工业机器人时间最优轨迹规划及轨迹控制的理论与实验研究

提出了一种用于工业机器人时间最优轨迹规划及轨迹控制的新方法, 它可以确保在关节位移、速度、加速度以及二阶加速度边界值的约束下, 机器人手部沿笛卡尔空间中规定路径运动的时间最短. 在这种方法中, 所规划的关节轨迹都采用二次多项式加余弦函数的形式, 不仅可以保证各关节运动的位移、速度、加速度连续而且还可以保证各关节运动的二阶加速度连续. 采用这种方法, 既可以提高机器人的工作效率又可以延长机器人的工作寿命. 以PUMA 5 6 0机器人为对象进行了计算机仿真和机器人实验, 结果表明这种方法是正确和有效的. 它为工业机器人在非线性运动学约束条件下的时间最优轨迹规划及控制问题提供了一种较好的解决方案.     

多点焊接机器人最优运动规划策略与算法研究

利用遗传算法寻找多点焊接机器人的最优运动规划的方法。第一步应用遗传算法对多点焊接工业机器人进行全局路径最优规划,确定机器人操作手终端遍历所有目标点的最短路径;然后在相邻目标点之间应用遗传算法进行关节空间的轨迹规划,寻找时间最短的最优轨迹。实验结果表明缩短了运行时间,提高了机器人的工作效率,可见方法的可行性和先进性。     

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。     

关节型机器人运动学仿真及控制系统设计

关节型机器人各运动关节动态特性和控制系统的稳定性直接影响机器人以及轨迹规划的可达性.以IRB140关节型机器人为研究对象,依据标准D-H参数法和空间位姿变换理论推导出机器人正向运动学数学模型,并采用机器人逆运动学和改进后的五次多项式插值算法实现了机器人在关节空间下进行轨迹规划时各运动关节速度和加速度过渡平滑的目的.最后...     

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。     

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PSO-SA的机器人关节空间轨迹规划

针对工业机器人点到点轨迹规划问题,提出一种基于PSO-SA的时间最优机器人关节空间轨迹规划方法。使用模拟退火算法(SA)对粒子群算法(PSO)进行优化,将模拟退火机制引入到粒子群算法以提高算法的全局搜索能力。使用惯性权重非线性递减策略以及动态学习因子来平衡算法的全局与局部搜索能力。以PUMA＿560机器人作为研究对象,通过5-7-5多项式插补函数得到各关节的轨迹曲线。通过PSO-SA优化关节运动时间,并加入关节的速度和加速度约束。对前三个关节进行实验仿真,结果表明PSO-SA比传统的PSO能得到更短的轨迹时间,算法也有更好的稳定性,提高了机器人的运动效率。     

基于混合遗传算法的工业机器人最优轨迹规划

为兼顾工业机器人工作效率与轨迹的平稳性,提出一种基于混合遗传算法的二次轨迹规划方案.通过最优时间轨迹规划得到最小执行时间,在最小执行时间内进行最优冲击轨迹规划,进而规划出一条既高效又平滑的运动轨迹.采用五次均匀B样条在关节空间进行快速插值,不仅保证了各关节速度和加速度连续性还保证了各关节冲击的连续性.连续平滑的冲击可以减少机械振动,延长机器人的工作寿命.选用PUMA560为对象进行仿真与实验,结果表明,该方案可以获得比较理想的机器人运动轨迹,所提出的混合遗传算法能有效提高全局寻优的性能和算法运行的稳定性.     

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...     

机器人操作臂跟踪动态目标的轨迹规划方法

针对机器人操作臂跟踪运动目标问题,提出一种基于遗传算法的轨迹规划方法。通过对关节加速度的增量进行编码,实现在操作臂的关节空间进行轨迹优化,得到操作臂在跟踪运动目标过程中所需要的轨迹。仿真计算的结果表明,所提出的方法是有效的。     

Contribution to the path planning of a multi-robot system: centralized architecture

The current study is set to investigate the problem of planning trajectories for a multi-robot system in a dynamic environment. The planning study is conducted in a “barrier-free” and “with obstacle” environment, based on the artificial potential field (APF) technique. This study seeks to improve the APF method in order to have good trajectory planning of a multi-robot system. Also, for multi-robot mobile systems, one of the main technical considerations is the technique used to coordinate the movements of different robots. In this paper, we proposed a centralized architecture for the trajectory planning of a multi-robot system.

     

Knowledge model-based heterogeneous multi-robot system implemented by a software platform

In order to build a heterogeneous multi-robot system that can be regarded as a primitive prototype of a future symbiotic autonomous human-robot system, this paper presents a knowledge model-based heterogeneous multi-robot system implemented by a software platform. With using frame-based knowledge representation, a knowledge model is constructed to describe the features of heterogeneous robots as well as their behaviors according to human requests. The required knowledge for constructing a heterogeneous multi-robot system can be therefore integrated in a single model and shared by robots and users. Based on the knowledge model, the heterogeneous multi-robot system is defined in the Software Platform for Agents and Knowledge Management (SPAK) by use of XML format. With the use of SPAK, the cooperative operation of heterogeneous multi-robot system can be flexibly carried out. The proposed system not only can integrate heterogeneous robots and various techniques for robots, but also can automatically perform human-robot interaction and plan robot behaviors taking into account different intelligence of robots corresponding to human requests. In this paper, an actual heterogeneous multi-robot system comprised by humanoid robots (Robovie, PINO), mobile robot (Scout) and entertainment robot dog (AIBO) is built and the effectiveness of the proposed system is verified by experiment.     

