带滑移铰空间机械臂的非完整运动规划遗传算法

本文讨论带滑移铰空间机械臂非完整运动规划的最优控制问题。利用系统的非完整特性,将带滑移铰空间机械臂运动规划转化为非线性系统最优控制问题。提出基于遗传算法的非完整运动规划最优控制方法。通过仿真计算,验证了该方法的有效性和可行性。     

轮式移动机器人非完整运动规划的遗传算法

本文讨论轮式移动机器人非完整运动的最优规划问题。利用系统的非完整特性 ,将轮式移动机器人运动规划转化为非线性系统最优控制问题。在最优控制中引入遗传算法 ,替代传统的牛顿迭代方法 ,提出基于遗传算法的非完整运动规划最优控制数值方法。通过仿真计算 ,验证了该方法的有效性和可行性。     

基于小波逼近的航天器太阳帆板展开过程最优控制的遗传算法

本文讨论了航天器太阳帆板展开过程中航天器姿态的最优控制问题，在控制算法中用小波函数逼近控制输入规律，提出了太阳巾帆板展开过程最优控制的遗传算法，数值仿真表明，小波逼近和遗传算法联合求解最优控制问题是有效的。     

非完整移动机械臂的避障运动规划

针对有空间障碍物避免的移动式操作机器人系统运动规划问题，提出了一种基于特殊的人工势函数，使用局部距离信息实现非完整移动机械臂系统实时避障运动规划方法，并且用Lyapunov定理证明了闲环系统的稳定性。用提出的方法对非完整移动机械臂系统进行仿真．仿真结果表明了它的正确有效性。     

机械臂最优运动规划问题的混合求解

提出一种基于GA和SQP求解机械臂最优运动规划问题的混合算法．首先采用B样条函数逼近关节运动轨迹，将最优控制问题转化为有约束的非线性规划问题，然后引入基于种群的GA算法，给出全局最优解的初始估计；最后利用序列二次规划(SQP)得到高精度全局最优解．仿真结果表明该方法优于单纯的GA或SQP方法。     

一种基于遗传算法的空间机械臂避障轨迹规划方法

针对空间机械臂系统的一系列特殊需求,提出了一种空间机械臂轨迹规划方法.假设机械臂在关节空间下存在一条可以用两段高次样条曲线分段描述、满足所有空间机械臂运动特性要求的理想轨迹.这两段样条轨迹之间的连接点参数能够影响两段样条函数在空间中的扭曲形状,从而使机械臂在遵从样条轨迹运动的同时避开所有障碍.首先建立理想轨迹的分段描述方程,将方程中的未知量用与中间点有关的参数进行描述,将不能够确定的中间点相关参数提取出来作为待定参数,从而将空间机械臂轨迹规划问题转变为一个多目标优化求解问题;其次应用遗传算法进行求解,在分析空间机械臂控制需求和障碍的笛卡儿空间描述的基础上,通过加权系数法建立关于笛卡儿空间机械臂末端轨迹长度、关节空间机械臂运动角度、运动过程中关节最大扭矩、机械臂总运动时间和碰撞情况的遗传算法适应度评定函数.最后应用遗传算法在关节空间下规划出一条无碰撞、动力学特性满足裕度要求、轨迹长度和运动时间较短的理想轨迹.另外,上述方法具有拓展性,通过多次分解轨迹求取中间点,能够使机械臂避开非常复杂的障碍.利用该方法在通过C语言建立的空间机械臂仿真平台上进行验证,结果表明该方法稳定、有效,生成的轨迹满足空间机械臂的性能要求.     

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。     

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...     

利用两阶段遗传算法的机械手最优轨迹控制仿真

针对大多数机器人最优轨迹规划控制算法成本较高的问题,提出了一种两阶段分析-进化算法,分析算法基于间接开环最优控制问题,进化算法基于遗传算法。首先,利用遗传算法产生最优控制;然后,新的次优轨迹通过最优控制生成,计算每个最优解的成本函数,并为下一个步骤选择最优解做准备;最后,遗传算法使用获得的轨迹产生新一代起始点,迭代直到实现最小成本值。算法的验证由两个仿真系统组成:具有完整约束的两关节机械手和具有非完整约束的移动机械手。运用本文算法后,第一个仿真系统的成本降低了92.3%,第二个仿真系统获得的最优成本明显低于只使用最优控制时的成本,表明其算法可应用于实际机器人轨迹规划控制系统。     

基于准确度评估的7自由度手术机器人术前摆位优化算法

针对微创机器人辅助的外科手术复杂的术前摆位问题,以甲状腺微创手术用到的床旁双7自由度协作机器人为研究对象,将机械臂的运动准确度以及运动学性能作为优化目标,提出了机械臂准确度评估指标以及其对应的干涉指数,并提出了一套基于带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）多目标遗传算法的术前规划方法。最后,将由该遗传算法优化得...     

Motion planning in velocity affine mechanical systems

We address the motion planning problem in specific mechanical systems whose linear and angular velocities depend affinely on control. The configuration space of these systems encompasses the rotation group, and the motion planning involves the system orientation. Derivation of the motion planning algorithm for velocity affine systems has been inspired by the continuation method. Performance of this algorithm is illustrated with examples of the kinematics of a serial nonholonomic manipulator, the plate-ball kinematics and the attitude control of a rigid body.     

