基于人工约束模式切换的5R机械臂圆弧轨迹控制研究

为了控制5R机械臂跟踪圆弧轨迹或有效避开障碍物,及避免关节空间关节角的不连续,对笛卡尔空间的圆弧运动轨迹采用位置插补,基于两种人工约束模式把笛卡尔空间的位置值逆解到关节空间,利用最小二乘法从获得的所有逆解中选取关节角偏差平方和最小的解,并对末端轨迹和各关节的轨迹进行了仿真。结果表明:机械臂末端圆弧轨迹平滑,各关节角连续变化,运动平稳。     

基于ROS-I的弧焊机器人笛卡尔运动规划研究

针对机器人笛卡尔空间轨迹规划难度大且复杂的问题,提出了一种基于机器人操作系统ROS-I平台的机器人笛卡尔空间运动规划方法。文中以埃夫特机器人为研究对象,首先将机器人的三维模型转换成URDF文件,然后利用MoveIt!功能包创建弧焊机器人运动规划需要的配置和启动文件。通过插补算法完成了弧焊机器人直线轨迹和圆弧轨迹的构建并使用Descartes库完成了弧焊机器人笛卡尔空间运动规划仿真。最后在运动规划的基础上,通过机械动力学软件ADAMS获得了机器人焊枪末端的位移、速度和加速度曲线。仿真结果表明,ROS-I的Descartes库能够提高机器人笛卡尔运动规划的效率且具有较高的精度,为弧焊机器人在复杂环境中的轨迹规划提供了可供参考的方案。     

基于双模同步预测的机械臂末端轮廓精确跟踪控制

为减小机械臂末端在进行轨迹跟踪运动时的轮廓误差,提出一种机械臂轮廓误差同步预测控制策略。该策略将操作空间轮廓误差映射到关节空间,从而定义机械臂各关节的同步行为,有效减小了末端轮廓误差,提高了机械臂各关节的运动协调性。为解决常规预测控制器不能保证系统稳定的问题,提出双模同步预测控制方法,通过在预测时域外切换到局部控制率来保证控制器的稳定性。实验结果表明:所设计的控制器能有效减小末端轮廓误差并使关节输出力矩更加平稳。     

基于快速扩展随机树的机械臂路径优化算法研究

针对传统快速扩展随机树算法在关节空间对机械臂进行路径规划难以得到机械臂笛卡尔空间下最短路径的问题,提出改进的快速扩展随机树算法(DL-RRT),在笛卡尔空间对机械臂进行路径规划,得出机械臂笛卡尔空间下的最短路径.同时采用三次样条插值算法对所得轨迹拟合优化,使机械臂末端运动轨迹连续光滑,保证机械臂平稳快速的运行,减少运动...     

基于ADAMS的SCARA机器人运动学仿真研究

对SCARA机器人进行正逆运动学分析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。为解决以上问题,基于ADAMS软件环境,建立了SCARA机器人的三维虚拟样机模型,结合SCARA机器人的正逆运动学在笛卡尔空间对其末端规划一段圆弧路径轨迹,并将该圆弧路径轨迹数据导入虚拟样机模型中进行轨迹规划的仿真。结果表明,该系统为SCARA机器人运动学分析及轨迹规划方法的仿真验证提供了一个有效的平台。     

一种并联机器人轨迹规划算法研究

针对并联机器人工作空间微小线段间拐角处产生的冲击与振动问题,提出一种基于笛卡尔空间与关节空间相结合的机器人联合空间轨迹规划方法。在笛卡尔空间中采用三次非均匀有理B样条曲线对机器人末端执行器复杂的加工轨迹进行插补。为解决笛卡尔空间微小线段间拐角处的切向不连续导致轨迹突变的问题,基于并联机器人逆运动学模型,将笛卡尔空间轨迹规划算法所得插补点映射到关节空间,采取五次均匀B样条曲线进行第二次轨迹插补,平滑并联机器人运动过程中加速度及加加速度突变曲线。并在动力学层面验证所提算法的有效性。仿真结果表明：联合空间轨迹规划策略能使机器人末端执行器较好地改善连续高阶曲率导数的轨迹平滑问题,提高末端跟踪精度。实验结果表明：末端跟踪误差值最大减少21.12%,力矩最大值减少11.65%。     

