六自由度机器人运动学仿真及轨迹规划

为减小机器人运动过程中的振动和冲击,延长机器人使用寿命,提高轨迹规划的精度,以六自由度工业机器人为研究对象,针对采用五次多项式样条规划的轨迹因加加速度有突变而导致的轨迹精度不高的问题,采用五次和七次非均匀B样条对机器人轨迹进行规划。机器人的运动学建模和轨迹规划的仿真通过MATLAB平台实现。仿真结果表明,采用五次和七次非均匀B样条规划的运动轨迹速度、加速度光滑,加加速度连续没有突变,机器人轨迹精度较好,运动性能优于五次多项式样条。     

基于优化的六自由度工业机器人NURBS轨迹规划

针对机器人在运动过程中遇到较大振动和冲击问题,为进一步提高轨迹规划的精度,减轻振动和冲击,延长机器人使用寿命。以实验室REBOT-V-6R机器人为研究对象,分别采用三次多项式、三次B样条和三次NURBS在基于最短路程原则下对机器人轨迹进行规划。规划结果表明,采用三次NURBS规划的运动轨迹速度、加速度光滑,连续没有突变,机器人轨迹精度较好,运动性能优于三次多项式样条和三次B样条。     

基于GA算法的柔性抛光工业机器人最优轨迹规划

为使柔性抛光工业机器人的作业时间达到最优,文章在自行研制的柔性抛光工业机器人第一代样机的基础上,提出一种新的最优轨迹规划方法。从手表的表壳表耳部分的复杂曲面中提取出一组机械臂工作位置点,通过逆运动学求解出与其对应的关节位置序列,采用5次B样条曲线拟合方法得到各关节的角度轨迹曲线。将机械臂的运动学约束转化为5次B样条轨迹曲线的控制顶点约束,采用GA算法求解出最优的时间节点,进而规划出满足非线性运动学约束的时间最优连续轨迹曲线。仿真结果表明,提出的轨迹规划方法为柔性抛光工业机器人提供了理想的轨迹曲线,使柔性抛光工业机器人的作业时间达到最优。     

一种机械臂时间-冲击轨迹的快速求解优化方法

针对NSGA-II算法优化机械臂轨迹耗费计算时间的问题,提出一种时间-冲击轨迹规划优化方法。采用均匀五次B样条函数在关节空间内构造插值曲线,在运动学约束的条件下,利用牛顿法对目标函数进行迭代求解。仿真结果表明:结合牛顿法与埃特金加速法对五次B样条函数插值轨迹规划的时间和冲击进行优化求解,寻优时间短,保证在运动学约束下产生较小的冲击以及缩短机械臂的运动时间,使得机械臂的运动控制性能得到提高。     

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%。     

6R工业机器人几何求逆优化算法及仿真分析

为提高机器人工作性能,满足实际复杂工况需求,研究了SNR3-C30型6R工业机器人的运动状态和轨迹规划。首先,根据D-H法建立机械臂连杆坐标系以及运动学方程;其次,基于其末端执行器的位姿矩阵特性,提出一种结合位姿分离思想的几何求逆优化算法,该算法利用机器人各关节相对腕部的几何位置关系来求解前三个关节角θ_1,θ_2,θ_3,然后在此基础上通过旋转子矩阵求解剩余的关节角θ_4,θ_5,θ_6;最后,在MATLAB Robotics仿真模块中对改进算法进行验证,并采用多项式插值法对机械臂进行关节空间轨迹规划。研究结果表明,改进算法具有优越性和有效性,并且当采用五次多项式插值法进行轨迹规划时机器人运行更平稳。     

工业机器人运动学与轨迹规划仿真

为保证工业机器人在作业过程中平稳连续运行,运用Solid Works建立了六自由度工业关节型机器人三维模型,并以其为研究对象,建立其运动学模型,采用五次多项式插值算法,在ADAMS环境下对机器人各个关节进行轨迹规划仿真。仿真结果表明,五次多项式插值算法得到了各关节连续平滑的曲线,有效解决了加速度不连续的问题,为进一步进行轨迹规划控制提供了重要参考。     

5-DOF仿人型机械臂关节空间轨迹规划研究

文章以5-DOF仿人型机械臂为研究对象,讨论了工业机器人轨迹规划方法及相关问题。对该机械臂进行了运动学分析,建立了机械臂运动学方程,并针对典型搬运作业方式,以距离最优为目标选取空间梯形路径关键点,设计了基于关节空间五项多项式插值算法的轨迹规划方法,利用Robotics Toolbox工具箱进行机械臂虚拟建模及关节空间轨迹规划仿真。经验证,相对于传统矩形路径作业方式,该方法可以更好完成工业机器人搬运作业的轨迹规划问题,对进一步结合工艺参数研究工业机器人控制系统具有必要的理论及实践意义。     

工业机器人运动学分析和轨迹拟合研究

为更好地控制工业机器人进行精准的作业,以Puma560工业机器人为例,运用D-H表示法对工业机器人的结构和连杆参数进行分析,建立运动学方程。利用三次多项式插值方法规划出机器人关节角的运动轨迹。在分析了工业机器人运动学模型的基础上,提出了一种通过对机器人轨迹拟合计算表示机器人关节运动精度和机器人运动精度的方法,为后续提高机器人运动精度研究提供了理论依据。     

逆向驱动焊接机器人NURBS轨迹规划

针对焊接机器人逆向运动学不易求解且多解或无解的缺点,提出一种基于ADAMS和MATLAB的逆向驱动轨迹规划方法,并采用非均匀有理B样条(non-uniform rational B-splines,NURBS)进行关节曲线拟合,并进行焊接机器人的运动学仿真.结果表明,与正弦曲线和五次多项式等传统规划算法相比,逆向驱动NURBS轨迹规划算法,获得的各关节角位移曲线光顺性较好,机械手各方向的位移误差均较小,误差小于1 mm,从而快速准确实现焊接机器人的预期轨迹,为焊接机器人轨迹规划提供了一种新思路.     

