仿蛙跳跃机器人起跳任务规划与控制

研究跳跃机器人起跑规划问题,针对仿蛙跳跃机器人在起跳过程中脚掌与地面之间形成的欠驱动约束和特定的起跳任务,为提高系统性能,提出了一种在任务空间内实现给定起跳任务要求的路径运动规划控制.利用部分反馈线性化(PFL)将仿蛙跳跃机器人系统起跳动力学方程中的非线性部分线性化,设计了滑模变结构控制器对仿蛙跳跃机器人在起跳阶段的质心轨迹进行跟踪控制.结果表明滑模控制器能够使质心轨迹精确地跟踪给定轨迹,解决了仿蛙跳跃机器人的起跳任务优化控制问题,验证了提出的任务空间控制方法用于仿蛙跳跃机器人起跳任务规划的可行性.     

IVECO横梁焊接机器人轨迹规划及计算机仿真研究

机器人的轨迹规划可以在关节空间中进行 ,也可以在直角坐标空间中进行 .本文分析了这两种轨迹规划的特点 ,给出了基于关节空间的轨迹规划算法和基于直角坐标空间的轨迹规划算法 .针对 IVECO横梁的焊接 ,进行了机器人的轨迹规划研究 ,并进行了计算机仿真 ,该研究成果已应用于 IVECO横梁焊接工作站系统     

工业机器人轨迹规划方法综述

轨迹规划是工业机器人运动控制的基础,对工业机器人的工作效率和稳定性有重大影响。为掌握工业机器人轨迹规划方法的研究现状,根据工业机器人规划空间和优化目标的不同对轨迹规划方法进行分类,介绍了直线、圆弧等基本轨迹的优缺点和适用场合,分析了基于约束和智能算法的各种最优轨迹规划算法的思路和性能特点。指出了基于强化学习的轨迹规划、轨迹误差预测和补偿、动态避障、多机器人运动规划等是工业机器人轨迹规划的关键问题和重要研究方向。     

建筑机器人自主定位及行走轨迹规划方法

为优化机器人行走规划路径,开展建筑机器人自主定位及行走轨迹规划方法的设计研究。将建筑机器人的整个工作平面划分为数千个小区域,标定摄像机参数,进行建筑机器人空间坐标自主定位;将虚实耦合作为前提条件,利用BIM模型中各实体的位置信息,进行机器人行走导航地图的构建;引进Unty3D建模工具,使用Solidworks软件,构建机器人实验操作平台,将模型导入Unty3D的物理引擎中,生成建筑机器人运动学规范模型;引进A*算法,进行机器人运动空间全局路径的寻优,以此实现对机器人行走轨迹的规划。实验结果表明：设计方法可以在确保规划路线躲避空间中所有障碍物的基础上,保证规划的路线为最短路线。     

基于样条函数的机器人轨迹规划方法

在机器人控制中,常常需要控制机器人末端准确地从空间一点移动到另外一点,而机器人轨迹规划算法在很大程度上影响了控制的稳定性和鲁棒性.对没有特殊中间路径要求的机器人控制而言,在关节坐标空间进行轨迹规划不但计算量小,而且可以避免由于雅可比矩阵奇异引起的速度失控.本文采用样条函数规划算法设计了机器人关节坐标空间的轨迹函数,通过对两种算法的比较证明,样条函数能更好地生成具有稳定性和鲁棒性的空间轨迹,这个空间轨迹不但可以避免机器人在起动和停止时由于速度、加速度引起的抖动,而且可以满足机器人快速运动的需要.最后,本文基于HIT-1手单手指模型建立了PID控制模型,并利用Simulink工具仿真对两种轨迹规划算法进行了比较.     

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.     

表征空间中的机器人分层运动规划

由于对机器人的任务要求日趋复杂和多变,如何使机器人具备灵活的配置和运动规划能力,以适应复杂任务的需求,成为了目前运动规划领域所研究的核心问题.传统的基于任务空间和配置空间的建模方法虽然在机器人运动规划领域得到了非常广泛的应用,但在用于解决复杂规划任务时无法对不可行任务进行进一步地处理.本文在表征空间模型的基础上,提出了一种分层的运动规划算法,一方面借助于表征空间维度的扩展,使对运动规划任务的描述更为灵活;另一方面通过任务层与运动层的循环交互,使生成的路径满足更高层次和更丰富的任务要求.在仿人机器人和多机器人系统上的应用结果表明了本文所提算法的有效性.     

