基于ROS的六自由度机械臂运动规划

针对传统机器人在复杂环境下的安全问题以及运动规划问题,采用开源机器人操作系统ROS搭建了机器人仿真平台,并进行运动规划。在ROS平台下,利用URDF文件完成机械臂3D建模;利用Movelt配置助手(setup assistant)配置机械臂模型并且生成启动文件。在Rviz中显示三维模型;利用Movelt完成对六自由度机械臂的运动规划,以及避障轨迹规划。结果表明,通过Rqt_plot导出机械臂运动过程中六个关节的位置关系信息,可为进一步改善和研究机械臂轨迹规划提供更加直观的方法。     

冗余自由度协作机器人运动规划研究

针对传统快速探索随机树(Rapidly Exploring Random Tree,RRT)路径规划算法在新枝点扩展上缺乏目标性和时间复杂度高的问题,以具有偏置构型的7自由度冗余机器人Rethink Sawyer为研究对象,利用引力势函数,对新枝点的扩展进行调节,提出了具有导向性的变步长双向RRT扩展算法完成协作机器人运动规划.采用阻尼最小二乘Newton-Raphson方法对Sawyer机器人逆运动学进行数值求解.通过机械臂运动学模型和运动规划算法仿真、ROS平台的运动规划实验,验证了改进RRT算法进行路径规划的正确性,在操作过程中有效地避免了与约束框架碰撞,降低了机械臂运动规划的时间复杂度.     

ROS下基于EtherCAT的串联机器人控制系统

针对传统工业串联机器人控制系统大多面向特定对象,系统开发工作量大,可移植性差,代码复用率低等不足,提出了采用开源机器人操作系统(ROS)为平台,利用开源IgH EtherCAT主站实现控制系统和驱动器Ethercat通信,通过建立统一机器人描述格式(URDF)模型,结合moveit!提供的开源运动规划库(OMPL)进行上层运动规划,设计开发了具有开放性、可移植性和可扩展性高的机器人运动控制系统.使用快速扩展随机树(RRT)相关算法对控制系统进行试验验证,结果表明:控制系统能够有效完成运动控制并适用于其他类型的机器人.     

基于ROS的差分轮式机器人系统的设计

随着基于机器人操作系统(ROS)的移动机器人应用研究的发展,如何实现快速建图、精准导航和语音交互是其面临的主要问题。为优化以上问题的解决方案,对基于ROS的差分轮式机器人系统进行了设计和研究。系统设计主要包括硬件设计、软件设计和试验测试三部分。首先,提出采用统一机器人描述格式(URDF)仿真模型和运动学模型分析,确定差分轮式机器人的结构形状及运动轨迹。其次,采用高效的FastSLAM算法完成定位与地图构建,全局路径规划采用蚁群算法,局部路径算法采用动态窗口(DWA)算法,使系统的建图更快、导航更精准。最后,通过模型仿真和实物测试完成控制效果的验证。试验结果表明,所设计的机器人系统能快速构建SLAM地图,精准完成导航,并通过语音指令控制机器人运动,避开障碍准确到达指定地点。该设计为移动机器人系统在环境感知与多传感器信息融合方面的研究提供了可靠平台,对基于ROS的家庭陪护机器人系统的研究也具有重要的借鉴意义。     

融合长短时记忆机制的机械臂多场景快速运动规划

针对快速扩展随机树(rapid-exploration random trees,RRT)算法难以有效解决多场景环境下的机械臂快速运动规划问题,提出一种融合长短时记忆机制的快速运动规划算法.首先,采用高斯混合模型(Gaussian mixture models,GMM)在规划的初始阶段通过随机采样构建环境的场景模型,并利用该模型进行碰撞检测,以提高运动规划效率;然后,根据人类的记忆机制原理,对多场景的不同GMM按照即时记忆、短期记忆和长期记忆进行存储,并通过场景匹配算法实现不同场景GMM的快速自适应提取,提高对变化环境的适应能力;最后,通过在Matlab以及ROS仿真环境下6自由度柔性机械臂的运动规划仿真实验对所提出的算法进行验证.实验结果表明,所提出算法可以快速提取场景的记忆信息,有效提高多场景环境下的运动规划效率,具有较强的适应性.     

基于Markov对策的机械臂二维路径规划

针对机械臂应用环境状况较复杂、不确定条件较多,文中使用基于Markov对策的算法对二维机械臂进行路径规划.二维机械臂路径规划是三维多关节机器人规划的基础.首先根据实际的工作环境设定机械臂的运动范围并选择经常出现的动作组合作为机械臂运动的基本行为集,给出各种情况可能获得的报酬,依据多智能体Q值学习算法更新每个关节的报酬值,反解出对应最大报酬值的动作组合.文中仿真绘制最佳动作组合时的运动轨迹,分别仿真绘制机械臂运动环境中无障碍与放置圆形障碍物时的二维运动轨迹,并确定轨迹的误差     

