基于改进圆弧转接的直线段连续过渡算法

复杂曲面是数控加工中的一种类型,在数控系统加工前,商业软件会将复杂曲面离散成海量直线段逼近,但相邻直线段间速度的不连续性严重影响曲面加工质量,因此常采用轨迹段间插入直线或曲线来改善速度的连续性。基于已有轨迹段间插入圆弧的转接算法,提出一种基于公差的改进圆弧过渡路径规划算法,在保证转接轨迹精度的同时提高了转接速度。进一步,采用一种加速度连续、加加速度有界的7段S形加减速曲线,实现了刀具路径速度规划及插补。基于上述算法进行了曲线加工验证实验,实验结果表明,所提算法能够在达到同等加工精度条件下,显著提升轨迹段间的转接速度(的连续性),提高复杂曲面加工效率。     

连续轨迹段平滑过渡的前瞻插补算法

针对数控机床处理连续轨迹段时启停频繁、加工过程中因加速度突变所引起的冲击振动,进而导致加工效率及精度降低等问题,以多项式为基础,构建一种柔性加减速控制的前瞻插补算法。首先,在相邻轨迹转折点处建立圆弧过渡模型,根据轨迹误差及加速度等约束条件求得过渡圆弧处的最大转接速度;其次,为实现加加速度可导、加速度连续可导,提出一种基于多项式的柔性加减速算法;再次,基于柔性加减速算法和前瞻控制实现对连续轨迹圆弧衔接处速度的规划;最后,在运动平台上进行对比试验验证。试验结果表明,提出的前瞻插补算法满足系统的轨迹精度要求,速度和加速度曲线连续平滑且没有突变,保证了加工过程中的平稳性并提高了效率。     

基于合成运动的Delta机器人轨迹规划

针对Delta并联机器人抓取-放置作业时,在关节坐标空间与直角坐标空间中的运动曲线不平滑问题,提出了一种基于合成运动的圆弧轨迹规划方法。首先,利用圆弧轨迹规划拾放操作的动作,确定机器人在直角坐标空间中的运动轨迹;然后,利用多项式运动规律对圆弧所对应的角度区间进行规划,确定末端轨迹在竖直与水平方向上的运动状态方程,并由此获得末端轨迹中插补点的位置、速度、加速度信息;最后,以拾放操作周期为约束条件,运用基于合成运动的圆弧轨迹规划方法对Delta机器人进行轨迹规划,并分析直角坐标空间与关节坐标空间中的运动特性。由仿真与实验对比分析得:基于合成运动的圆弧轨迹比常规门型轨迹的运动特性曲线更加平滑、自然,其角加速度与末端加速度的峰值分别减少了60%、80%。     

基于S型速度曲线的机器人连续多轨迹规划

针对工业机器人在笛卡尔空间的多轨迹规划问题,设计出一种基于S型速度曲线的连续多路径平滑过渡算法.根据特征点坐标、半径调节参数和进给速度在路径拐角处建立圆弧模型进行转接过渡,并采用四元数对姿态进行插补,建立空间直线与圆弧的位姿模型.在MATLAB平台上与首末速度为零的传统S型速度控制算法进行了连续多轨迹仿真实验对比.结果 表明:与传统加减速控制算法相比,该算法的执行效率可提高近37.1％,并可实现多路径段间的平滑过渡,大大减少了机械冲击.     

面向连续短线段高速加工的圆弧转接前瞻控制算法

针对连续短线段高速加工中速度和加速度突变会引起机床运动不平稳的问题,提出在相邻线段间构建满足精度且曲率连续的NURBS圆弧过渡路径,以实现拐角平滑转接的方法。在此基础上,提出一种圆弧过渡前瞻控制算法,采用7段和5段混合的双向S形加减速控制算法进行速度规划,旨在满足弦高误差和机床动力学条件下获得最大转接速度,避免电机频繁启停,实现速度、加速度的连续高速平滑转接,大大减少了对机床的冲击。算例表明,该算法能获得更高更平稳的转接速度,可有效提高加工效率和加工质量,满足高速加工的需求。     

采用回旋线的Delta机器人轨迹优化

机器人末端轨迹优化时通常采用圆弧来连接两段直线,但直线与圆弧的切换过程中加速度存在突变,进而导致惯性力的突变,引起振动。为避免惯性力的突变,对采用回旋线-圆曲线-回旋线连接两段直线的方式进行了研究,进而避免了门形抓放轨迹中法向加速度的突变。此外,为使末端沿着既定轨迹运动时切向加速度波动最小,利用3-4-5次多项式的运动规律来优化末端速率的变化曲线。以末端执行器的最大加速度最小为优化目标,获得运动轨迹的优化参数。实验结果表明,利用此优化算法得到的轨迹与常用的圆弧处理门形轨迹比较,提高了运动平稳性,并减小了机器人执行器的残余振动。     