空间机器人目标捕获的自适应规划

与地面固定基座机器人不同的是,空间机器人的运动学方程中含有动力学参数。在执行目标捕获任务时,目标动力学参数的不精确会给空间机器人的规划带来致命的影响。针对目标捕获后动力学参数不精确情况下的关节空间规划问题,在建立了自由飘浮空间机器人运动学模型的基础上,给出了雅可比矩阵及其动量守恒方程中的惯性参数以及惯性参数的组合参数线性化的具体形式,提出了一种关节空间的自适应规划方法。以平面二连杆空间机器人为研究对象进行仿真验证。结果表明,所提出的自适应规划方法可以有效降低惯性参数不精确给运动规划带来的影响,为空间机器人执行目标捕获等任务时提供了任务空间内精确轨迹跟踪的能力。     

关节型工业机器人轨迹规划研究综述

关节型工业机器人凭借其良好的灵活性和高效率的工作模式被广泛地应用于现代工业自动化生产之中,例如搬运、码垛、焊接、切割等。轨迹规划是工业机器人运动控制的基础研究领域,决定着其作业效率和运动性能。工业机器人的轨迹规划是指综合考虑作业需求和机器人性能,在笛卡尔空间或关节空间内得出指导机器人末端执行器运动的轨迹。阐述了工业机器人轨迹规划的概念及其分类,就各个领域的轨迹规划算法进行了全面综述,包括基本轨迹规划和最优轨迹规划,指出了各类轨迹规划算法中所存在的问题和未来的发展方向。     

服务机器人社会意识导航方法综述

为提升服务机器人的社会可接受性,与人共融的社会意识导航一直是服务机器人研究领域的热点之一。重点对服务机器人社会意识导航方法展开综述,概述了服务机器人社会意识导航总体框架及主要研究方法;详细总结了基于社会空间关系模型（包括社会力模型和高斯模型）、基于社会行为学习及基于行人轨迹预测的社会意识导航方法;对服务机器人社会意识导航未来的发展趋势进行了展望。     

Path following by the end-effector of a redundant manipulator operating in a dynamic environment

This paper addresses the problem of generating at the control-loop level a collision-free trajectory for a redundant manipulator operating in dynamic environments which include moving obstacles. The task of the robot is to follow, by the end-effector, a prescribed geometric path given in the work space. The control constraints resulting from the physical abilities of robot actuators are also taken into account during the robot movement. Provided that a solution to the aforementioned robot task exists, the Lyapunov stability theory is used to derive the control scheme. The numerical simulation results for a planar manipulator whose end-effector follows a prescribed geometric path, given in both an obstacle-free work space and a work space including the moving obstacles, illustrate the trajectory performance of the proposed control scheme.     

Path-constrained control of a redundant manipulator in a task space

This study addresses the problem of controlling a redundant manipulator with both state and control dependent constraints. The task of the robot is to follow by the end-effector a prescribed geometric path given in the task space. The control constraints resulting from the physical abilities of robot actuators are also taken into account during the robot movement. Provided that a solution to the aforementioned robot task exists, the Lyapunov stability theory is used to derive the control scheme. The numerical simulation results, carried out for a planar manipulator whose end-effector follows a prescribed geometric path given in a task space, illustrate the trajectory performance of the proposed control scheme.     

An efficient motion generation method for redundant humanoid robot arms based on motion continuity

This paper proposes a novel method of motion generation for redundant humanoid robot arms, which can efficiently generate continuous collision-free arm motion for the preplanned hand trajectory. The proposed method generates the whole arm motion first and then computes the actuators’ motion, which is different from IK (inverse kinematics)-based motion generation methods. Based on the geometric constraints of the preplanned trajectory and the geometric structure of humanoid robot arms, the wrist trajectory and elbow trajectory can be got first without solving inverse kinematics and forward kinematics. Meanwhile, the constraints restrict all feasible arm configurations to an elbow-circle and reduce the arm configuration space to a two-dimension space. By combining the configuration space and collision distribution of arm motion, collision-free arm configurations can be identified and be used to generate collision-free arm motion, which can avoid unnecessary forward and inverse kinematics. The experiments show that the proposed method can generate continuous and collision-free arm motion for preplanned hand trajectories.     

The geometric convexity on SE(3) and its application to the formation tracking in multi-vehicle systems

This paper considers the problem of geometric convexity on special Euclidean group SE(3) and its application to the formation tracking in multi-vehicle systems. Motivated by the convex hull on Euclidean space, the specific expression of geodesic connecting two points on SE(3) is obtained based on the Pontryagin's Minimum Principle. Then it is extended to the geometric convex combination for multiple points, based on which the virtual systems on SE(3) is given to be used in the application of formation tracking problem. In light of the geometric convex combination and virtual systems on SE(3), a consensus-based tracking protocol is proposed to guarantee that the formation is achieved under the directed acyclic graphs. Finally, two numerical examples are provided to demonstrate the validity of the theoretical results.     

