多个关节机器人分布式协作运动规划

由多个关节自治机器人构成的协作系统具有高度非线性和严重耦合性,为此提出了分布式协作运动规划方法(DCMP).应用大系统理论的分解协调方法,通过预估协调变量,解耦协作运动规划问题,使其分解为各个机器人个体的独立子规划,得到能够分布式迭代计算的子系统优化模型.利用协同进化算法在全局优化和约束条件处理方面的优势,DCMP解决高维组合C空间的空间—时间优化搜索问题、静态和动态约束问题,尤其是其它方法难以克服的速度约束问题.仿真实验结果证明了本文方法的有效性.     

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.     

基于协进化路标法的多机器人协作运动规划

针对多关节式机器人协作运动规划方面的难点,在随机路标法的启发下,提出了新颖的协进化路标规划法．这种方法充分利用了协进化算法在优化搜索方面的启发功能和遗传算法对约束条件的处理方法,解决了高维组合C空间的优化搜索问题、静态和动态约束问题和运动轨迹的时间优化问题．并且,通过实验验证了算法的有效性．     

协作机器人系统集成及安全方案研究

随着协作机器人越来越多地应用于汽车行业,其系统需要具备满足安全标准和现场使用要求的安全方案.本文对协作机器人的技术规范进行解读,将其梳理为应用系统设计和安全方案评估两个相互关联的过程;以此作为理论指导,基于UR5协作机器人,将发动机装配线上原有的手动检测工位改造为人机协作的自动检测工位;进行风险评估,在规划设计阶段,从工位布局、控制系统设计、安全防护和使用信息等方面,采取降低风险的措施;最后在生产使用过程中验证该安全方案的有效性.     

机器人运动规划方法的研究

针对路径规划以及碰撞检测这一研究的重点问题,提出了G-空间法、人工势力场法、遗传算法等。序列规划问题一般转化为旅行商问题来求解。在综合现有序列规划和路径规划方法的基础上,提出两种机器人运动规划算法：基于任意路径的运动规划算法和基于直线路径的运动规划算法,思路简单,能对各种机器人工程任务进行运动规划。     

智能空间助老助残服务机器人人机协作导航

针对具有基本认知行为能力的行动不便老人、肢残人士、运动和语言患者这类服务对象,构建了助老助残服务机器人人机一体化导航系统。用户与机器人之间进行交互,自由切换随机行走和自主导航2种运动模式,机器人根据现场环境和作业条件的不同,实时触发人机条件响应生成规则而产生相应的行走行为,作业时人机界面同步呈现虚实结合、实时交互的智能空间,实现人机一体化感知、决策与执行。以移动作业服务机器人为对象进行室内人机一体化导航作业,验证了该人机一体化导航系统的可行性。     

多机器人协作搬运路径规划研究

针对多机器人协作系统,提出了一种新的混合定点转动和遗传算法的方法,解决其协作路径规划问题。该方法利用遗传算法并行计算、不易陷入局部最优的优点,具备概率上寻找全局最优解的能力,同时结合了定点转动法易实现、有效减少单机器人路径浪费的优点。仿真实验结果表明,该规划方法运算速度较快,在得到有效规划路径的同时,也易于实现对单机器人的控制。     

机器人抓取运动目标的轨迹规划方法

本文讨论了机器人在抓取运动目标前的接近轨迹规划问题，给出了一种新的在平面上抓取目标的方案。这种方案适用于机器人接近作直线运动或轨迹已知的平面曲线运动的目标的轨迹规划。本文还研究了当目标沿直线以不同速度运动时机器人手爪要抓取它而必须达到的最小末端速度，最后给出了一些仿真结果。     

机器人运动规划中的姿态空间建模方法研究

提出机器人运动规划中的一种姿态空间建模方法,其基本思想是在工作空间中定义具有某种特征的点为基本碰撞体,可用于机械臂在复杂环境中的运动规划建模。实验表明该建模方法是有效可行的。     

带时间约束的多机器人协作规划研究

通过对多机器人协调规划的研究,将协调任务的要求化为混合整数规划的不等式约束。设计出时间性能指标最优的费用函数,规划出各个机器人最优路径。然后,利用反馈控制器,将规划出满足完整性约束的路径转化为满足机器人运动学约束的轨迹。     

可重构机器人越障运动的规划

提出一种新型的可重构机器人,该机器人在受一个驱动力矩的作用时,在不同约束下表现的输出形式不同. 利用机构这一特点,实现了机器人移动中的自主越障运动．主要针对机器人越障运动中越障高度受导轮和手臂影响的问题,提出一种借助环境同时改变手臂姿态的越障规划方法,有效地提高了越障的高度．通过试验样机验证了规划方法的有效性．     