基于OSG的空间机械臂三维仿真平台的设计与实现

为了实现空间机械臂路径规划算法的可视化仿真,采用OSG技术,开发了一个实用方便的空间机械臂三维仿真平台;该仿真平台在VS2005开发平台上,基于QT框架类和OSG的图形库进行开发,将仿真平台系统框架分为了OSG仿真界面,任务管理,数据管理和路径规划四个模块并设计了人机交互界面;最后,通过典型的仿真实验对仿真平台进行了测试,有效地验证了空间机械臂单臂路径规划算法和双臂协调路径规划算法的正确性以及空间机械臂三维仿真平台的可行性。     

基于ROS的多机械臂协同控制

随着21世纪医学技术发展,手术机器人已经成为近些年国内外机器人领域的一大热点,骨科1手术机器人更是其中的核心问题。为了解决目前骨科手术机器人中设备结构庞大、难以适用多场景复杂手术的问题,以六自由度机械臂作为研究对象,使用D-H法对机械臂进行数学建模;针对骨科手术的实际需求,使用ROS对单机械臂进行控制;使用串口通信原理,构建出基于包围盒碰撞检测算法和RRT路径规划算法的双机械臂防碰撞系统,并利用该系统完成基于主从协调的策略的跟踪任务。结果表明,该双机械臂防碰撞系统可以有效完成目标任务,这将为之后骨科手术机器人的协同控制研究提供平台。     

基于深度强化学习的机械臂避障路径规划研究

为了解决现有的机械臂焊接系统调整动作的难度大,缺乏灵活性的问题,本文采用了深度强化学习算法来解决机械臂的路径规划问题;该方法使用一个三层的DNN网络,输入为机械臂的状态信息,输出为机械臂的运动关节角度,通过离线训练,机械臂能够自行训练出一条接近于最优的运动轨迹,能够成功地避开障碍物到达目标点;仿真在一个三自由度点焊机器人的模拟平台上进行,仿真实验表明,采用深度强化学习技术的机械臂能为焊接机械臂规划出一条无碰撞的路径,具有较强的避障能力。     

改进RRT-人工势场法的机械臂堆垛运动方法

快速拓展随机树算法(RRT)在机械臂路径规划中存在随机性强、搜索效率低、规划路径长等问题,不能在货柜堆垛场景中取得相对最优的光滑路径.对此,该文提出了一种改进RRT-人工势场法混合算法进行货柜堆垛机械臂运动规划.首先,对传统快速拓展随机树算法进行改进,在传统快速拓展随机树算法的全局搜索的基础上引入目标搜索,增强了随机树...     

基于机器视觉的目标定位与机器人规划系统研究

为完成机械臂在非特定复杂背景环境下的自主抓取,通过设计RGB-D相机对场景内的物体进行实时检测,采用基于深度学习的目标检测定位方法,并对相机-机械臂-目标物体的三维标定模型进行研究。将物体的三维坐标信息通过ROS话题机制发送给机械臂,并通过moveIT编程规划抓取规划。 通过设计一套基于ROS的视觉检测和机械臂抓取系统,将计算机视觉检测技术以及机械臂运动规划抓取应用在机器人操作系统ROS平台上。实验结果表明,该系统可以实时高效地操作机器人来完成指定的控制作业,提高了系统对环境的适应能力,该系统具有抓取准确、物体识别准确率高的特点,解决了传统机械臂操控中的不足。     

基于改进RRT算法的机械臂路径规划

针对快速探索随机树(RRT)路径规划算法缺乏导向性和规划空间增大时算法时间复杂度高的问题,提出一种目标概率偏置与步长控制的改进RRT算法(I-RRT)。I-RRT结合目标概率偏置,以一定概率使采样点偏置为目标点,提高路径规划的导向性,并引入步长控制优化算法,提高运算效率,优化路径。在MATLAB平台建立了算法的仿真实验,结果表明:I-RRT的导向性与算法时间复杂度均优于经典的RRT算法;并在ROS平台上搭建了六自由度机械臂的避障规划与控制实验,实验验证了该算法的有效性。     

基于ROS的双臂机器人的协同控制路径规划研究

随着现代机器人技术的不断发展,服务类机器人成为早期机器人的代表,并逐渐走进了大众视野。本研究以六自由度柔性机器人为对象,采用D-H法对其进行数学建模。在考虑双臂机器人实际需求的基础上,本研究通过ROS对机械臂进行控制测试,发现运动路径混乱,无法满足实际需求。所以本研究改进了AABB包围碰撞监测算法,通过对空间六面体投影的重叠映射,检测机器人的运动路径是否存在碰撞。实验结果表明,该双臂按摩机器人在改进AABB算法防碰撞协调控制算法的保证下,实现了双臂主从协调的路径规划研究。     

带滚动约束轮移式机器人动态规划的研究

根据轮移式机器人的运动学模型,研究受到滚动约束轮移式机器人在动态环境中的运动规划问题.将快速随机搜索树算法与优化方法相结合,实现了一种新的算法,规划出既可避障又可满足机器人滚动约束的运动.将该算法运用到动态环境下机器人的运动规划中,并通过仿真表明该算法能较好地引导机器人在动态环境中实现满足滚动约束的避障路径.     