面向牙刷操作的Delta机器人设计与轨迹规划研究

结合牙刷自动化生产的需求,研究面向牙刷高速拾放操作的Delta机器人。简化Delta机器人的结构模型,研究机器人正运动学和逆运动学求解方法。分析牙刷上料的工作流程,确定机器人结构参数,设计机器人本体结构以及末端执行器。采用弧线过渡的门字形轨迹,基于3-4-5次多项式运动规律对机器人进行轨迹规划,利用ADAMS软件进行动力学仿真。结果表明,机器人末端的速度、加速度曲线连续,主动臂驱动力矩曲线连续无突变,满足牙刷生产中高速拾放操作的性能要求。     

基于新型柔性加减速控制算法的前瞻插补研究

为解决数控系统处理连续微线段时启停频繁以及插补过程中加速度突变等问题,通过建立圆弧过渡转接模型,根据转折点处的约束条件规划出过渡圆弧处的最优衔接速度,基于新型柔性加减速控制算法对多轨迹段进行速度前瞻规划。经过实验验证,该前瞻插补算法输出的轨迹误差不超过系统给定的最大值,且速度和加速度曲线连续平滑,在满足加工要求的同时能最大限度地提高加工效率,达到了实验最初设计目的。     

基于Bézier曲线的小直线段局部转接光顺研究

连续小直线段轨迹(G01)是实际加工过程中最常见的轨迹形式,而直线拐角处的几何不连续性势必会带来速度和加速度的突变,严重影响加工质量和加工精度。为提高G01轨迹的加工效率和加工质量,提出一种基于三次Bézier曲线的小直线段转接光顺算法,并建立拐角转接控制模型,实现轨迹连续性的提升。同时,为进一步提高加工效率,所提算法保证转接曲线曲率极值点出现在Bézier曲线中点处,并能够实现曲率极值的解析计算,并以拐角曲率最优为目标实现转接光顺控制。在加减速方面,基于柔性加减速控制方法,提出一种切向跃度连续的加减速曲线形式,并以此为前提,应用双向扫描算法实现速度前瞻过程,完成速度规划和插补。最后与现有算法进行对比,试验结果表明所提算法能够在保证相似加工精度的前提下显著提升加工效率。     

基于S型曲线加减速的机器人圆弧轨迹规划与仿真

轨迹规划算法在机器人控制中的地位十分重要,其优劣会直接影响机器人的运动速度、精度以及平稳性。结合康尼公司设计的KNT-ESR6B机器人,针对传统加减速算法的运动加速度突变所造成的机器人运动抖动问题,提出了基于S型曲线加减速的空间圆弧轨迹规划算法,并在Matlab平台进行了仿真实验。     

基于跳度约束的连续短线段高速加工运动学平滑算法

针对连续短线段刀具路径加工过程中,机床进给轴速度和加速度突变引起刀具振动,影响加工质量等问题,提出适用于高速、高精数控机床的新型运动学平滑算法。对连续短线段刀具路径,利用跳度约束加速度曲线,对其附加速度、加速度、位移边界条件,并结合最大轮廓误差和驱动器的运动学限制,推导出拐角处的最佳转接速度和短线段路径的最大进给速度,实现进给轴速度和加速度平滑转接。通过实验对比直线型加减速算法验证分析表明,在加工具有29个拐角的连续短线段刀具路径时,加工时间减少了11%,刀具路径达到G3连续,速度曲线达到G2连续,加速度曲线达到G1连续,有效减少了刀具振动,提高了加工质量。     

双五次多项式过渡机械手轨迹规划

笛卡尔空间中,机械手的轨迹运动一般是由多段连续的直线段或圆弧段接合在一起的。连续轨迹段间的过渡是基于笛卡尔空间轨迹规划中的难点,5次多项式过渡算法是机械手笛卡尔空间连续轨迹间位置过渡的主流算法。具有加速度连续的优点,但也存在过渡几何形状难以控制,最大加速度难以估算的缺点。针对这种情况,采用双5次多项式融合算法,实现过渡过程中的几何形状约束,最大加速度约束,同时给出最大加速度估算和允许的边界速度的表达式,实现直线-直线,圆弧-直线,圆弧-圆弧之间的平稳过渡。     

