一种并联机器人轨迹规划算法研究

针对并联机器人工作空间微小线段间拐角处产生的冲击与振动问题,提出一种基于笛卡尔空间与关节空间相结合的机器人联合空间轨迹规划方法。在笛卡尔空间中采用三次非均匀有理B样条曲线对机器人末端执行器复杂的加工轨迹进行插补。为解决笛卡尔空间微小线段间拐角处的切向不连续导致轨迹突变的问题,基于并联机器人逆运动学模型,将笛卡尔空间轨迹规划算法所得插补点映射到关节空间,采取五次均匀B样条曲线进行第二次轨迹插补,平滑并联机器人运动过程中加速度及加加速度突变曲线。并在动力学层面验证所提算法的有效性。仿真结果表明：联合空间轨迹规划策略能使机器人末端执行器较好地改善连续高阶曲率导数的轨迹平滑问题,提高末端跟踪精度。实验结果表明：末端跟踪误差值最大减少21.12%,力矩最大值减少11.65%。     

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。     

基于五次B样条的机械手关节空间平滑轨迹规划

为实现机械手作业轨迹平滑,关节轨迹的速度、加速度、加加速度保持连续,起始和停止的速度、加速度和加加速度可以任意配置,采用5次B样条曲线插值方法构造关节轨迹。推导了B样条曲线插值轨迹算法;通过VC++6.0开发平台,基于MFC框架类和OpenGL图形库仿真出机械手的运动过程,并绘制出各关节的位置、速度、加速度时间曲线图。仿真结果表明,该方法使机械手关节调整平滑且运动平稳,运动性能显著优于传统的三次样条轨迹规划。     

焊接机器人空间轨迹段间位姿平滑过渡方法

针对目前采用传统轨迹过渡方法在实现多段焊接轨迹过渡处理仅能保证机器人末端速度的平滑性，却无法实现满足弓高误差要求的问题，提出采用三次非均匀有理B样条曲线(non-uniform rational B-splines, NURBS曲线)的最大弓高误差可控的轨迹过渡方法。根据最大弓高误差计算过渡路径点，并用NURBS曲线对路径点进行拟合得到过渡轨迹。此外，基于位姿同步，对衔接点的角速度进行前瞻处理，并采用S型加减速对轨迹姿态进行规划。在自主搭建的机器人测试平台验证所提出的轨迹过渡方法，实验结果表明可以根据焊接工艺需求设定最大弓高误差，且在保证机器人末端线速度和角速度平滑性的基础上，保证实际弓高误差小于设定值。     

铣削机器人去除锻件裂纹的轨迹规划研究

针对铣削机器人去除锻件裂纹的问题,进行了相关轨迹规划插补算法的研究。首先,将离散的裂纹轨迹型值点用三次B样条曲线插值,拟合的曲线就是机器人末端执行器的运动路径。其次,提出了梯形速度控制算法,将裂纹路径按照速度敏感点进行分段,确定出每段曲线的加速段、匀速段、减速段的进给速度,进而利用泰勒展开式确定出每个采样周期的插补参数;同时,用三次B样条曲线插补形成各坐标轴的运动增量。最后,建立机器人运动学模型,将笛卡尔空间的插补数据映射到机器人关节空间,在分析机器人各关节位移、速度、加速度的基础上证明了这种插补算法在实际应用中的可行性。     

基于改进DE算法的工业机器人时间最优轨迹规划

为提高工业机器人的工作效率,提出一种进行时间最优轨迹规划的新算法。通过对已知任务轨迹的关键点进行运动学反解,求解与之对应的关节空间位置序列,并采用5次非均匀有理B样条曲线构造关节运动曲线,能够保证机器人各关节位置的准确性,实现各关节运动的速度、加速度以及二次加速度的连续性。通过改进差分进化(Differential Evolution简称DE)算法,充分利用不可行解的信息,加强对边界的搜索,增强了算法的全局搜索能力。与遗传算法以及差分进化算法进行比较,利用该算法进行轨迹规划,结果显示该算法的搜索速度更快,所得的数值结果更小。     