欠驱动刚体航天器姿态运动规划的遗传算法

研究欠驱动刚体航天器姿态的非完整运动规划问题．航天器利用3个动量飞轮可以控制其姿态和任意定位,当其中一轮失效,航天器姿态通常表现为不可控．在系统角动量为零的情况下,系统的姿态控制问题可转化为无漂移系统的运动规划问题．基于优化控制理论,提出了求解欠驱动刚体航天器的姿态运动控制遗传算法,并且数值仿真表明：该方法对欠驱动航天器姿态运动的控制是有效的．     

Optimum motion planning in joint space for robots using genetic algorithms

The optimum motion planning in joint space (OMPJS) for robots, which generally consists of two subproblems, optimum path planning and optimum trajectory planning, was considered as a whole in the paper. A new method for optimum motion planning problem based on an improved genetic algorithm is proposed, which is more general, flexible and effective. This approach incorporates kinematics constraints, dynamics constraints, and control constraints of robotic manipulator. The simulation results for a two and a three degrees of freedom robots are presented and discussed. The simulations are based on genetic algorithm class library WGAClass 1.0 developed by us with Borland C++ 3.1.     

欠驱动冗余度空间机器人优化控制

欠驱动控制是空间技术中容错技术的重要方面.本文研究了被动关节中有制动器的欠驱动冗余度空间机器人系统的运动优化控制问题.从系统动力学方程出发,分析了欠驱动冗余度空间机器人的优化能力和控制方法;给出了主、被动关节间的耦合度指标;提出了欠驱动冗余度空间机器人系统的“虚拟模型引导控制”方法,在这种方法中采用与欠驱动机器人机构等价的全驱动机器人作为模型来规划机器人的运动,使欠驱动系统在关节空间中逼近给出的规划轨迹,实现了机器人末端运动的连续轨迹运动优化控制;通过末关节为被动关节的平面三连杆机器人进行了仿真,仿真的结果证明了提出算法的有效性.     

带有两个动量飞轮刚体航天器的姿态非完整运动规划问题

航天器利用三个动量飞轮可以控制其姿态和任意定位.当其中一个动量飞轮失效,在某些特定的情况下,如何控制航天器的姿态问题还没有有效的方法.利用最优控制方法研究了带有两个动量飞轮的刚体航天器姿态优化控制问题.为此考虑系统角动量为零的情况下,将航天器姿态运动方程化为非完整形式约束方程,系统的控制问题可转化为无漂移系统的非完整运动规划问题.通过Ritz近似理论得到求解带有两个动量飞轮航天器姿态的运动规划控制算法.通过数值仿真,表明该方法对航天器姿态运动规划控制是有效的.     

Improving the Interoperability in the Digital Home Through the Automatic Generation of Software Adapters from a SysML Model

This paper addresses the motion planning problem of nonholonomic robotic systems. The system’s kinematics are described by a driftless control system with output. It is assumed that the control functions are represented in a parametric form, as truncated orthogonal series. A new motion planning algorithm is proposed based on the solution of a Lagrange-type optimisation problem stated in the linear approximation of the parametrised system. Performance of the algorithm is illustrated by numeric computations for a motion planning problem of the rolling ball.     

A genetic approach to motion planning of redundant mobile manipulator systems considering safety and configuration

This article presents a genetic algorithm approach to multi-criteria motion planning of mobile manipulator systems. For mobile robot path planning, traveling distance and path safety are considered. The workspace of a mobile robot is represented as a grid by cell decomposition, and a wave front expansion algorithm is used to build the numerical potential fields for both the goal and the obstacles. For multi-criteria position and configuration optimization of a mobile manipulator, least torque norm, manipulability, torque distribution and obstacle avoidance are considered. The emphasis of the study is placed on using genetic algorithms to search for global optimal solutions and solve the minimax problem for manipulator torque distribution. Various simulation results from two examples show that the proposed genetic algorithm approach performs better than the conventional methods.     

A Sequential Bi-criteria Search Algorithm for Robot Path Planning in the Box Pushing Problem

The collision-free trajectory planning method subject to control constraints for mobile manipulators is presented. The robot task is to move from the current configuration to a given final position in the workspace. The motions are planned in order to maximise an instantaneous manipulability measure to avoid manipulator singularities. Inequality constraints on state variables i.e. collision avoidance conditions and mechanical constraints are taken into consideration. The collision avoidance is accomplished by local perturbation of the mobile manipulator motion in the obstacles neighbourhood. The fulfilment of mechanical constraints is ensured by using a penalty function approach. The proposed method guarantees satisfying control limitations resulting from capabilities of robot actuators by applying the trajectory scaling approach. Nonholonomic constraints in a Pfaffian form are explicitly incorporated into the control algorithm. A computer example involving a mobile manipulator consisting of nonholonomic platform (2,0) class and 3DOF RPR type holonomic manipulator operating in a three-dimensional task space is also presented.