基于GA的时间最优机械臂轨迹规划算法

由于多项式插值轨迹规划具有阶次高、没有凸包性质等特点,传统优化方法难以应用的特点,根据机械臂运动学约束,提出了关节空间基于遗传算法(GA)的3-5-3多项式插值轨迹规划算法。利用运动学约束,以最优时间为目标,针对关节型机器人在静态环境下的点到点的轨迹规划问题,利用GA算法解算多项式插值的时间。通过与基于PSO的3-5-3多项式机械臂轨迹规划运动位置、速度、加速度曲线对比,证明该方法在运行时间和运行平稳度上都有突出优点。     

基于AGA的时间最优机械臂轨迹规划算法*

根据机械臂运动学约束,提出了关节空间基于自适应遗传算法(AGA)的3-5-3多项式插值轨迹规划算法。利用运动学约束,以最优时间为目标,针对关节型机器人在静态环境下点到点的轨迹规划问题,利用AGA算法解算多项式插值的时间。通过与基于GA的3-5-3多项式机械臂轨迹规划进化曲线和运动位置、速度、加速度曲线对比,证明该方法在算法收敛、运行平稳度上都有突出优点。     

电能表检验台体串联机械臂时间最优轨迹规划

时间最优轨迹规划有助于缩短机械臂运动时间,提高工作效率,在机械臂实际应用场景中起着至关重要的作用.针对串联机械臂点到点运动的时间最优轨迹规划问题,提出一种基于改进多种群遗传算法的最优轨迹规划方法.通过五次多项式插值对机械臂运动路径进行拟合,利用改进的多种群遗传算法对机械臂运动时间进行优化,改进之处包括:设计含有惩罚项的...     

基于粒子群优化的时间最优机械臂轨迹规划算法

根据机械臂运动学约束,提出了关节空间基于粒子群优化(PSO)的时间最优3-5-3多项式插值轨迹规划算法,解决了由于多项式插值轨迹规划具有阶次高、没有凸包性质等缺点,难以应用传统优化方法进行优化的问题.粒子群算法结构简单、参数易调整的特点弥补了多项式阶插值的缺点.直接在优化目标空间搜索,巧妙地避免了粒子群计算构造自变量和因变量的映射,降低了搜索维数,简化了计算.在优化过程中,采用两个适应度函数之间切换的开关控制,使各段插值尽快收敛于运动学约束内.通过与传统3-5-3多项式插值的运动位置、速度、加速度曲线对比,证明该方法运行时间更短,稳定性和流畅性更好.     

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BP神经网络的排爆机械臂逆运动学分析

机械臂逆运动学是已知末端执行器的位姿求解机械臂各关节变量,主要用于机械臂末端执行器的精确定位和轨迹规划,如何高效的求解机械臂运动学逆解是机械臂轨迹控制的难点;针对传统的机械臂逆运动学求解方法复杂且存在多解等问题,提出一种基于BP神经网络的机械臂逆运动学求解方法;以四自由度机械臂为研究对象,对其运动学原理进行分析,建立BP神经网络模型并对神经网络算法进行改进,最后使用MATLAB进行仿真验证;仿真结果表明:使用BP神经网络模型求解机械臂逆运动学问题设计过程简单,求解精度较高,一定程度上避免了传统方法的不足,是一种可行的机械臂逆运动学求解方法。     

基于运动学模型重构的单关节故障机械臂容错路径规划

针对单关节故障机械臂的路径规划问题,提出一种基于运动学模型重构的容错路径规划方法.首先基于旋量理论进行单关节故障机械臂的通用运动学模型重构;然后分析机械臂的退化工作空间,并以运动性能平稳为约束对其进行栅格化处理;最后通过改进传统的A$^\ast$算法,在退化工作空间中搜索出能够满足任务要求的轨迹.以七自由度机械臂为对象进行仿真实验,验证了所提出方法的正确性和有效性.     

GAMMA300型七自由度机械臂运动学仿真

针对机械臂的运动学问题以及运动路径的设计问题,以冗余度为1的美国ROBAI公司生产的7自由度冗余机械臂GAMMA300为具体研究对象,对七自由度机械臂进行运动学建模与仿真.利用Robotics Toolbox机器人工具箱编写该机械手的运动学程序.通过仿真实现了预定目标,验证了设计参数的正确性和可行性,为机械臂末端执行器的精确定位和轨迹规划提供了理论依据.对于冗余机械臂一般逆运动学封闭解的研究有一定的实用价值.     

