基于遗传优化算法的柔性机械臂抑振轨迹规划研究

为了抑制柔性臂的弹性振动,提出一种结合遗传优化算法和多项式函数插值的抑振轨迹规划方法。基于假设模态法和Hamilton原理建立了柔性臂系统的动力学方程,揭示了抑振轨迹规划原理。在轨迹优化过程中,采用五次多项式函数构造运动轨迹控制点的基础位移值,以轨迹控制点的位移浮动值作为待优化变量,在满足初始和终止位置运动状态约束的前提下,基于遗传算法优化得到柔性臂振动能量最小的最优抑振轨迹。数值计算和实验结果验证了抑振轨迹规划方法的有效性。实验结果表明:与跟踪常规的五次多项式运动轨迹相比,柔性臂在跟踪最优抑振轨迹时的残余振动最大振幅减小了10倍左右,其衰减时间由12s缩短为4.5s,提高了柔性臂系统的定位控制精度,改善了系统的操作效率。     

计入姿态的绳系卫星概周期振动

建立了计入子星姿态的绳系卫星系统非线性动力学模型,研究了状态保持阶段系统的动力学行为。因计入子星姿态运动,导致子星高频振动与系绳低频摆动耦合,使得面内绳系卫星系统成为快-慢时变的非线性振动系统。应用变量分离和多尺度方法,获得了绳系卫星系统在平衡位置附近的概周期运动。结果表明,计入子星姿态的面内绳系卫星系统表现为概周期振动。     

基于五次多项式的码垛机器人轨迹规划

目的为了实现多轴码垛机器人速度和加速度变化曲线光滑、稳定,简化轨迹规划算法。方法介绍码垛机器人结构,并在码垛机器人结构基础上对码垛机器人运动进行分析,在关节空间下提出一种五次多项式插值的码垛机器人轨迹规划方法,利用五次函数对码垛机器人各个关节速度和加速度进行拟合插值。结果仿真结果表明,五次多项式轨迹规划方法拟合曲线更加光滑,同时保证速度和加速度无突变,保证了码垛机器人运动过程更加平稳。结论该轨迹规划方法能够保证码垛机器人按照预定的轨迹实现速度和加速度的平滑过渡,提升了码垛机器人运动精度。     

基于伪谱法的自由漂浮柔性空间机器人姿态运动规划与反馈控制

研究自由漂浮柔性空间机器人的动力学建模与姿态控制问题。针对初始状态不确定性对系统姿态造成的影响,提出一种基于伪谱法的运动规划与反馈控制相结合的姿态控制策略。利用假设模态法近似描述柔性臂杆的弹性变形,并利用Lagrange方法建立空间机器人系统的动力学模型。在运动规划方法的设计中,利用Legendre伪谱法将空间机械臂非完整运动规划问题转化为非线性规划问题,再利用序列二次规划算法求解此非线性规划问题得到系统的优化运动轨迹和最优控制输入。在反馈控制方法的设计中,将状态方程在已知的参考轨迹上线性化处理,利用Pontryagin极大值原理将对参考轨迹的跟踪问题转化为两点边值问题,再利用Legendre伪谱法离散此两点边值问题,将其转化为线性代数方程组进行求解,该过程无需任何积分计算,具有很好的实时性。通过数值仿真验证了姿态控制策略的有效性和鲁棒性。     

柔顺宏微操作器的最优抑振轨迹规划研究

针对柔顺宏微操作器中的微纳振动问题,在使用假设模态法和拉格朗日方程建立系统整体动力学模型的基础上,以多项式函数作为宏运动轨迹的基准曲线,并采用柔顺部分综合等效激振力矩最小和弹性振动能量最小构造优化准则,提出一种最优抑振轨迹规划方法。优化后的轨迹可以同时减少系统运动过程中的强迫振动以及运动结束后的残余振动,综合考虑全局弹性振动。最后通过遗传算法进行数值计算得到系统最优抑振轨迹,并搭建实验测控平台进行验证。实验结果表明:与跟踪常规多项式轨迹相比,柔顺微操作器在系统运动过程中的弹性振动幅值降低15.5%,系统运动结束后的弹性振动幅值减少52.2%,残余振动衰减时间缩短56.4%,改善了宏微操作器系统的全局操控稳定性,并提高了系统定位精度。     