基于关节优先级的冗余机械臂柔顺控制方法

针对冗余机械臂柔顺控制过程中某些关节运动可能超出安全范围导致安全事故的问题，提出一种基于关节优先级的冗余机械臂柔顺控制方法。此方法通过雅可比矩阵的加权广义逆矩阵与阻抗控制中机械臂的末端速度相结合，计算出关节角度增量，并对关节角度进行迭代更新。在机械臂运动过程中，为减小超限关节的角度增量，将相应关节设置较小的关节优先级，将超限关节角度变化保持在安全范围内。最后使用一种八自由度的冗余机械臂进行柔顺控制实验验证。结果表明：将相应关节设置较小优先级后，该关节角度增量减小，证明了该柔顺控制方法的可行性和有效性。     

基于ROS的6自由度机械臂运动轨迹规划

针对多关节机械臂作业效率和安全性的运动规划问题,以开源机器人操作系统ROS为仿真平台进行了机械臂运动规划研究。利用Solidworks建立机械臂模型,经SW2URDF生成XML格式描述的机器人URDF文件。利用ROS Moveit!中的设置助手Moveit!Setup Assistant完成了运动规划相关文件的配置。在轨迹规划方面利用Moveit!框架下C++接口,在三维可视化平台Rviz中实现了笛卡尔空间直线与圆弧插补。在路径规划方面,采用快速扩展随机树(RRT/rapidly exploring random tree)和双向扩展平衡的连结型双树(RRTConnect)路径规划算法,完成了高维空间和复杂约束的无碰撞路径规划。仿真结果表明RRTConnect算法收敛速度快,搜索能力强,能够有效解决复杂环境下的路径规划问题,保证机器臂运动安全。     

基于期望轨迹修正的机械臂无传感器柔顺控制

为了提高机械臂与环境交互时的接触力控制精度，提出基于期望轨迹修正的无传感器主动柔顺控制方法。针对传统参数辨识方法损失面函数鞍点多、易陷入局部最优、计算量大等问题，基于牛顿-欧拉法得到机械臂由外向内递归的参数辨识方法，该方法可实现参数的分步分批辨识；针对机械臂与环境交互时的主动柔顺控制问题，使用位置阻抗控制原理对期望轨迹进行修正，设计了参数不确定条件下的非奇异终端滑模控制；最后，基于Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。经实验验证，基于传统辨识方法的反算力矩累计绝对误差为9.35 N·m,递归辨识方法的反算力矩累计绝对误差为1.05 N·m,说明参数递归辨识精度远高于传统辨识方法；在位置阻抗控制作用下，接触力在2.8 s达到设定值，误差波动范围为±0.4 N。实验结果验证了所提主动柔顺控制方法的优越性。     

铸件多功能作业机器人多臂协调轨迹规划与仿真

以铸件多功能作业机器人的工作臂为研究对象,采用笛卡尔空间变量法对机器人铸件搬运过程进行轨迹规划。结合多臂协调的运动约束条件以及伪逆法,对机器人的4个工作臂关节运动进行优化,得到多机械臂协调运动的关节位置和速度变化曲线。由MATLAB软件仿真得到的运动参数曲线可知,算法优化后得到的运动轨迹均能保持连续、平滑,有利于实现对机器人的精准控制。利用机械臂正运动学方程得到了机械臂末端执行器的轨迹曲线,曲线满足铸件搬运的要求,验证了算法的正确性。     

混凝土液压拆除机械臂运动学分析与研究

混凝土液压拆除机械臂运动学分析是混凝土液压拆除机器人运动及控制器设计的重要组成部分。将混凝土液压拆除机械臂作为研究对象,通过D-H法则建立机械臂连接杆坐标系,并完成机械臂的运动学分析。运用ADAMS对模型进行运动学仿真分析,获得了机械臂的运动包络图,测量了机械臂喷枪末端的位移、速度及加速度曲线,验证了理论分析的正确性。结合理论分析与仿真,分析实际使用中机械臂喷枪末端的姿态和运动情况,为末端机械臂的轨迹规划和控制提供了理论依据。     