基于改进量子遗传算法的机器人关节轨迹优化

电子元器件体积较小,对它进行分拣较一般分拣工作困难且工作量巨大,应用机器人分拣可大大提高工作效率。采用七次多项式曲线插值的方法进行轨迹规划,使运动关节的角速度、角加速度和角急动度曲线光滑连续;提出一种改进的量子遗传算法,引入正态分布概率密度函数以改进量子门旋转角步长策略,对关节运动轨迹进行最短时间优化,使机器人能够在满足非线性约束条件的基础上具有最优关节轨迹曲线。仿真结果表明：该轨迹算法能够快速有效地缩短机械臂关节运动时间。     

模糊PID控制的桁架机器人轨迹规划研究

针对仓库用大型桁架机器人轨迹规划研究现状,将传统的五次多项式进行优化,设计并规划了一条以电机最大速度和加速度为约束的五次多项式轨迹,得出数学模型。为满足桁架机器人取物这一非线性系统的控制精度要求,设计一种以参数自适应模糊PID的控制方法,对规划好的轨迹作轨迹跟随实验。结果表明:该控制方法能够获得较好的路径跟随结果,可有效提高桁架机器人的运动精度,符合实际使用要求,对同类工程研究具有一定的参考价值。     

基于非均匀B样条曲线的机器人轨迹过渡算法北大核心

针对6自由度工业机器人末端轨迹不光顺、衔接速度慢、运动不平稳的问题,提出了一种基于非均匀B样条曲线的过渡模型和对应规划算法。使用5次非均匀B样条曲线,构建了G^(3)连续的空间轨迹过渡模型;根据轨迹过渡的拐角速度约束以及轨迹长度的相互制约关系,提出了自适应的速度前瞻算法;采用四阶龙格库塔-割线法,实现了样条曲线的插补;最后,利用安川HP20D机器人和Leica激光跟踪仪AT960进行实验,测量机器人末端TCP速度和加速度信息。实验结果表明,该过渡算法提升了多段连续轨迹的衔接速度,减小了速度波动,避免加速度突变,实现了机器人的平稳运动。     

码垛机器人运动学分析及关节空间轨迹规划研究

以IRB-460工业机器人为研究对象,针对其运动学建模及在笛卡尔空间和关节空间下的轨迹规划方法展开研究并进行对比。对机器人本体进行了机器人运动学分析,利用多项式轨迹插值算法进行了关键点间的轨迹规划,完成了重叠型码垛的作业流程。利用Robotics Toolbox完成了轨迹规划算法仿真,并进行了结果分析。仿真结果表明在关节空间下进行轨迹插补所得的路径点更为优化,所得的轨迹更为满足作业任务,具备合理性。     

机器人柔性关节前馈力/位混合控制策略研究

针对机器人关节柔性引起的轨迹跟踪误差问题和末端执行器残余振动现象,在PD反馈控制律基础上,提出一种基于柔体动力学模型的前馈力矩补偿控制算法和后置多模态自适应输入整形算法前馈力/位混合控制策略。建立六轴工业机器人柔体动力学简化模型,在不附加关节编码器和外设的情况下进行柔体动力学参数辨识,再将动力学模型改写为力矩计算方程,经计算得到前馈力矩并加入控制律中进行补偿;计算前馈力矩所用的期望轨迹需经过输入整形器处理,考虑机器人系统的时变性问题,采用后置多模态自适应输入整形算法对期望输入位移信号进行命令整形,从而抑制末端的残余振动现象。结果表明：所提出的前馈力/位混合控制策略能有效减少轨迹跟踪误差,抑制机器人末端的残余振动现象。     

基于Hermite插值的管片拼装机轨迹规划

盾构施工中,管片拼装机需要先完成一环的拼装,才能往前进行推进。目前管片拼装机工作效率较低,直接影响着掘进速度。为了提高管片拼装机的拼装效率,结合Hermite插值算法提出一种新的拼装轨迹规划方法,通过各动作始末两点进行Hermite插值,构造出五次多项式,通过加速度、功率等约束解出各具体解。选取用时最长的作为时间基准,重新构造其余五次多项式。在降低启动冲击的同时,将管片拼装机的拼装效率提升了近一倍。     

基于MATLAB的KUKA焊接机器人轨迹规划与运动学仿真

在工业机器人的应用控制中,其作业轨迹的规划是系统设计的关键内容,为了使焊接机器人能根据设定的轨迹和速度进行高效施焊,以KUKA KR10 R1420型工业机器人为研究对象并分析其结构,采用D-H参数法建立各杆件坐标系,通过齐次变换矩阵建立机器人运动学方程。利用MATLAB机器人工具箱构建KR10 R1420型工业机器人的数学模型,并进行了轨迹规划和运动学仿真,获得平稳且连续的末端执行器轨迹和各关节的角度、角速度、角加速度变化曲线,仿真结果验证了所建KR10 R1420型工业机器人运动学模型的正确性和合理性,为焊接机器人在复杂环境中的轨迹规划提供了可供参考的方案。     

基于步态规划的四足机器人运动学分析与研究

对四足机器人进行运动学建模和分析,推导运动学的正解和逆解;然后基于五次多项式对机器人足端轨迹进行了步态规划,计算了四足机器人对角步态和三角步态的驱动函数。在仿真软件ADAMS中对三角步态和对角步态进行仿真。最后制作了样机,并对样机进行了测试。通过研究三角步态和对角步态的仿真结果和样机测试结果,验证了理论推导计算的正确性。