一种新型机器人多自由度关节的路径规划方法

介绍了一种新型机器人多自由度关节的结构,对该关节路径规划问题的特殊性进行了分析和探讨,并在此基础上提出了一种将路径空间中的点映射到β-γ平面的路径规划新方法———β-γ平面规划法。该方法通过在上位机上进行β-γ平面路径规划,控制下位机来驱动基于超声波电机控制的关节,使关节沿规划的路径指向空间目标点并避免进入死区。通过建模和仿真,证实了该方法可以降低路径规划的难度,使之变得简单直观。     

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。     

气动人工肌肉驱动三自由度球面并联机器人关节的位置控制研究

将气动人工肌肉驱动器应用于柔索驱动三自由度球面并联机器人关节，介绍了该机器人关节的运动学模型，提出了一种简便的轨迹规划方法，建立了关节的实验测控系统，应用智能PID算法控制气动人工肌肉的位置从而实现对关节末端的位置控制，在现有的实验条件下，取得了比较满意的控制结果。     

液压驱动单腿跳跃机器人柔顺着地分析与控制

为缓解液压驱动足式机器人动态步态行走时着地瞬间足端冲击对机器人系统及其运动控制的影响,提出了一种基于关节运动规划的机器人柔顺着地控制方法。以液压驱动单腿跳跃机器人为研究对象,分析机器人足端着地冲量,通过选择合适的机器人着地姿态和减小机器人着地前足端速度实现机器人柔顺着地,为此在空中相进行余弦速度曲线关节运动轨迹规划,以及着地相进行余弦函数关节运动轨迹规划。将该方法分别应用于基于MATLAB/Simulink软件建立的仿真模型和试验样机进行单腿竖直跳跃控制实验,仿真和试验结果显示采用该方法的机器人跳跃控制消除了足端着地瞬间地面作用力在膝关节液压缸无杆腔形成的液压冲击,实验结果表明提出的基于关节运动规划的机器人柔顺着地控制方法合理可行。     

多机器人系统的编队路径跟踪控制

介绍了一种多机器人系统的编队路径跟踪控制方法。首先将非完整约束机器人的动态方程转化为跟随者和领航员间相对运动模型,克服了非完整约束机器人结构奇异的缺点。随后将滑模控制方法应用于多机器人系统中,分别设计了领航员跟踪希望路径的滑模控制律和跟随者跟踪领航员的滑模控制律。算例仿真表明了应用本文介绍的编队路径跟踪控制律,各机器人能够较快地形成希望的编队,并按希望队形跟踪希望路径。仿真结果验证了此控制方法的有效性。     

基于动态解区间的操作臂路径规划寻优算法

在机器人操作臂的控制过程中,末端执行器到达目标的路径规划是不可回避的问题,它是机器人操作臂控制的基础.提出了一种有动态解区间关节转角约束且有n个自由度的操作臂最优路径的算法,该算法在操作臂的初始位姿及目标住姿已知的情况下,采用各关节转角之和最小作为最优指标,寻找最佳路径.通过对平面10自由度操作臂的仿真,给出了最优解算例.将该算法向空间推广,成功地应用于YJP-Ⅱ机器人操作臂的控制中,在工程上具有较强的实用性.     

仿壁虎机器人的步态设计与路径规划

对仿壁虎机器人的步态规划问题进行探讨,在观察分析大壁虎爬行方式的基础上,总结出1324、伪1324以及对角线三种步态,并简要介绍不同步态规划之间的区别,最终选择对角线步态作为仿壁虎机器人的爬行步态。在此基础上设计仿壁虎机器人的直线位移步态规划和原地转弯步态规划。针对仿壁虎机器人的单足路径规划,根据步态规划结果将每一条步行足的运动过程分为支撑相和摆动相两种状态,通过对路径约束条件的分析,用多项式逼近的方法分别得出仿壁虎机器人单足路径支撑相和摆动相的一般性表达式,为计算关节控制量提供相应的依据。最后结合实际研制的仿壁虎机器人对步态路径规划进行实例仿真分析,得出支撑相和摆动相的位移时间关系,证明用多项式逼近的方法生成的路径曲线具有良好的起落特性,为仿壁虎机器人的稳定姿态爬行移动控制提供了理论依据。     