基于RBF神经网络的六自由度机械臂轨迹优化

为了降低机械臂运动轨迹偏差、提高精确度,设计了六自由度机械臂模型并对末端执行器进行运动轨迹规划。从运动学出发建立机械臂的连杆坐标系并获得D-H参数,通过机械臂运动学公式求解得末端执行器位置和姿态;借助MATLAB中的神经网络工具箱设计RBF神经网络,利用轨迹离散转化得到的离散点训练RBF神经网络。仿真结果表明,采用RBF神经网络优划后得到的运动轨迹为平滑曲线、且在各坐标轴的趋近误差均低于±0.4 mm,降低了趋近误差,实现了机械臂在笛卡尔空间的轨迹优划。实验结果达到了预期效果,表明此次轨迹优化的合理性。对机械臂应用于生产中具有一定的指导意义。     

基于ROS的机械臂运动规划研究

为提高多自由度串联机械臂在作业过程中的工作效率及安全性问题,提出一种基于ROS平台的机械臂运动规划方法。以ABB机器人为研究对象,进行正逆运动学分析。通过MoveIt配置包构建机器人的三维可视化模型,对机器人进行笛卡尔空间下的直线和圆弧规划实验。为提高机器人运动安全性和关节运动的平滑性,自定义一种线性插补算法后集成到MoveIt中进行运动仿真实验。实验结果显示机器人各关节运动轨迹平滑,稳定性高,表明此插补算法的可行性。最后进行机械臂的避障仿真实验,在MATLAB中对快速扩展随机树（RRT）算法和双向快速扩展随机树（RRT-Connect）算法进行对比实验,仿真证明：RRT-Connect算法速度快,路径短,更能提高机械臂在复杂路径下的规划效率。     

UR10机器人的运动学分析与轨迹规划

为了让机器人在作业过程中运动轨迹具有连续、平滑的特性,对6自由度机械臂进行了运动学分析和轨迹规划。以6自由度的UR10机器人为研究对象,以刚体运动的齐次变换理论为基础,应用改进的D-H法对UR10机器人进行了运动学建模,基于几何与代数法对机器人进行了正、逆运动学分析,得到笛卡尔空间中末端执行器的位姿与关节空间中机器人关节角度之间的映射关系,并通过实例验证了公式推导的准确性。最后,基于MATLAB机器人工具箱,应用梯形的速度混合曲线对UR10机器人进行轨迹规划的仿真实验。试验结果表明:基于梯形的速度混合曲线得到的轨迹规划,实现了机器人的运动轨迹的连续和平滑。     

精密并联机器人运动轨迹规划的研究

对并联机器人末端轨迹的速度和位置规划算法进行了研究.基于并联机器人的运动学逆解模型和雅克比矩阵给出了各个杆位置和速度的算法.提出了采用梯形速度曲线的方法对并联机器人的末端轨迹速度进行规划.在笛卡尔空间内提出了直线和圆弧插补算法对并联机器人的末端轨迹的位置进行规划.以末端轨迹分别为直线和圆弧时进行了速度和位置规划并进行仿真分析.仿真分析结果表明:并联机器人的各个杆的位置和速度变化曲线与末端轨迹的位置和速度规划一致且光滑连续.该方法考虑了轨迹的位置和速度控制,简单实用,仿真结果为以后该机构的运动控制提供了依据.     