空间机械臂在线实时避障路径规划研究

针对目前空间机械臂避障路径规划算法计算量大难以达到在线实时规划的缺点,对空间机械臂的在线实时避障路径规划问题进行了研究和探讨。采用规则体的包络对障碍物进行建模,并借助C空间法的思想,把障碍物和机械臂映射到两个相互垂直的平面内,将机械臂工作空间的三维问题转化为二维问题,并结合二岔树逆向寻优的方法进行路径搜索,从而大大减少了计算量,达到了在线实时规划的要求。最后在空间机器人仿真系统上对其进行了仿真研究,验证了该方法的可行性。     

基于改进的RRT*-connect算法机械臂路径规划

基于双向渐进最优的RRT*-connect算法,对高维的机械臂运动规划进行分析,从而使规划过程中的搜索路径更短,效率更高。将目标偏向策略引入采样过程,同时对采样点区域进行约束,保证每次采样都能朝着目标方向搜索,使得搜索路径更优。在此基础上,采用梯度下降法优化搜索出的路径,将整个路径做平滑处理,去除大角度转弯。利用Matlab对改进后的RRT*-connect算法进行仿真对比分析,从而证明该算法在各种复杂环境下都能保证搜索的概率完备性以及渐进最优性,并且搜索路径更短,用时更少。在ROS平台使用UR5机械臂进行仿真实验,验证该算法的实用性与有效性。     

基于PS-RRT算法的机械臂避障路径规划

针对应用快速搜索随机树（RRT）算法进行机械臂路径规划时,存在采样区域大、有效区域小、路径冗余节点多、剪枝时间长等问题,提出一种基于分区动态采样策略和重复区域节点拒绝机制的高效RRT路径规划算法PS-RRT（partitioned sampling RRT）。首先,通过PS-RRT快速规划机械臂末端初始路径;其次,分段检测机械臂跟随该路径时的连杆碰撞情况,对碰撞路段进行带臂形约束的第二次规划;最后,将初始路径和第二次规划的路径拼接后进行路径裁剪。将所提方法在多种场景中进行仿真验证,结果表明：基于PS-RRT算法的机械臂避障路径规划策略使得无效节点数大幅减少,可高效规划出机械臂的无碰路径,验证了算法的可行性。     

基于改进PRM的采摘机器人机械臂避障路径规划

针对采摘机器人机械臂在不确定的环境中进行采摘作业的要求,提出了一种基于改进概率地图(PRM)算法的机械臂避障路径规划方法。将机械臂工作空间分割成离散单元集合,通过遍历的方法,获得机械臂工作空间中任意离散单元与机械臂有撞位姿之间的映射关系。将空间障碍物分割成离散单元,并通过索引映射关系获得与障碍物有撞的所有机械臂位姿信息,并以此建立关节构形空间。通过PRM算法在关节构形空间中快速搜索机械臂避障路径。仿真结果表明:相比传统PRM算法,改进算法速度提高22. 2%,能够有效地实现机械臂无碰撞路径规划。     

改进人工势场的手术机器人位姿规划

运动避障与路径规划是手术机器人自动化手术中重要的技术环节,为机器人手术提供了良好的术中安全性及准确性.本研究针对上述两关键技术,提出改进人工势场的手术机器人位姿规划算法,首先,通过对引力函数进行改进,在不求取运动学逆解的情况下,能够准确驱动机械臂到达指定位姿;接着,利用快速凸包算法将障碍物凸体化,通过Gilbert Johnson Keerthi (GJK)算法计算障碍物与机械臂连杆等效圆柱面之间的最近距离,使避障距离更加准确;然后,通过自适应步长,使机械臂运动更加平稳快速;最后,引入动态引力常数,使机械臂具有逃离局部极小值的能力.实验结果表明,本研究能够让机器人在避障情况下平稳快速到达规划位姿,并在陷入局部极小值时逃逸,为未来医疗机器人在自动化手术方面提供了新思路.     

基于ROS的机械臂仿真实验平台设计

针对机械臂成本高不利于推广以及远程教学场景下难以进行仿真实验的问题,设计了一种基于机器人操作系统(Robot Operating System,ROS)的机械臂仿真实验平台,该仿真实验平台包括机械臂仿真模块、ROS分布式节点控制模块、上位机控制软件,其中,上位机控制软件完成机械臂的末端控制、关节控制以及机械臂的状态显示等功能;ROS分布式节点控制模块负责将上位机控制软件发送的控制指令处理后发送给机械臂仿真模块;基于该仿真实验平台,仅需修改机械臂模型配置文件即可实现对不同种类机械臂的兼容与个性化定制,大幅降低了实验成本.实践证明,该虚拟仿真实验平台具有可扩展性强、易于维护等优点.