环形平滑标签的YOLOv5识别跟踪算法(CSL-YOLOv5),在复杂背景下对微型游泳机器人的中心位置与旋转角度进行实时更新。在此基础上进行微型游泳机器人在障碍物复杂背景下的位置与角度的双闭环伺服控制,试验结果表明,提出的路径规划算法改善了路径生成的效率与平滑性,识别跟踪算法提高了微型游泳机器人的识别稳定性与精确性,为磁控微型游泳机器人在复杂背景下的精确控制提供了新思路。