工业机器人关节空间轨迹规划及优化研究综述

随着机器人技术的发展,工业机器人广泛应用于自动化生产之中,极大地提高了生产效率以及自动化程度。轨迹规划是完成作业任务的关键环节,而轨迹优化则进一步提高了任务完成质量,也顺应了工业发展的需要。对工业机器人关节空间的轨迹规划及优化研究进展进行了综述。首先,简述了关节空间轨迹规划算法,指出多项式插值是主要方式,B样条曲线因其优良特性是今后发展的必然趋势。然后,对不同目标下的轨迹优化进行了全面综述,指出优化目标的确定以及算法的改进等还存在的问题。最后,对今后的发展方向进行了展望,多目标优化求解方式以及约束的动态调整等将是今后的研究重点。     

机器人关节空间B样条轨迹优化设计

在关节空间中对机器人Ｂ样条轨迹进行了时间了短优化计算,该优化问题模型包括关节角速度、角加速度、角加加速度及力矩４种约束,给出优计算方法,给出了 经计算方法,给出了ＰＵＭＡ５６０机器人前三铰Ｂ样条轨迹优化算例。     

关节型机器人曲线轨迹规划方法研究

为了实现关节型机器人在笛卡尔空间下的曲线轨迹规划，提出一种根据机器人末端所处位置与起点间曲线的长度规划机器人末端运行轨迹的方法。对于已知表达式的空间曲线，机器人末端从空间曲线的起点开始沿着曲线运行，先以3次多项式形式加速至匀速度，匀速运行一段时间后，再以3次多项式形式减速至0。根据规划好的速度规划轨迹，首先，求出整段曲线的长度；然后，根据设定的匀速运行速度求出机器人在曲线上的总运行时间；接着，从起点出发，求出当前时刻以及下一时刻机器人末端所处位置到起点之间的曲线段的长度，并求其差值；最后，根据曲线长度差值以及当前时刻机器人末端所处位置选择下一时刻机器人末端应到达的位置。通过MATLAB仿真验证了笛卡尔空间下曲线轨迹规划方法的正确性。     

弹性关节冗余度机器人轨迹规划的一种新方法

对于大多数工业机器人来讲,由传动系统、谐波减速器和伺服系统产生的关节弹性是机器人弹性的主要来源。当机器人高速运动时,由于关节弹性而产生的末端变形将会影响机器人的跟踪精度。并针对弹性关节冗余度机器人提出了一种使关节弹性变形极小化的轨迹规划新方法。该方法同时考虑了关节加速度和关节速度对关节弹性变形的影响,在保证关节弹性变形极小化的同时,也使关节加速度和关节速度明显减小。平面３Ｒ机器人的仿真研究表明,该     

冗余度机器人具有最小关节力矩的关节轨迹规划

对冗余度机器人最小关节力矩的关节轨迹规划进行了研究，提出了一种具有变系数复合指标的关节轨迹规划方法。该方法利用关节力矩和关节加速度构成一总目标函数，并由变系数根据耐要自动地调整关节加速度项对总目标函数的影响程度，从而既降低了关节力矩的最大值又不使其平均值增加过多，提高了算法的全局稳定性。最后，本文还给出了一个平面３Ｒ机器人的仿真实例。     

冗余度机器人无奇异最小力矩的关节轨迹规划

本文首先给出了加速度水平上的克服奇异性算法;然后根据切换策略将其与最小力矩法结合在一起,提出了冗余度机器人无奇异最小力矩的关节轨迹规划算法;最后,针对平面三自由度机器人进行了仿真计算。     

考虑关节弹性的冗余度机器人具有最小关节力矩的轨迹规划

针对考虑关节弹性的冗余度机器人具有最小力矩的轨迹规划问题进行了研究，提出了可用于实时控制的规划算法，并给出了平面３Ｒ机器人的仿真实例。     

基于混合插值的工业机器人关节轨迹规划算法

B样条曲线由于其多阶导数连续和局部支撑性的特点,被广泛用于工业机器人关节空间的轨迹规划。标准B样条在起止点位置存在导数值的突变,致使工业机器人在启动和停止时产生振动。提出一种采用高次多项式与B样条混合插值优化的方法,使机器人关节运动学参数连续无突变,在不增加机器人控制系统运行负担的情况下,能够使机器人运行更加平稳,改善了机器人的运行状态。     

工业机器人笛卡尔空间轨迹规划

研究了在笛卡尔坐标系中工业机器人空间直线及圆弧轨迹规划问题,提出利用抛物线过渡的空间直线插补算法和基于局部坐标系的空间圆弧插补算法。以上算法在自行设计的五自由度喷涂机器人上进行了实验验证。实验结果表明,该直线和圆弧插补算法能保证机器人运行平稳,轨迹衔接平滑。     