双足机器人自然ZMP轨迹生成方法研究

为了实现双足机器人类人行走,提出了一种基于自然ZMP轨迹的双足机器人步行模式生成方法。在单腿支撑相,根据基于三维线性倒立摆模型,在设定从脚跟到脚趾移动的自然ZMP轨迹后,得到质心轨迹方程;在双腿支撑相采用线性摆模型生成质心轨迹方程。同时给出了在统一坐标系中的多步规划质心轨迹方程。在RoboCup 3D仿真平台实现了采用自然ZMP轨迹的双足机器人类人稳定步行,实验和竞赛结果都验证了该方法的有效性。     

Geometric Motion Control for a Kinematically Redundant Robotic Chain: Application to a Holonomic Mobile Manipulator

For kinematically redundant robotic manipulators, the extra degrees of freedom available allows freedom in the generation of the trajectories of the end‐effector. In this paper, for this scope, we use techniques for motion control of rigid bodies on Riemannian manifolds (and Lie groups in particular) to design workspace control algorithms for the end‐effector of the robotic chain and then to pull them back to joint space, all respecting the different geometric structures of the two underlying model spaces. The trajectory planner makes use of geometric splines. Examples of the different kinds of curves that are obtained via the De Casteljau algorithm in correspondence of different metric structures in SE(3) are reported. The feedback module, instead, consists of a Lyapunov based PD controller defined from a suitable notion of error distance on the Lie group. The motivating application of our work is a holonomic mobile manipulator for which simulation results are described in detail. © 2003 Wiley Periodicals, Inc.     

一种新的轨迹聚类及有效性评价方法

为解决轨迹聚类问题,提出一种新的无监督轨迹聚类及聚类有效性评估方法。通过建立双层字符串轨迹模型,计算得到轨迹间距离并用作聚类依据。提出轨迹同距点比例的概念,以此作为聚类工具,并采用类内平均同距点比例作为聚类有效性评价值。利用麻省理工大学(Massachusetts Institute of Technology,MIT)停车场行人路径数据集进行实验,实验结果表明,新的无监督聚类算法能较好地完成轨迹聚类任务,平均类内同距点比例能够很好地衡量分类效果。     

海量活动轨迹相似查询

活动轨迹的近似查询是在带关键词信息的轨迹集中,检索与查询点集距离最近且满足查询点集关键词要求的活动轨迹的过程。因为GAT（Grid index for Activity Trajectories）不能查询海量活动轨迹,将GAT扩展到适用于海量活动轨迹的近似查询技术GATH（GAT on Hadoop）。和GAT相比,GATH使用两种新的索引结构进行剪枝;其网格索引依照海量数据的特点从底层单元格开始进行基于空间的剪枝;其倒排索引用于进行基于关键词的剪枝。实验结果证实GATH比GAT能有效缩短索引建立时间及提高剪枝效率。     

基于轨迹时空词向量的用户年龄特征识别

用户移动上网访问基站的轨迹数据从时间和空间上反映了用户的生活习惯和行为模式。时间和空间信息同时产生不应分别考虑。因此,该文在传统的TF-IDF方法基础上提出了与时间相关的TFT-IDFT方法,用以提取轨迹点语义信息,进而采用word2vec方法将轨迹数据转化为文档分析。提取包含位置信息和语义信息的轨迹时空词向量,在此基础上建立多分类模型对用户所属年龄段进行识别。实验结果表明,改进的TFT-IDFT方法在提取轨迹语义时更具合理性,且基于此方法构建的轨迹时空词向量应用于分类模型,对用户所属年龄阶段的识别效果更好。     

基于最小二乘策略迭代的无人机航迹规划方法

针对传统强化学习方法因对状态空间进行离散化而无法保证无人机在复杂应用场景中航迹精度的问题,使用最小二乘策略迭代（Least-Squares Policy Iteration,LSPI）算法开展连续状态航迹规划问题研究。该算法采用带参线性函数逼近器近似表示动作值函数,无需进行空间离散化,提高了航迹精度,并基于样本数据离线计算策略,直接对策略进行评价和改进。与Q学习算法的对比仿真实验结果表明LSPI算法规划出的三维航迹更为平滑,有利于飞机实际飞行。