基于径向基函数神经网络控制的机械臂轨迹误差研究

当前,机械臂关节运动轨迹容易受到外界环境的干扰,导致运动轨迹不稳定,抖动现象特别严重,不能很好地满足轨迹跟踪任务的要求。对此,文中创建机械臂双关节运动简图模型,采用径向基函数(RBF)神经网络自适应控制方法跟踪机械臂关节的运动轨迹。分析了机械臂运动轨迹所产生的误差,设计了机械臂关节神经网络自适应控制器,引用李雅普诺夫函数对控制器的稳定性和收敛性进行了证明。结合具体实例,借助于Matlab软件对机械臂双关节的运动轨迹追踪误差进行仿真。同时,与模糊PID控制的仿真误差进行对比和分析。仿真曲线显示,机械臂关节采用RBF神经网络自适应控制方法,运动轨迹追踪所产生的误差较小,输入力矩的振动幅度相对较小。因此,机械臂关节末端采用RBF神经网络自适应控制器,可以降低运动轨迹的跟踪误差,改善振动现象。     

改进人工势场法的机械臂避障路径规划

针对人工势场法在机械臂避障路径规划中易陷入局部最小值等问题，提出一种改进人工势场法的机械臂避障路径规划方法。首先，对机械臂连杆及障碍物进行包络体建模，将避障碰撞检测问题转化为圆柱体与球体、圆柱体与长方体的最短距离求解；其次，提出在机械臂关节空间建立目标点的引力场和斥力场，在笛卡尔空间建立引力场相结合的算法，并采用快速随机搜索树法(RRT)解决传统人工势场法局部极小点的问题；最后，采用MATLAB开展仿真与实验，结果表明该算法规划目标位置平均误差为0.010 m,相较于传统的算法更接近于目标位置，可实现机械臂逃离局部极小点并完成避障路径规划。     

自适应鲁棒控制在机械臂轨迹跟踪中的应用

以仿人型机械臂为研究对象,针对常规PID控制器在机械臂轨迹跟踪控制中存在速度较缓慢、位姿误差较大的问题,设计了一种自适应鲁棒控制策略。利用SolidWorks进行机械臂结构的自主设计,根据所设计的机械臂参数进行控制器设计,利用Simulink建立机械臂控制系统模型,在直线和曲线两种运动目标轨迹下进行轨迹跟踪控制验证。实验结果表明,相对于常规控制器该自适应鲁棒控制方法可以更为准确地控制机械臂的末端轨迹,跟踪速度快且跟踪位姿准确,具有较好的可行性及可移植性。     

基于轮廓误差补偿的机械臂自适应非奇异终端滑模控制

针对机械臂外部干扰、执行器故障等不确定因素对末端轮廓跟踪精度的影响,提出一种基于交叉耦合的自适应非奇异终端滑模控制方法。基于机械臂动力学模型,采用Lyapunov函数设计系统的非奇异终端滑模控制律;为解决滑模控制器设计过程依赖于不确定性上界这一局限性,引入自适应技术估计系统集总不确定性,有效抑制滑模控制的高频抖振现象;根据有限时间稳定性理论证明闭环控制系统的有限时间稳定。结合交叉耦合控制技术与抛物线过渡轨迹规划技术,设计交叉耦合轮廓补偿与参考位置预补偿相互协调的统一框架;提高机械臂各关节间的协调性,以更好地削弱系统不确定性对末端轮廓跟踪精度的影响。结果表明：所设计的控制器能够在机械臂系统存在不确定性因素下实现末端轮廓精确跟踪,并能有效抑制系统抖振现象。     

偏置式空间机械臂关节角参数化逆运动学求解

针对偏置式空间7自由度(DOF)冗余机械臂,提出了一种基于关节角参数化的运动学求解方法。根据空间机械臂的结构特点对其臂型进行了分析,采用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立空间机械臂坐标系。采用D-H法对空间机械臂操作空间进行了描述,在考虑运动学约束的基础上,得到了以关节角为变量的正运动学模型。通过分析逆运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解了该类机械臂逆运动学的完整解析解。在Matlab环境下,使用Matlab Robotic Tools对机械臂的初始姿态进行了仿真。通过给定的机械臂末端位姿,根据推导的逆运动学算法对空间机械臂各个关节的角度进行了求解。机器臂的运动学逆解算将作为机器臂运动规划和轨迹控制的基础。