六自由度切削机器人在复杂曲面加工中轨迹规划研究

针对复杂曲面难以加工的问题,研究了一种切削机器人加工叶轮的加工方式。以叶轮叶片单条精加工路径为例,通过B样条插补算法规划了机器人末端加工刀具的进给速度、弓高误差、末端刀具位姿。利用ADAMS仿真运行,切削机器人进给速度及轨迹均能够平稳过渡、各关节的运动实现了自适应调整。最后分析了机器人各关节角、角速度等参数及其相互关联特性,验证了所研究的轨迹规划方法的有效性和实用性。     

高精度可重构工业机器人的轨迹规划方法

为解决高精度制造业中机器人适应性差,无法重复利用的问题,将可重构工业机器人应用到制造业中。针对不同构型的机器人,提出了一种确定可重构6自由度机器人运动学参数的方法。定义单个模块坐标系和模块间坐标系的转换关系,并将与机器人构型变化相关的信息存储在专用库中,通过可重构的正向运动模块动态生成末端执行器在笛卡儿空间中的位置和方位;提出采用5-3-5样条曲线的机器人轨迹规划方法;建立单样条曲线和多样条曲线轨迹规划方程,求解不同参数下的最佳运动轨迹,保证了所生成的轨迹在位置、速度上是连续可微的,并且在开始和结束时具有0阶连续的加加速度轮廓;通过MATLAB进行轨迹跟踪仿真,与其他轨迹跟踪误差控制方法进行对比,仿真结果证明:所提出的轨迹规划方法具有良好的控制精度,并可使机器人无振动地平稳运行。     

基于改进麻雀搜索算法的机器人能耗最优轨迹规划北大核心

为提高机器人能量利用率,提出一种基于改进麻雀搜索算法的机器人能耗最优轨迹规划方法。为使机器人各关节速度、加速度、加加速度有界连续,采用7次B样条曲线构造关节空间轨迹。将运动学参数与动力学参数相结合计算机器人工作总能耗。在麻雀搜索算法基础上,用精英反向学习、非支配排序以及高斯-柯西变异策略对其进行改进求解出最优能耗所对应的时间序列,进而规划出能耗最优连续运动轨迹。仿真结果表明,所提轨迹规划方法不仅能实现轨迹的连续平滑,而且能有效降低能量消耗,节约生产成本。     

基于新S型速度规划的B样条曲线算法研究

为使基于LinuxCNC开放式焊接机器人系统具有精确轨迹运行和加工自由曲线的能力,提出了新型速度控制算法,并基于该新型速度控制算法完成B样条曲线的数学模型及其插补原理分析,提出了3次B样条曲线瞬时速度插补算法,分析了LinuxCNC的Motion层原理,给出了在LinuxCNC系统中实现B样条曲线算法的设计步骤。实验仿真结果表明:B样条插补算法能在LinuxCNC系统中实现自由曲线的轨迹运行,并在预览界面中显示出较好的曲线行走效果。     

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生较小的冲击以及缩短机械臂的运动时间,使得机械臂的运动控制性能得到提高。     

基于轨迹压缩的机器人轨迹插值与仿真

针对机器人关节空间轨迹插值中插值点选择的复杂性，以Delta机器人动平台门字形轨迹为研究对象，提出一种基于轨迹压缩的轨迹插值方法。采用PH曲线平滑过渡动平台运动轨迹拐角，将任意轨迹点位置以3个主动杆的转动角度表示，形成关节空间轨迹；将遗传算法与改进的TDTR算法结合，对主动杆转动关节的轨迹进行离线压缩，得出特征轨迹点，作为5次NUBRS的插值点进行轨迹插值；与按时间与距离均匀划分所得相同数目的轨迹点作为插值点，进行轨迹插值数据对比，证明基于轨迹压缩的轨迹插值，关节角速度与加速度的最大值降低。仿真对比表明，此方法降低了动平台的最大加速度。测试实验结果验证仿真结论，动平台运动平稳，进行循环拾取操作的速率可达50次/min,证明该方法在提高运动平稳性方面具有优越性。     

基于跟踪微分器的移动机器人轨迹规划与跟踪控制研究北大核心

针对移动机器人的轨迹规划和轨迹跟踪控制问题,提出一种加速度和速度约束情况下,通过贝塞尔曲线拟合参考轨迹,再利用跟踪微分器规划平滑速度的轨迹规划新方法;基于Backstepping方法,建立机器人位姿误差方程并进行控制器的设计,同时分析了控制参数对轨迹跟踪性能的影响;将轨迹规划方法和控制算法结合,并在仿真平台和移动机器人实物平台上进行实验验证。实验结果验证了轨迹规划算法和控制器的可靠性及有效性,相比于未进行速度规划、速度不连续和滑模控制等方法,提出的方法控制平稳且有效减少了位姿误差。     