A Fast Approach for Robot Motion Planning

This paper describes a new approach to robot motion planning that combines the end-point motion planning with joint trajectory planning for collision avoidance of the links. Local and global methods are proposed for end-point motion planning. The joint trajectory planning is achieved through a pseudoinverse kinematic formulation of the problem. This approach enables collision avoidance of the links by a fast null-space vector computation. The power of the proposed planner derives from: its speed; the good properties of the potential function for end-point motion planning; and from the simultaneous avoidance of the links collision, kinematic singularities, and local minima of the potential function. The planner is not defined over computationally expensive configuration space and can be applied for real-time applications. The planner shows to be faster than many previous planners and can be applied to robots with many degrees of freedom. The effectiveness of the proposed local and global planning methods as well as the general robot motion planning approach have been experimented using the computer-simulated robots. Some of the simulation results are included in this paper.     

表情机器人研究现状

本文首先介绍对表情机器人的研究具有指导意义的恐怖谷理论,其次介绍表情实现的理论基础,即通过对脸部肌肉的分析说明表情运动的机理和实现机器人表情的方法。在此基础上,本文综述近年来国内外表情机器人的研究实例,最后就该领域的研究内容及如何进行更深层次的研究进行探讨。     

基于蚁群算法的机器人路径规划

移动机器人路径规划是机器人学的一个重要研究领域,栅格法模型是其中一类实时性很强的路径规划模型。该文引入蚁群算法的思想,以点离目标点距离、该点的访问次数和移动方向信息素为启发式因子,建立了一种新型的优化算法。新算法不仅能够较好地对已有算例进行求解,而且对于随机设计的新例子求解效果良好。     

空间桁架的人-机协作装配规划与试验验证

该文以空间直立桁架结构的人-机协作装配流程为研究对象,提出一种适用于径向快装桁架模块单元的创新构型,建立了基于状态矩阵和邻接矩阵的桁架结构装配序列、装配模式和装配过程的数学模型。该文还对空间环境下桁架装配的人-机能力约束进行分析,提出基于动素分析的装配任务层级化分解方法,利用比较分配原则制定了适用编程的人-机协作装配任务流程和分配方案。基于所提出方案,通过开展人穿戴模拟宇航服与机械臂协作装配 5 m 长直立桁架结构的地面演示试验,验证了该方案的合理性和组装流程的可行性,为空间大型设施在轨构建提供了技术原理支撑。     

动态环境下基于人工势场的移动机器人运动规划

分析了传统势场法在动态环境下的不足,并在此基础上引入了速度势场的概念,改进了传统的势场函数,推导出新的引力函数和斥力函数.在新的势场函数作用下机器人能够快速调整自身的速度大小和方向,使其快速脱离障碍物的威胁并能快速地到达目标或追踪目标.仿真实验验证了新的势场方法的有效性.     

On Intelligent Robot Motion Planning via Learning

Automatic motion planning is one of the basic modules that are needed to increase robot intelligence and usability. Unfortunately, the inherent complexity of motion planning has rendered traditional search algorithms incapable of solving every problem in real time. To circumvent this difficulty, we explore the alternative of allowing human operators to participate in the problem solving process. By having the human operator teach during difficult motion planning episodes, the robot should be able to learn and improve its own motion planning capability and gradually reduce its reliance on the human operator. In this paper, we present such a learning framework in which both human and robot can cooperate to achieve real-time automatic motion planning. To enable a deeper understanding of the framework in terms of performance, we present it as a simple learning algorithm and provide theoretical analysis of its behavior. In particular, we characterize the situations in which learning is useful, and provide quantitative bounds to predict the necessary training time and the maximum achievable speedup in planning time.     

基于表面肌电的运动意图识别方法研究及应用综述

表面肌电信号 (Surface electromyography, sEMG) 是人体自身的资源, 蕴含着关联人体运动的丰富信息, 用它作为交互媒介以构建人机交互 (Human-robot interaction, HRI) 系统有天然的优势.通过肌电信号实现人机自然交互的关键是由肌电信号识别出人体运动意图, 通常包括离散动作模态分类、关节连续运动量估计及关节刚度/阻抗估计等三方面内容.本文详细归纳基于表面肌电的运动识别方法研究成果, 总结当前研究的特点; 随后, 介绍基于表面肌电的运动识别技术的应用现状, 并探讨制约其推广的主要问题; 最后, 展望该技术的未来发展.