六轴机器人的运动学建模与轨迹规划研究（英文）

以PUMA560机器人为研究对象,对该型号机器人进行运动学分析。首先通过建立运动学模型来求解机器人的正、逆运动学方程。其次运用三次多项式插值、五次多项式插值以及五段位置S曲线插补这三种方法来对该机器人进行轨迹规划。将这三种方法进行分析比较,最终得出五段位置S曲线插补轨迹规划方法可以使机器人运行较稳定,运动特性也较好,进而可以快速平稳地到达期望位姿,最终完成指定任务。     

接触网双机械臂作业车运动学分析及轨迹规划

针对铁路隧道中,接触网作业车自动化程度低、工作效率低等问题,研制一种可完成钢筋探测、钻孔打锚、拉拔测试、吊柱安装、维修保养等一系列作业的接触网双机械臂作业车。运用标准的D-H法对该双机械臂系统进行运动学建模,并对其进行正逆运动学的分析。通过齐次变换推导其末端执行器的姿态和位置,然后经过MATLAB仿真和数学计算结果比较证明建模的准确性。已知双机械臂系统的初始位姿和工作状态下的末端位姿,采用五次多项式插值的方法对双机械臂进行轨迹规划,并得到此轨迹下的双机械臂各关节的位移、速度和加速度曲线图,为双机械臂系统进一步的优化和后续的研究提供了参考。     

搬运机器人的轨迹规划

用五段三次多项式方法对一种搬运机器人的运行轨迹进行规划,并利用Matlab工具对该方法进行仿真分析.结果表明该方法能使运动轨迹的位置和速度都连续,尤其是加速度也连续,并且能够使机器人按照规定路径运动,保证机器人运行平稳不抖动,顺利避开障碍物,满足设计要求.     

基于MATLAB Robotics Toolbox的UR5机器人轨迹规划与仿真

为了解UR5机器人实时轨迹变化情况,根据Denavit-Hartenberg参数法在MATLAB Robotics Toolbox中利用Link函数建立了UR机器人的三维数学模型,对UR5机器人进行了正、逆运动学求解与理论分析,推导出各个关节角之间的变化关系;利用三次多项式插值法对任意PTP (点到点)之间的空间轨迹规划进行理论分析,并结合MATLAB Robotics工具箱对UR5机器人数学模型进行了空间轨迹规划和仿真,得到了连续变化的轨迹曲线。仿真结果验证了机器人运动学模型的正确性和合理性,为UR系列机器人的进一步研究和应用提供了理论依据。     

基于CAD/CAM技术的机器人连续轨迹规划

在复杂零件造型及弧焊中,提出了基于CAD/CAM技术的机器人连续轨迹规划算法.该算法利用CAM中的造型及铣加工功能模块获得待加工工件表面信息,然后综合考虑机器人系统加工精度和加工速度的要求,采用累加弦长的三次参数B样条算法,调整和优化工艺参数,并将CNC轨迹转化成机器人运动轨迹.实验证明,该算法所生成的连续轨迹运动精度更高,运行更平稳,可满足面向复杂轮廓的现代高速高精度的机械加工要求.     

模糊PID控制的桁架机器人轨迹规划研究

针对仓库用大型桁架机器人轨迹规划研究现状,将传统的五次多项式进行优化,设计并规划了一条以电机最大速度和加速度为约束的五次多项式轨迹,得出数学模型。为满足桁架机器人取物这一非线性系统的控制精度要求,设计一种以参数自适应模糊PID的控制方法,对规划好的轨迹作轨迹跟随实验。结果表明:该控制方法能够获得较好的路径跟随结果,可有效提高桁架机器人的运动精度,符合实际使用要求,对同类工程研究具有一定的参考价值。     

基于样条插值算法的工业机器人轨迹规划研究

工业机器人的控制系统是封闭且独立的,通过示教方式来在线编程是很难完成复杂的曲线运动,效率较低。为此在工件面型图像中对待加工轨迹进行规划,根据三次B样条曲线插值算法对规划好的加工路径轨迹进行数据处理,通过离线编程把加工轨迹数据点格式转换成机器人程序文件,把复杂的曲线运动分解成直线运动和圆弧运动,从而实现工业机器人的复杂曲线运动。实验过程中机器人运动流畅没有停顿,实际运动轨迹和规划运动轨迹吻合得很好,证明该方法有效可行。     

工业机器人自适应生成插补周期的轨迹规划算法

为了化简任意轨迹算法过程,提高算法的适应性,利用分类法以及误差法提出了一整套自动生成插补周期的轨迹规划算法,并使得插补曲线的振荡得到抑制.经过仿真和实验证明:该算法实现了轨迹,并满足了相关要求,且算法实用有效.     