Distributed Reinforcement Learning for Coordinate Multi-Robot Foraging

In this paper, we propose a distributed dynamic correlation matrix based multi-Q (D-DCM-Multi-Q) learning method for multi-robot systems. First, a dynamic correlation matrix is proposed for multi-agent reinforcement learning, which not only considers each individual robot’s Q-value, but also the correlated Q-values of neighboring robots. Then, the theoretical analysis of the system convergence for this D-DCM-Multi-Q method is provided. Various simulations for multi-robot foraging as well as a proof-of-concept experiment with a physical multi-robot system have been conducted to evaluate the proposed D-DCM-Multi-Q method. The extensive simulation/experimental results show the effectiveness, robustness, and stability of the proposed method.     

一个面向复杂任务的多机器人分布式协调系统

基于多智能体系统理论, 研究在非结构、不确定环境下面向复杂任务的多机器人分布式协调系统的实现原理、方法和技术. 提出的递阶混合式协调结构、基于网络的通讯模式和基于有限状态机的规划与控制集成方法, 充分考虑了复杂任务和真实自然环境的特点. 通过构建一个全实物的多移动机器人实验平台, 对规划、控制、传感、通讯、协调与合作的各关键技术进行了开发和集成, 使多机器人分布式协调技术的研究直接面向实际应用, 编队和物料搬运的演示实验结果展示了多机器人协调技术的广阔应用前景.     

一种基于情绪量的多机器人冲突消解方法*

针对动态非结构化环境下多机器人之间存在的空间冲突问题,提出了一种基于情绪量的多机器人冲突消解方法。该方法可以使机器人根据情绪量自主判定对其他机器人的躲避半径,无须预先设定固定的避碰优先级或进行机器人之间的协商。仿真结果表明该方法是一种有效的多机器人冲突消解方法。     

Optimal cooperative collision avoidance between multiple robots based on Bernstein–Bézier curves

In this paper a new cooperative collision-avoidance method for multiple, nonholonomic robots based on Bernstein–Bézier curves is presented. The main contribution focuses on an optimal, cooperative, collision avoidance for a multi-robot system where the velocities and accelerations of the mobile robots are constrained and the start and the goal velocity are defined for each robot. The optimal path of each robot, from the start pose to the goal pose, is obtained by minimizing the penalty function, which takes into account the sum of all the path lengths subjected to the distances between the robots, which should be larger than the minimum distance defined as the safety distance, and subjected to the velocities and accelerations, which should be lower than the maximum allowed for each robot. The model-predictive trajectory tracking is used to drive the robots on the obtained reference paths. The results of the path planning, real experiments and some future work ideas are discussed.     

基于声音的分布式多机器人相对定位

提出了一种基于声音的分布式多机器人相对定位方法.首先,每个机器人通过声源定位算法估计发声机器人在其局部坐标系下的坐标;然后,每个机器人（不含发声机器人）通过无线通信方式将发声机器人在其坐标系下的坐标广播给所有其他机器人,通过坐标变换每个机器人可计算出所有其他机器人在其坐标系下的坐标,从而实现分布式相对定位.理论推导及实验证明只要两个机器人先后发声,通过本文所提方法即可实现多机器人相对定位.室内外环境中采用6个自制小型移动机器人实验表明,所提方法在3米的范围内可实现16厘米的相对定位精度.     

基于博弈论的多机器人系统任务分配算法

对多机器人系统任务分配策略进行了形式化描述,为任务分配方案的求解提供了一种数学描述工具;针对多机器人系统中机器人决策之间的相互依存性,引入博弈论的思想分析了多机器人系统的任务分配问题,提出了一种基于博弈论的多机器人系统任务分配算法(GT-MRTA).实验结果表明,算法复杂度较低,计算量较小,鲁棒性较好,获得的任务分配方案质量较高.     

栅格地图中多机器人协作搜索目标

目标搜索是多机器人领域的一个挑战.本文针对栅格地图中多机器人目标搜索算法进行研究.首先,利用Dempster-Shafer证据理论将声纳传感器获取的环境信息进行融合,构建搜索环境的栅格地图.然后,基于栅格地图建立生物启发神经网络用于表示动态的环境.在生物启发神经网络中,目标通过神经元的活性值全局的吸引机器人.同时,障碍物通过神经元活性值局部的排斥机器人,避免与其相撞.最后,机器人根据梯度递减原则自动的规划出搜索路径.仿真和实验结果显示本文提及的算法能够实现栅格地图中静态目标和动态目标的搜索.与其他搜索算法比较,本文所提及的目标搜索算法有更高的效率和适用性.     

基于信息素的多机器人协作任务分配

针对多机器人系统未知环境下自主任务分配问题,提出了将虚拟吸引信息素和虚拟排斥信息素相结合的多机器人任务分配方法。在动态未知环境下,进行了多机器人协作搜集实验,实验结果表明所提方法既可以避免多个机器人集中在一个空间内造成冲突加剧的现象,又可以实现多机器人自主地进行任务分配目的。