障碍环境下轮式移动操作机随机路径规划方法

针对移动操作机系统的高度冗余性和受非完整约束的特点,将随机路径规划方法应用于移动操作机系统的避障路径规划,首先求出移动平台的一条满足非完整约束的简单路径,然后以此路径作为位置约束,以操作臂的位形空问为采样空间进行随机无碰路径规划,最终实现了移动操作机在满足路径规划约束条件下的无碰操作运动。最后以平面移动操作机为例,通过计算机仿真说明了该方法的有效性。     

基于Lyapunov法的非完整移动操作机运动规划

研究了受非完整约束的轮式移动操作机运动规划问题.根据拉格朗日动力学原理建立满足非完整约束条件的动力学方程,并证明该方程的结构特性.基于Lyapunov理论设计了运动控制器,实现系统从初始位置到目标位置的运动规划.仿真结果表明该控制器的有效性.     

移动操作臂研究现状和发展方向

阐述了移动操作臂的研究现状和关键技术。移动操作臂在传统轻量高自由度机械臂的基础上结合自主移动平台,极大地扩展了灵活工作空间,提高了工作柔性,更适应复杂的工作环境和工作要求。通过分析几种典型移动操作臂的结构设计和功能指标,探讨了移动操作臂的本体结构设计、运动过程控制、路径规划、移动定位导航以及多移动操作臂协作等关键技术,展望了移动操作臂的发展趋势和应用前景。     

双臂机器人无碰撞运动规划

针对双臂机器人任务操作中的非结构化环境特点 ,本文对双臂机器人无碰撞运动规划问题作了深入的研究 ,将 C空间法成功地应用于双臂机器人的无碰撞运动规划 ,通过建立时变 C空间 ,提出了从臂无碰撞状态数据库(CSDB)概念。在本算法中 ,双臂机器人无碰撞运动路径可以通过对从臂无碰撞状态数据库的搜索获得 ,运用该算法可以在时变 C空间中得到一条最优的无碰撞运动路径 ,本算法已经在双臂 SCARATES型机器人上通过试验论证 ,证明算法可行 ,效率较高     

面向可避障域的移动操作机运动规划解析方法

针对传统避障运动规划方法求解时间较长且不能保证避障充分性的不足,从移动平台与串联手臂联合避障的角度出发,通过整体自运动分析和障碍分类来求解可避障区域,进而得到一种移动操作机避障运动规划的新方法.对环境模型、障碍物、操作机关节轴线分布的几何特征进行分析,在此基础上结合8自由度轮式移动操作机自运动的特点,建立典型操作环境下障碍物的可回避性判据,利用此判据求解移动平台的可避障区域,进而面向可避障区域完成移动操作机的运动规划.该方法将空间避障对应的三维搜索问题转化为平面解析问题与一维搜索问题的叠加,虽然还不是一种纯解析方法,但较传统的数值优化方法大大减少了计算量,且保证了避障的充分性.试验结果验证了方法的可行性.     

混合混沌法在机器人操作臂路径寻优中的应用

机器人操作臂的最优路径规划是典型的非线性规划之一.为了避免基于梯度的传统算法因初始迭代值的选取对操作臂路径寻优的影响,本文针对目标物体在空间位姿确定的情形,如何寻求一条既满足关节角约束,又使所有关节转动角之和最小的最优路径这一问题,提出了一种新的最优路径规划方法-混合混沌法,并通过一个具体实例验证其可行性.     

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。     

自由漂浮空间机械臂非完整运动规划的粒子群优化算法

带空间机械臂航天器系统在无外力矩作用时,系统相对于总质心的动量矩守恒而变为非完整系统,由于非完整约束的不可积性,非完整系统的运动规划与控制比一般系统要困难得多.针对这一问题,利用非完整特性研究自由漂浮空间机械臂的三维姿态运动规划问题,导出带空间机械臂的航天器三维姿态运动数学模型,并将系统的控制问题转化为无漂移系统的非完整运动规划问题.在运动规划中,引入Fourier基函数构成系统控制输入,对基函数的系数向量优化,提出一种应用粒子群优化的最优运动规划数值算法.数值仿真表明该方法对空间机械臂及航天器三维姿态运动的非完整运动规划是有效的.     