基于正弦波加速度曲线的机器人圆弧轨迹规划

针对轨迹规划曲线的平滑性进行研究,提出能够保证C2连续的正弦波加速度曲线对圆弧轨迹曲线进行升降速控制,并采用四元数球面线性插值规划机器人末端平滑的圆弧姿态轨迹。最后在六关节搬运机器人上进行仿真与试验,结果表明:运用正弦波加速度曲线进行升降速控制,不仅能够保证C2连续,而且计算量相对较小,能够较好地满足机器人控制的实时性要求。     

六自由度机器人运动学仿真及轨迹规划

为减小机器人运动过程中的振动和冲击,延长机器人使用寿命,提高轨迹规划的精度,以六自由度工业机器人为研究对象,针对采用五次多项式样条规划的轨迹因加加速度有突变而导致的轨迹精度不高的问题,采用五次和七次非均匀B样条对机器人轨迹进行规划。机器人的运动学建模和轨迹规划的仿真通过MATLAB平台实现。仿真结果表明,采用五次和七次非均匀B样条规划的运动轨迹速度、加速度光滑,加加速度连续没有突变,机器人轨迹精度较好,运动性能优于五次多项式样条。     

直流无刷电机S曲线加减速控制算法及其实现

在直流无刷电机驱动大惯量负载运动过程中,速度突变会造成转子或者齿轮等传动结构机械损坏,且位置控制精度很难保证。为提高直流无刷电机和传动机构的使用寿命以及旋转运动的稳定性和准确性,在深入分析S曲线加减速算法的基础上,提出一种适用于嵌入式平台的简化S曲线加减速实现方法。通过MATLAB仿真拟合出平滑的S曲线,提出不同约束条件下的S曲线平滑度控制指标;通过将S曲线离散化为多个脉冲频段,在嵌入式ARM处理器上实现了直流无刷电机的S曲线加减速控制;通过脉冲测试实验证明了该控制方法能够有效提高直流无刷电机在运动过程中的稳定性和准确性     

基于改进粒子群算法的六自由度机械臂时间最优轨迹规划

针对六自由度机械臂时间最优轨迹规划问题,提出一种基于改进粒子群算法的4-3-4混合多项式插值轨迹规划算法。算法采用自适应惯性权重,它能根据搜索过程的各个阶段采用相应大小的权重,有利于跳出局部最优陷阱,保持粒子群多样性;以非线性学习因子代替传统粒子群算法中固定的学习因子,有效提高算法的收敛速度和求解精度。通过MATLAB进行仿真验证,结果表明改进粒子群算法收敛速度提高46%,寻优精度提高38%,同时机械臂轨迹规划时间缩短了大约36%,充分地证明了该轨迹规划算法的可靠性和优越性。     

基于光滑急动S曲线的激光钢坯标识机构轨迹规划

针对基于倍福PLC搭建的直角坐标标识机械手在标识作业中平稳、准确运动的要求,开发替代PLC内置梯形加减速轨迹的光滑急动S曲线,并对在数值转换过程中引起的精度损失进行三次补偿。对固定标识和飞行标识2种不同的标识类型,分别采用不对称谐波急动AS曲线和正弦急动S曲线进行运动学轨迹规划,可有效实现激光标识设备的平稳运行和准确定位;在所搭建的直角坐标机械手上进行试验验证。结果表明：标识设备各轴运行过程平稳,经过补偿后的终点位置准确。研究成果也可应用于高精度机床的平稳启停和精确定位场合中。     

一种机械臂时间-冲击轨迹的快速求解优化方法

针对NSGA-II算法优化机械臂轨迹耗费计算时间的问题,提出一种时间-冲击轨迹规划优化方法.采用均匀五次B样条函数在关节空间内构造插值曲线,在运动学约束的条件下,利用牛顿法对目标函数进行迭代求解.仿真结果表明:结合牛顿法与埃特金加速法对五次B样条函数插值轨迹规划的时间和冲击进行优化求解,寻优时间短,保证在运动学约束下产...     

减少冲击的五段S曲线加减速新算法研究

以减少机床冲击为目的,提出一种以最大加速度为参量的五阶段S曲线加减速控制新算法。采用解析式对短轨迹代码加工时的最大速度进行分析和重算,并针对重算最大速度时可能出现加加速度过大的情况,提出一种快速求解的带可调参数的迭代算法对加加速度进行限制,以降低加速度变化率。仿真结果表明:该算法参量少,易于编程实现,确定合适的可调参数值可大大减少算法迭代次数,快速限制加加速度值,避免加速度发生突变,保证速度在加工过程中平滑变化,有效地提高了系统的柔性。     

基于FPGA的LED生产设备Molding机运动控制器设计

对目前多轴联动运动控制器进行了研究,总结其硬件系统结构特点与算法,提出一种基于FP-GA的Molding机双轴联动运动控制器,分析了数据采样插补算法、非对称S曲线加减速规划算法、多段预读轨迹规划算法,并在单片FPGA中实现上述算法,在实验平台上验证了速度规划算法的效果以及插补控制的精度.实验表明,各项指标达到设计要求.对方案成本进行了分析,实践表明该方案达到了缩减器件与人力成本的目的.     

基于Hermite插值的管片拼装机轨迹规划

盾构施工中,管片拼装机需要先完成一环的拼装,才能往前进行推进。目前管片拼装机工作效率较低,直接影响着掘进速度。为了提高管片拼装机的拼装效率,结合Hermite插值算法提出一种新的拼装轨迹规划方法,通过各动作始末两点进行Hermite插值,构造出五次多项式,通过加速度、功率等约束解出各具体解。选取用时最长的作为时间基准,重新构造其余五次多项式。在降低启动冲击的同时,将管片拼装机的拼装效率提升了近一倍。