基于改进蚁群算法的六自由度机械臂轨迹规划

为了解决六自由度械臂末端轨迹的平稳性和效率的问题,针对多关节机械臂末端轨迹提出了一种基于改进蚁群算法的多关节机械臂轨迹规划。采用了关节空间轨迹方法包括B样条插值、三次多项式插值和五次多项式插值进行实验分析论证,同时根据改进的蚁群算法对机械臂的轨迹进行规划,对比位置的准确性、轨迹的连续性、加速度的变化率,确定最后的轨迹规划算法为改进的蚁群算法与多项式轨迹规划相结合效果最好。     

机械臂的位姿分离求逆和改进RRT-connect算法研究北大核心CSCD

针对机械臂逆解求取过程中存在大量矩阵变换、计算成本高的问题,采用位姿分离法对逆运动学求解过程进行改进,并提出基于自适应步长的RRT-connect路径规划算法。首先建立六自由度机械臂连杆坐标系模型,采用Standard Denavit-Hartenberg(D-H)方法对机械臂进行正运动学分析,得到机械臂末端执行器位姿相对于基座的齐次变换矩阵。然后引入位姿分离法改进了机械臂的逆运动学求解方法,将机械臂运动学逆解分为位置逆解和姿态逆解两部分,分别用几何法和解析法进行求解,减少了整体计算量。再者提出基于自适应步长的改进RRT-connect路径规划算法,解决了扩展速度慢的问题。最后通过仿真验证所提出方法的正确性和有效性。     

基于信赖域算法的机械臂时间最优轨迹规划

为了提高机械臂的工作效率,提出了一种新的时间最优轨迹规划方法.通过逆运动学运算得到与任务空间轨迹对应的关节空间位置序列,采用7次B样条曲线构造关节空间插值轨迹,将运动学约束转换为对B样条轨迹曲线控制顶点的约束,并适当放大约束条件,然后采用信赖域方法求解时间优化问题,从而规划出速度、加速度和脉动均连续且满足运动学约束的时间最优轨迹.仿真结果验证了所提出时间最优轨迹规划方法的有效性.     

实验教学SCARA机械臂控制算法研究与实现

针对实验教学,设计一种开放式的SCARA教学机械臂,把对控制算法的研究作为教学重点。首次采用仿真设计和实物设计,作为示教的两个主要部分。通过D-H参数法确定运动学方程,根据运动学方程对机械臂进行了正逆运动学分析,结合轨迹规划完成机械臂运动规划。MATLAB建立机械臂模型,通过仿真模型运动验证了前期控制算法分析的准确性。利用Visual Studio 2013实现算法,完成上位机控制系统,通过上位机编程控制机械臂完成物体搬运工作。机械臂能够精准地实现旋转和搬运功能,并验证了控制算法研究和仿真设计的正确性,能够较好地达到实验教学的需求。     

基于遗传算法的机械臂实时避障路径规划研究

针对模块化机械臂在运行时可能与工作空间中的障碍物发生碰撞的问题, 提出一种基于遗传算法的避障路径规划算法。首先采用D-H(Denavit-Hartenberg)表示法对机械臂进行建模, 并进行运动学和动力学分析, 建立机械臂运动学和动力学方程。在此基础上, 利用遗传算法分别在单/多个障碍物工作环境中, 以运动的时间、移动的空间距离和轨迹长度作为优化指标, 实现机械臂避障路径规划的优化。通过仿真验证了基于遗传算法的机械臂避障路径规划算法的有效性与可行性, 该算法提高了运行中的机械臂有效避开工作空间中障碍物的效率。     

面向人臂三角形动作基元的拟人臂运动学

对拟人臂的运动规划问题进行了研究.通过引入动作基元的概念,将动作基元空间作为连接任务空间与关节空间的桥梁,构建了一个"关节空间-动作基元空间-任务空间"的三级运动规划框架.这种规划方式既保证了对拟人臂运动过程的控制,又简化了复杂操作任务的运动规划.在抽象的动作基元基础之上提出了一个具体的人臂三角形模型,用以描述拟人臂的运动状态.通过引入拟人臂工作平面的概念,利用坐标变换与几何分析相结合的方法详细推导并建立了人臂三角形空间与任务空间和关节空间之间的正逆运动学,为基于人臂三角形的动作基元设计奠定了基础.最后通过仿真算例验证了运动学算法的有效性与可行性.     