一种全向移动操作机器人建模与交互作用分析

全向移动操作机器人（Omni-directional Mobile Manipulating Robots,OMMR）是由全向移动平台以及在平台上加装一个或多个操作臂组成的具有主动作业能力的新型机器人系统。在移动平台上加装操作臂后,整个系统动力学行为的复杂性将会因为移动平台与操作臂之间的耦合效应而大大增加,涉及地面-移动平台、移动平台-操作臂、操作臂-操作环境的动态交互,给系统的建模带来极大困难。在建立OMMR运动学、静力学模型的基础上,提出了一种简化的OMMR系统动力学建模方法;基于该动力学模型,建立车-臂交互作用模型并对其交互作用进行分析。仿真和实验验证了车-臂交互作用模型的正确性,间接证明了所提OMMR系统动力学建模方法的合理性和有效性,为机器人运动规划和运动控制提供了模型数据。     

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...     

Trajectory planning of mobile robots using indirect solution of optimal control method in generalized point-to-point task

This paper presents an optimal control strategy for optimal trajectory planning of mobile robots by considering nonlinear dynamic model and nonholonomic constraints of the system. The nonholonomic constraints of the system are introduced by a nonintegrable set of differential equations which represent kinematic restriction on the motion. The Lagrange’s principle is employed to derive the nonlinear equations of the system. Then, the optimal path planning of the mobile robot is formulated as an optimal control problem. To set up the problem, the nonlinear equations of the system are assumed as constraints, and a minimum energy objective function is defined. To solve the problem, an indirect solution of the optimal control method is employed, and conditions of the optimality derived as a set of coupled nonlinear differential equations. The optimality equations are solved numerically, and various simulations are performed for a nonholonomic mobile robot to illustrate effectiveness of the proposed method.     

Comparative study of tracking control for a mobile manipulator: Nonholonomic and dynamic cases

This paper gives an in-depth treatment of the modeling and control of a mobile manipulator which consists of a robotic manipulator mounted upon a mobile robot. By neglecting slip of the platform's tires, nonholonomic constraints are introduced into the equations of motion. By considering wheel slip, the assumption of nonholonomic motion is violated. Nonholonomic and dynamic models of a mobile manipulator are developed and compared using the Lagrange-d'Alembert formulation and the Newton-Euler method, respectively. The dynamic model which considers wheel slip incorporates a nonlinear tire friction model. The tracking problem is investigated by using imput-output linearization for the nonholonomic model. For the dynamic model, a robust control method based on a matching condition is developed to eliminate the harmful effects of wheel slip, which acts as a disturbance to the system. Then, the effect of wheel slip on the tracking of commanded motion is identified via simulation. The effectiveness of the proposed control algorithm is demonstrated through computer simulation.     

基于混合蜜獾算法的机械臂最优运动规划方法

针对六自由度机械臂末端执行器路径及关节空间下轨迹的规划问题,提出一种基于混合蜜獾算法和 3-5-3 分段多项 式插值的最优运动规划方法,实现机械臂末端执行器运动路径最短及关节运动时间最优,并有效降低优化路径与规划路径的差 异。 首先,以标准蜜獾算法框架为基础,在初始化、全局寻优与局部探索中采用混沌反向学习、转移算子、正弦余弦算子以及自 适应扰动系数策略,提高最优解质量与寻优能力,并据此设计机械臂末端执行器无碰撞、最短路径规划方法,引导关节轨迹规划 过程;其次,在关节空间下,利用混合蜜獾算法寻找各关节最优运动时间,在此基础上,利用 2 次 3-5-3 分段多项式插值算法, 在满足各关节位移、速度、加速度约束的条件下,完成机械臂关节平滑且时间最优的轨迹规划;最后,通过与其他规划方法仿真 对比,验证提出的方法能够使规划路径长度缩短,关节运动时间减少,优化路径与规划路径差异较小,并以 UR5 机械臂抓取实 验为例检验了该方法的可行性。     