超声电机驱动多关节机器人的类PID小波神经网络控制

针对超声电机驱动多关节机器人的运行特性,提出一种新颖的速度-位置双闭环PID控制模式,有效地抑制了超声电机响应极快所导致的速度变化剧烈的现象,从而提高了机器人的运动平稳性.为了进一步提高超声电机驱动多关节机器人的控制性能,使其能根据超声电机的变化特性对PID控制参数进行实时调节,提出类PID小波神经网络控制器.通过对传统离散型增量式PID表达式各项的合理划分,将速度-位置双闭环PID控制、实践经验、当前的轨迹误差及其变化情况都融入进了类PID小波神经网络控制器中.该控制器参数的在线学习机制采用了δ自适应律并结合了BP算法和梯度下降法,算法简单,计算量大大减少.试验结果证明,所设计的类PID小波神经网络控制器不仅明显优于PID和PID神经网络控制器,而且具有很好的抗干扰能力.     

基于行波超声波电机的新型机器人多自由度关节精密定位控制

文章对基于行波超声电机驱动的新型机器人多自由度关节精密定位控制系统进行了研究。在深入研究负载下行波超声波电机的启动特性、运行特性、调速特性、步进特性、带负载能力的基础上,揭示了负载对微步控制的影响规律,并提出了基于行波超声波电机驱动的机器人多自由度关节精密定位控制方法。文章所给的方法和结论,为行波超声波电机开环精密定位控制的进一步推广打下坚实的基础,研制出的精密定位控制系统不需要使用高精度编码器就可以使关节达到很高的定位精度。     

一种数控机床自动上下料桁架机器人控制系统设计与实现

为满足加工制造业对数控机床与工业机器人集成化需求,按照杆轴类、盘类等零件上下料工艺要求,提出一种融合柔性关节和气动手爪二轴自动上下料桁架机器人控制系统设计方法。包括桁架机器人X、Z轴伺服控制、柔性关节超声电机控制、气动手爪控制、数控机床与机器人通信方式控制。并以西门子S7-300为核心控制器,采用永磁同步电动机作为伺服电动机,采用超声电机和小型气缸、回转气缸控制柔性手爪,利用直接I/O口实现机器人与数控机床的通信,实现数控机床高效、自动完成上下料。     

平面关节机器人运动的加减速控制和轨迹规划

提出一种新的机器人关节加减速控制曲线,并对平面关节型机器人的运动和路径点进行轨迹规划。实验证明,用上述曲线实现的控制,大大提高了机器人起动和停止的平稳性,提高了定位精度。     

基于量子粒子群优化算法的空间机器人非完整笛卡尔路径规划

利用自由漂浮空间机器人系统的非完整冗余特性,提出一种可使基座姿态和机械臂末端位姿同时到达期望状态的路径规划方法.该方法首先通过正弦多项式函数对机械臂关节角轨迹进行参数化,并根据基座姿态和机械臂末端位姿控制精度指标设计目标函数,由此,将自由漂浮空间机器人系统的非完整笛卡尔路径规划问题转换为非线性系统的优化问题.采用量子粒子群优化算法对非线性优化问题进行求解,将求解出的参数代入机械臂关节轨迹函数,即实现了非完整路径规划的目标.建立由飞行基座和6-DOF机械臂组成的空间机器人系统动力学模型,对所提出的方法进行仿真验证.试验结果表明,所提出的方法能够收敛于全局最优值,收敛速度快,所需调整参数少,且规划的关节路径满足关节角、角速度及角加速度的范围,关节路径平滑,适合于机械臂的控制.     