6自由度工业机器人运动轨迹优化方法研究

针对工业机器人利用5次多项式规划出的轨迹连续但不光滑,导致其工作中产生机械冲击和振动的问题,提出一种5次多项式融合均匀5次B样条的轨迹规划方法。以埃夫特ER3A-C60型工业机器人为研究对象,基于标准D-H参数法建立其数学模型,利用Matlab Robotics Toolbox进行正逆运动学求解并验证了建立模型的正确性。在避开障碍物的前提下,分别在5次多项式的基础上融合均匀3次B样条和均匀5次B样条对机器人轨迹进行规划仿真,得出5次多项式融合均匀5次B样条规划后得到的关节角度、角速度、角加速度关于时间的变化曲线更为光滑,最终融合均匀5次B样条进行轨迹规划,并绘制出末端轨迹图,有效减少了各关节在工作中产生的机械冲击和振动,保证了运行的平稳性。     

基于三次B样条的六自由度液压机械臂轨迹规划北大核心

六自由度液压机械臂具有更高的负重比,但由于液压关节存在响应时滞,易导致机械臂末端执行器行进轨迹出现偏离。为此,提出一种基于三次B样条函数的轨迹纠偏算法。利用改进的D-H参数法标定液压机械臂关节的空间位姿坐标,构造三次B样条函数。根据B样条曲线中当前节点向量的分布,确定相关的示教点与控制点,得到节点向量随时间变化的序列值;对分割后的B样条进行插值处理,可有效纠正液压机械臂的轨迹偏离现象。结果表明:所提出的纠偏算法能够从3个轴向控制移动轨迹出现的局部偏差,使液压关节的力矩误差、角速度误差和加速度误差被控制在较低的范围内。     

基于改进量子遗传算法的机器人关节轨迹优化

电子元器件体积较小,对它进行分拣较一般分拣工作困难且工作量巨大,应用机器人分拣可大大提高工作效率。采用七次多项式曲线插值的方法进行轨迹规划,使运动关节的角速度、角加速度和角急动度曲线光滑连续;提出一种改进的量子遗传算法,引入正态分布概率密度函数以改进量子门旋转角步长策略,对关节运动轨迹进行最短时间优化,使机器人能够在满足非线性约束条件的基础上具有最优关节轨迹曲线。仿真结果表明：该轨迹算法能够快速有效地缩短机械臂关节运动时间。     

冲压机器人关节速度规划

设计一种四自由度冲压机器人,建立梯形加减速控制算法、S曲线加减速控制算法,通过分析速度、加速度、加加速度对冲压机器人运动的影响,为提高其运动的平稳性,提出一种三次S曲线加减速控制算法,通过ADAMS仿真对比3种控制算法的性能,得出三次S曲线加减速控制算法在运动规划中更具优势,为冲压机器人后续的运动分析和优化提供了参考.     

局部刀具轨迹平滑过渡方法的研究

当三轴机床沿线性轨迹运动时,其速度、加速度以及跃度在过渡点是不连续的,直接影响刀具的运动状态,从而降低曲面的精度。提出一种优化方法,通过在刀尖点相邻的线性位置插入三次B样条,从而获得满足误差限制条件、能够实现在连接点三阶连续的的最优刀具位置点样条曲线。通过该方法,可以使刀具在拐角处圆滑过渡,同时保持速度、加速度连续,避免刀具在拐角处产生接刀痕迹。最后通过一大拐角的实验证明该方法相对于传统的线性插补可以提高产品的加工质量。     

新型工业码垛机器人轨迹规划研究

为了使新型工业码垛机器人抓手的位置和速度变化曲线具有光滑、顺畅的特性,且相关轨迹的运动计算量小,本文基于该机器人“取-放”操作的特性,在考虑机器人抓手位置、速度和加速度约束的基础上,采用“4 -3 -4”法对机器人单程运动进行了科学合理的轨迹规划.首先将整段轨迹分为三段,再采用不同低阶多项式对各轨迹段进行插补,且利用Matlab对计算数据生成了轨迹图像,为机器人控制系统的进一步研究打下一定的基础,以实现流畅、连续、稳定自动码放货物的要求.