非完整移动机器人的路径光滑化研究

针对非完整移动机器人的路径光滑问题进行了研究.在传统的路径规划研究中,仅仅考虑某一或某些性能指标,如路径最短、运行时间最少等等,这样规划出的路径存在曲率不连续现象,不能直接用于移动机器人的路径跟踪.文中利用立方螺线作为过渡曲线,对原有路径进行修正,且修正过程中考虑机器人的最小转弯半径约束以及移动机器人的非完整约束,建立的过渡曲线不仅能够保证过渡点处的曲率连续,而且能较好地逼近原有路径.文章最后针对不同初始情况进行了计算,仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于遗传算法的移动机械手运动规划

讨论移动机械手非完整运动最优规划问题.利用遗传算法对移动机械手进行了两点和多点运动规划,采用了浮点数编码及适应度最优保存策略.通过仿真试验,验证了该方法的有效性和可行性.     

THEORETICAL DESIGN AND MOTION PLANNING OF NONHOLONOMIC MANIPULATOR

A new nonholonomic transmission mechanism is proposed based on the nonholonomic the-ory and nonlinear control principle, and combined with conditions of the nonholonomic motion plan-ning and control, that is researched to compose method of the motion transfer chain from this transmis-sion mechanism, on which a new nonholonomic manipulator is designed. This nonholonomic manipu-lator is a controllable multi-joint manipulator that actuated only by two-servo electromotor Its motionexpresses the characteristic of nonholonomy constraint and nonlinear, and that also satisfies thechained form convertibility. And then, using the nonlinear control principle of chained system, motioncharacteristic of the nonholonomic manipulator is applied. From simulation verification and analysis,the usefulness of the theoretical design and control strategies is shown, and that is important in designand research of handiness robot and multi-finger robot hand.     

2自由度绳索牵引并联机器人的高速点到点轨迹规划方法

合理的轨迹规划方法可以提高机器人运动控制的平稳性、快速性和工作效率。当前绳索牵引并联机器人的轨迹规划方法主要采用多项式函数和三角函数满足平稳性要求,但规划算法复杂、快速性较差。针对一种2自由度绳索牵引并联机器人,根据动力学模型推导绳索拉力的单向性约束条件,提出一种新的点到点轨迹规划方法——S型-梯形组合规划方法。考虑到具体的点到点轨迹包含若干个需要依次到达的目标点,构成起始段、中间段和终止段三种不同的运动段,故采用S型-梯形组合规划方法分别设计这三种运动段的速度曲线,使得机器人在起始点和终止点的加速度为零,而中间若干点的加速度不为零,实现动态轨迹规划。仿真试验表明所提出的规划方法不仅可以满足绳索拉力的单向性约束条件,且加速度为简单的一次曲线,可以实现高速的点到点运动。     

考虑关节摩擦的并联机器人平滑轨迹规划

针对一种空间3自由度并联机器人,提出一种近似时间最优的平滑轨迹规划算法。与基于动力学模型的传统轨迹规划算法相比,所提出的算法模型综合考虑了所有运动关节的摩擦力矩,通过虚功原理建立了运动机构完整的动力学模型,并将运动学和动力学约束条件转换为伪速度极值曲线,同时计算出伪加速度零值边界曲线,二者相结合能更准确地反映出规划轨迹应遵循的约束条件。利用五次样条曲线分段构建相平面下伪状态、伪速度和伪加速度的平滑运动轨迹曲线,从而保证了驱动力矩、关节速度和加速度的连续性。最后利用所提出的规划方法对一种并联机器人进行轨迹规划,并通过试验验证了该方法的有效性,指出了并联机器人与串联机器人轨迹规划存在的差异,该算法可用于同类工业机器人的在线轨迹规划。