数控加工中直线段转接速度规划算法研究

使用数控机床加工复杂直线段轨迹时,由于受到弓高误差和加速度的限制,直线段转接位置的速度通常较低,显著影响加工效率。首先介绍了直线段转接角的概念,并研究了基于二分法的最优转接角计算方法;为了保证加工时实际转接角等于计算出的最优转接角,提出了基于逆推减速的直线段转接速度规划算法;最后将算法应用在某数控系统上,并设计了由多段直线段组成的复杂轨迹。9个转接角的转接速度最大提高了464.18%、平均提高了227.85%,显著提高了直线段的转接速度。     

多约束条件下的机器人时间最优轨迹规划

提出了一种工业机器人时间最优轨迹规划及控制的新方法。对于笛卡尔空间中给定路径上的离散路径点,通过运动学逆解求得与之对应的关节节点序列,采用三次样条插值方法构造各关节位移、速度、加速度均连续的轨迹。在考虑关节空间中速度、加速度、加加速度约束条件的同时,确保机器人在笛卡尔空间各离散路径点处满足由给定路径所决定的速度约束条件,减小机器人运动路径与给定路径之间的误差。采用序列二次规划法求解上述非线性约束优化问题,进而规划出沿特定曲线方程运动的机器人时间最优轨迹。最后将上述算法应用于剪带机器人,证明了该算法的有效性和可行性。     

一种动态的自适应前瞻嵌套规划算法

针对传统自适应前瞻规划算法在计算时需要将前瞻首末速度设置为固定值，且过渡衔接部分无法动态调整等问题，提出一种动态调整过渡部分的自适应前瞻嵌套规划算法。以给定误差为约束，建立拐角处圆弧转接模型。基于线性加减速模型，将自适应前瞻分段与嵌套衔接的最佳角度定为自适应前瞻分段角度，并限制自适应前瞻的末速度以实现嵌套规划。将动态调整引入前瞻规划中，动态调整过渡圆弧半径以实现全局最优。实验表明，通过动态的自适应前瞻嵌套规划算法，可以对路径进行有效规划，既提升了路径的最大允许速度、平均轮廓精度，又降低了加工耗时。     

基于组合正弦函数的机器人轨迹规划方法

提出了一种加速度函数为组合正弦函数的轨迹规划方法,它由两种不同频率的正弦曲线组合而成,本方法不但可以降低速度和加速度的峰值,而且还可以减少运行时间,使机器人运动平稳,避免振动和过冲现象,减少机械零件的磨损,延长机器人的使用寿命,可以使机器人能够精确、稳定、快速、高效地到达预定位置,完成拾放操作.     

数控连续加工中提高轨迹段转接速度的方法研究

为了提高连续加工中轨迹段间的转接速度,提出“圆弧转接法”。首先分析了转接速度对轨迹转角敏感的原因,然后给出了在转角处插入圆弧的方法,推导了转接速度的计算公式,提出了该算法在数控系统中的实现流程。实验表明,在保证精度的前提下,应用该算法显著提高了转接速度。     

码垛机器人修正正弦函数插值的轨迹规划

针对应用在医药包装生产线上的码垛机器人在高速作业过程中存在的振动和冲击问题,提出了一种加速度函数为三段修正正弦函数的轨迹规划新算法,以完成对码垛机器人关节空间的轨迹规划。从实际生产中常用的规划曲线中选择运动性能俱佳的优良曲线,在此基础上对其进行修正,然后结合遗传算法以最大速度、最大加速度以及最大急动度为目标进行参数优化,获得最优修正参数,并对修正前后的正弦函数曲线性能进行对比分析。最后研究结果表明,该算法能够使得速度和加速度的峰值均降低4.09%,提高了码垛机器人的动态性能,同时为码垛机器人的轨迹规划设计提供理论依据。     

双S速度规划器的改进及其在协作机器人中的应用

本文研究了双S速度规划器在协作机器人中的计算和应用问题,解决了双S速度规划器在应用中最大速度不可达情况下存在轨迹不能规划的情况,对双S速度规划器进行改进。具体方法是对加速度最大值进行衰减迭代,重新分配加/减速度段时间。最后将改进的双S速度规划器作为轨迹规划器算法应用于协作机器人,机器人运行平稳。改进后的双S速度规划器能够解决机器人因采用传统轨迹规划器或在双S速度规划器下无法规划引起的抖动问题。     

制鞋涂胶机器人转接点处速度规划及其ADAMS仿真研究

针对制鞋涂胶机器人涂胶运动不同轨迹段转接点处易产生冲击失步问题,提出了针对不同轨迹段转接处设置转接速度进行预规划的方法。首先在涂胶胶口处进行涂胶运动速度分析得到机器人上末端执行器的速度参数大小,然后对不同轨迹段转接点处进行了速度规划,最终在ADAMS上建立的涂胶机器人仿真模型上验证了速度规划结果。