hp自适应伪谱法空天飞行器轨迹优化

空天飞行器具有廉价、便捷、可靠、自主等优点,是具有战略威慑和实战能力的新概念飞行器,该文针对其上升段轨迹优化问题展开研究,首先构建适用于空天飞行器轨迹仿真体系结构和数据模型;接着基于hp自适应伪谱法的最优轨迹求解方法,将含有微分约束的最优轨迹优化问题转化为代数约束的非线性规划问题,运用序列二次规划求解,然后研究hp自适应伪谱法的燃料最优轨迹设计方法;并且对比传统定动压轨迹优化方法和采用hp自适应轨迹优化算法下的燃料消耗情况,仿真结果表明采用hp自适应伪谱法的最优轨迹燃料消耗相对于传统的定动压优化算法更少,最后验证hp自适应轨迹优化算法的有效性和精确性。     

机械手多约束条件下时间最优运动规划

最优运动规划问题是路径规划和轨迹规划问题的结合.本文建立了机械手的约束条件的数学模型,用高次多项式对运动轨迹进行插值,通过遗传算法得到的轨迹既满足了关节速度、加速度、二阶加速度和力矩的约束,又避开了障碍.采用罚函数与奖励函数结合的办法改进适应度函数,实验证明加速了收敛速度.最后通过一个算例说明方法的有效性.     

排爆机械臂多目标轨迹规划研究

针对排爆机械臂轨迹规划问题,提出多目标轨迹规划方法。建立三次样条曲线分段轨迹描述方程,采用外加虚拟点法保证三次样条曲线可任意指定轨迹初始速度、加速度,提出灵活性优化目标以提高机构灵活性;将优化目标及运动学约束以轨迹方程参数表示,转化为对各段运动时间的寻优;采用CNSGA-II对排爆机械臂运动进行多目标轨迹优化,处理非线性约束最优化,建立排爆机械臂多目标轨迹规划算法流程。结果表明,该方法能有效提高规划结果灵活性,各项目标均优于线性加权单目标规划,所得轨迹平滑可控。     

基于S型曲线的包装堆垛机器人轨迹规划

目的为了保证包装堆直角坐标堆垛机器人系统能够平滑、稳定、高速运行,避免机器人出现速度、加速度的突变,并对机器人轨迹进行规划。方法首先分析直角坐标机器人的运动过程,在此基础上提出一种基于多项式的S型曲线包装堆垛机器人轨迹规划方法,并设计机器人控制系统,利用威纶TK6050ip触摸屏对机器人进行监控和参数设定,采用西门子S7-200 PLC和EM253位置控制模块实现对机器人速度和位置的控制,最后对机器人运动轨迹进行仿真实验分析。结果仿真实验结果表明,该轨迹规划方法能够保证机器人速度和加速度无突变,确保了机器人平滑稳定运行。结论该控制系统有效提高了包装堆垛机器人的运行效率,对于机器人稳定可靠运行具有重要意义。     

卫星灵巧飞行中的姿轨机械臂协同控制

阐述了卫星灵巧飞行的概念,针对慢旋非合作目标逼近与捕获任务,建立了航天器近距离轨迹规划模型,采用高斯伪谱法得出最优逼近轨迹。采用全状态反馈控制律,实现姿轨耦合的轨迹跟踪控制。建立了五自由度机械臂的动力学模型,设计了零冲击抓捕过程中的姿轨、机械臂与末端执行器的协同控制算法。仿真结果表明,采用反馈控制律可实现对最优轨迹的跟踪,设计的姿轨机械臂与末端执行器的协同控制算法可实现零冲击抓捕。