基于改进灰狼算法的机械臂力矩最优轨迹研究

针对求解机械臂关节驱动力矩最小化问题，提出一种改进灰狼算法（GWO）对机械臂关节驱动力矩进行优化。首先，以五次多项式对机械臂进行轨迹插值，以机械臂各关节的角度、角速度、角加速度为约束条件，以各关节最小驱动力矩均值和为目标函数，建立了I力矩最优轨迹规划问题的数学模型；其次，为提高传统灰狼算法(GWO)的性能，提出了一种基于非线性控制参数策略的改进灰狼算法，用GWO对I机械臂运行轨迹进行优化求解，得到机械臂关节力矩均值和最小的运行路径，并与GWO、粒子群算法（PSO）进行对比。仿真实验表明，GWO收敛时间更短，所得最优力矩和更小，且规划出的机械臂各关节角度、速度曲线光滑、加速度曲线连续，验证了该力矩优化方法的有效性。     

基于PSO的空间机械臂轨迹规划技术研究

研究机器人的机械臂轨迹优化问题,空间机器人系统的机械臂和基座之间存在动力学耦合,基座姿态稳定性容易受到机械臂运动的反作用干扰.为了使空间机器人系统的姿态稳定性不受的影响,提出了一种基于PSO(粒子群优化算法)的参数化5-3-5轨迹规划方法.利用PSO的优化能力找到合适的参数组合,进行关节空间轨迹规划.通过对比实验,运用动力学仿真对方法的有效性进行了验证.仿真结果表明,方法规划出的轨迹运动光滑,且按段轨迹运动机械臂对基座姿态的扰动符合预期要求,证明规划轨迹的有效性.     

六自由度机械臂轨迹规划与仿真研究

针对六自由度链式机械臂在进行正运动学、逆运动学以及轨迹规划仿真时,不易直观地验证运动学算法的正确性和轨迹规划的效果,在正确建立机械臂数学模型的基础上,重点分析了机械臂在关节空间中轨迹规划的两种实现方法,并采用三维运动仿真进行了验证.开发了一套六自由度机械臂三维仿真软件,该仿真软件在VC++6.0开发平台上,首先利用分割类将基于MFC框架的窗口分割成为控制窗口和视图窗口两部分,然后利用OpenGL的图形库对机械臂进行建模,首次将正运动学、逆运动学以及轨迹规划算法融入其中开发而成.该仿真软件有效地验证了机械臂运动学模型建立的正确性,同时也对三次多项式和五次多项式两种轨迹规划方法做了直观的比较,结果表明后一种轨迹规划效果明显优于前一种.     

物理受限冗余机械臂逆运动学凸优化求解

针对冗余机械臂逆运动学求解结果极有可能超过机械臂物理限制的问题,提出一种基于凸优化的逆运动学求解方法使得逆解结果满足物理约束.首先分析了关节速度与力矩关系,采用机械臂动能及重复运动为优化指标,以关节速度、关节力矩为优化变量.然后将逆运动学求解问题转化为凸优化问题,进一步转化为二次规划问题,充分利用冗余特性,实现逆运动学求解时避免关节位置、关节速度、关节力矩极限.最后利用7自由度冗余机械臂KUKA LBR iiwa进行仿真,求解关节量结果符合物理极限及优化准则.结果表明本文提出的方法适用于物理受限冗余机械臂的逆运动学求解.     

码垛机器人运动学分析及仿真研究

针对当前码垛机器人实际运动规划难度较大的问题,以某真实生产线上六自由度码垛机器人为研究对象,采用D-H法建立机械臂数学模型,对机械臂的正运动学、逆运动学进行分析,确定码垛机器人的工作空间。使用Robot Studio软件对末端机械爪、托盘、物料、传送链等进行建模,完成虚拟场景空间布局,通过编程实现码垛机器人的运动仿真。经综合调试,系统工作稳定、可靠,对现阶段码垛机器人的设计与仿真有一定借鉴意义。     

基于UR5苹果采摘机械臂的运动学分析及轨迹优化

随着苹果种植面积的不断扩大,传统的人力采摘方式已无法满足生产需求,为此,需积极推进苹果采摘机器人的研发与应用。传统的点对点运动控制会导致机械臂运动不平稳,严重影响采摘效率,因此,以UR5机械臂为研究对象,提出了利用标准D-H参数法解决UR5机械臂的正逆运动学问题,以关节最大速度为约束,结合五次多项式优化机械臂各关节轨迹,使各关节的轨迹平滑,实现机械臂的平稳运动。