基于时间最优的工业机器人关节空间轨迹规划

以六自由度工业机器人为研究对象，为解决运行轨迹不平滑而导致机械冲击，提高机器人的运行效率和平衡性，提出一种基于二次抛物线加速度连续的关节空间时间最优轨迹规划算法。首先，基于匀加速-匀减速运行方式，根据电机最大速度和最大加速度参数，推导出运行位移、速度和加速度以及最小运行时间的计算公式；其次，基于梯形运行方式，引入速度同步系数和加速度同步系数两个参数，用来解决各关节运行同步的问题；然后，基于二次抛物线运行方式，推算出位移、速度和加速度关于时间的表达式，并给出算法设计流程图；最后，使用MALAB进行算法仿真验证。结果表明，该算法保证了加速度、速度和位移的连续，实现各关节同步运行和时间最优，确保机器人平滑高效地运行。     

工业机器人连续轨迹位置规划算法的研究

提出了一种工业机器人连续轨迹位置规划算法。此方法基于笛卡儿空间定时插补算法,包含四个方面内容:特征点提取、曲线拟合、通过位置插补和姿态插补确定插补点及利用逆运动学方程求出各关节转角。此方法可应用于各种工业机器人连续精确的路径规划。     

切换策略在协调冗余度机器人轨迹规划中的应用

将切换策略推广到冗余度机器人的协调操作中,并通过仿真实例将这种方法与常规方法进行了比较。研究结果表明,切换策略不仅适用于单一冗余度机器人的操作,也同样适用于多冗余度机器人的协调操作。     

初位形对冗余度机器人轨迹规划算法效果的影响

就初位形对冗余度机器人轨迹规划算法效果的影响进行了研究。结果表明 ,最小力矩常常并不能给出所期望的最小控制力矩的主要原因在于初位形的选取不当 ,通过优选初位形可以解决这一问题。平面 3R机器人的仿真实例验证了这种方法的有效性     

利用切换策略实现冗余度机器人最小关节力矩的轨迹规划

对冗余度机器人最小关节力矩的轨迹规划问题进行了研究，提出一种新的轨迹规划方法——切换策略。该方法属于局部最优法，适用于机器人的在线控制，同时又具有良好的全局性能。     

欠驱动机器人最优运动轨迹生成与跟踪控制

以被动关节自由的欠驱动机器人为研究对象,对其最优运动规划与轨迹跟踪控制问题进行研究,控制目标为实现欠驱动机器人关节的任意位置控制.对欠驱动机器人系统的可控性条件进行分析,提出部分稳定规划器的思想,利用遗传算法对建立的适应度函数进行全局优化,得到部分稳定规划器的最优切换顺序.利用变结构控制方法进行反馈控制,实现了期望轨迹的精确跟踪.提出的方法一方面利用遗传算法的全局搜索能力,不必考虑机器人的严格线性化,能够快速、准确地实现路径寻优,且具有很好的稳定性:另一方面采用的变结构控制方法能够对系统干扰及参数变化具有良好的自适应性,因此本方法可以很容易推广到多自由度欠驱动机器人系统控制当中.通过末关节为被动关节的平面3自由度机器人进行仿真,仿真结果证明了方法的有效性.     

非完整约束移动机器人CRAB-RRT轨迹规划

针对快速扩展树算法在多障碍环境搜索效率低、冗余节点多的问题，提出一种CRAB-RRT算法。该算法采用圆域概率偏向采样策略进行随机采样；将扩展树上节点分为2类，通过度量邻近点间对角线距离、历史路径成本和扩展角度的加权和，在有效邻近点集中选出高质量最近点；在新节点扩展中添加了目标引力分量，并根据环境障碍信息实现扩展步长自适应变化；经过对非完整约束移动机器人运动学模型的分析，提出了极限角约束，通过考虑受极限角约束的路径裁剪策略剔除冗余节点，利用三次B样条平滑方法平滑轨迹。通过数值仿真分析和实车实验，验证了CRAB-RRT算法的可行性、实用性与优越性，平滑后的路径更利于机器人跟踪，且适用于多障碍环境。     

并联机器人正运动学与NURBS轨迹规划

并联机器人是一种具有高载荷自重比的封闭式运动结构,针对并联机器人运动控制和NURBS轨迹问题进行了深入的研究,首先从并联机器人的逆运动学问题进行了解析方法的求解.其次,针对正运动学(FKP)在数学上是难以解决问题,提出了一种多层感知器进行反向传播学习的神经网络进行实时求解.再次,开发了基于NURBS的通用插补器,它可以...     

六自由度机器人在焊缝焊接应用中的路径规划

常用的机器人轨迹规划有关节空间法和直角坐标空间法,本文分析了这2种轨迹规划的特点。提出了分段二次Lagrange插值路径规划法,并进行了计算机仿真。仿真结果表明,采用分段二次Lagrange插值的方法能使机器人末端的运动轨迹平滑且能很好地逼近于给定的焊缝曲线。