关节空间和工作空间的混合轨迹规划算法研究

为了实现机器人的高速、高精度控制,必须对机器人进行合理的轨迹规划,同时,轨迹规划也是实现驱动电机力矩和功率得到充分利用的核心内容。将编写Python语言的轨迹规划程序,并使用关节空间和工作空间的五次样条函数混合轨迹规划法对Delta两自由度机器人进行轨迹规划,再利用动力学对轨迹规划结果进行相应的优化。生成的拟合曲线表明,机器人的混合轨迹规划法充分利用了关节空间和工作空间轨迹规划法的优点,并且动力学优化后的结果,对提高驱动电机的使用效率具有很好的指导性意义,最后通过实验验证了结果的正确性。     

基于智能路径规划算法的移动机器人设计

介绍了一种基于智能路径规划算法的移动机器人。该机器人以TMS320LF2407A作为主控制芯片,控制机器人左右轮电机运转．驱动机器人按照预定路径行走。其设计算法首先采用了改进的栅格和Distbug的组合进行全局和局部路径规划。详细阐述了该算法的基本原理及采用该算法的移动机器人控制系统硬软件设计。最后,介绍了该移动机器人自学习路径跟踪PID算法。实践表明,采用该算法的移动机器人行走速度快,实时性强,稳定性好,控制精度高。     

未知环境下基于行为的机器人模糊路径规划方法

针对非结构化环境下的多关节机器人实时避障问题,应用基于模糊逻辑方法,提出了一种新的未知环境下基于行为的机器人实时路径规划方法。敏感皮肤被用来探测机器人周围的障碍物。规划方法包括接近目标和绕过障碍两个行为。机器人根据周围环境的信息选择合适的行为,从而实现机器人路径规划的目标。由于应用了模糊控制,使方法具有较好的实时性,可以应用到存在未知障碍物的机器人在线运动规划中。仿真环境中存在多种类型的未知障碍物,机器人均在算法的控制下到达了目标位姿,证实了算法的有效性。     

基于余弦曲线的机器人移动路径自主规划

为了将余弦曲线应用于机器人路径自主规划,提高机器人路径规划智能水平,建立了余弦曲线变换模型,设计了余弦曲线路径规划算法,针对机器人的运动特点进行了机器人余弦曲线路径规划,设计了机器人余弦曲线路径规划试验。通过仿真和试验研究得到了不同条件下机器人余弦曲线规划路径的位置、姿态,研究分析证明了模型和算法的正确性、有效性,大大提高了机器人路径规划的效率。     

基于模糊PID的欠驱动水下机器人路径跟踪方法研究

针对不同环境和任务下欠驱动水下机器人的路径跟踪问题进行相关研究,在分析水下机器人控制模型的基础上,基于视线法提出了一种欠驱动水下机器人路径跟踪控制方法。基于模糊控制算法,设计了一种模糊PID控制器,并将其应用于欠驱动水下机器人的艏向跟踪控制。采用PC104设计了水下机器人的控制系统,并给出了硬件结构框图。最后,对水下机器人路径追踪效果进行了仿真和试验,结果表明基于模糊PID控制器的欠驱动水下机器人路径跟踪控制方法可保证机器人沿规划路径航行,而且该控制系统具有较强的鲁棒性。     

轮式移动机器人的路径规划和跟踪控制

介绍了路径规划的设计及路径跟踪控制设计.路径规划设计是当机器人感应到障碍物后,采用预定轨迹来实现避障功能,而路径跟踪控制则通过计算出轨迹目标值和现时位姿的偏差,控制电机来使偏差减小.并通过Matlab仿真,验证了其可行性与合理性.     

基于几何法的管道焊缝扫查七关节机器人逆运动学分析

设计了一种在线夹持式的相贯线扫查冗余机器人,可用于核工业插接管道焊缝的超声探伤。对该机器人进行了运动学分析,通过几何法和D-H矩阵变换求解了机器人关节空间内的逆运动学问题,得到了任务空间中基于管道扫查特征参数的关节变量表达式,为相贯线扫描路径参数的在线优化提供了设计途径。分析结果和方法可普遍适用于插接管道在线作业机器人的轨迹规划。     

5自由度机器人手臂研究

机器人机构是其它部件的载体,也是机器人设计中最基本和首要的工作。本文介绍了以PIC单片机为核心控制器、结构简单的五自由度机器人手臂结构,该手臂关节采用模块化设计,控制系统主要由PIC智能控制模块和电机驱动模块组成,该手臂已经成功应用于某机器人上,运行情况良好。为了进一步完善机器人功能,本文最后提出了机器人手臂的未来研发计划。