冗余度机械臂零初始关节速度的运动规划方案研究

对一种基于伪逆的冗余度机械臂的运动规划方案进行研究。首先,根据机械臂结构和末端运动规划问题,建立速度层的运动学伪逆算法求解模型。其次,通过在关节速度上加约束,可实现关节速度从零开始平滑变化,并能快速趋近其最小范数解。再次,利用了位置误差补偿方法改善了运动学方程,有效消除或减小机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差,保证轨迹跟踪的精度。最后,利用MATLAB软件对平面四连杆机械臂跟踪圆形和螺旋线曲线轨迹进行了仿真实验。仿真结果表明,该运动规划方案具有指数收敛性质,运动误差能达到较高的精度等级。     

基于粒子群算法的双臂机器人运动轨迹优化研究

当前,双臂机器人末端执行器运动轨迹协调能力较差,导致执行器输出误差较大,不能很好地满足高精度场合的需要。对此,创建了双臂机器人简图模型,推导出机器人动力学方程式,采用运动学方程结合粒子群算法进行双臂机器人协调轨迹优化,引用B样条曲线对关节轨迹进行参数化设计。在满足特定目标和约束条件的情况下,采用自适应惯性权重约束粒子群算法求解关节轨迹的最优解,通过Matlab软件分析机器人末端执行器输出误差大小。结果显示:随着末端执行器角速度的增大,优化前的末端执行器输出最大误差就会增大,但是,优化后的末端执行器输出最大误差保持不变。采用粒子群算法优化双臂机器人协调轨迹,能够克服机器人动力学奇异性问题,提高机器人末端执行器运动精度,更好地执行高精度场合任务。     

神光-Ⅲ精密光学模块侧装机械手运动学分析

为顺利将激光聚变试验所需的光学模块安装至主机试验装置中,设计了一种八自由度侧装机器人。通过D-H法建立机器人各杆件的参考坐标系并获得D-H参数,推导出该侧装机器人运动学正解。提出采用关节变量虚化法构建出一个虚拟六自由度机器人,并利用解析法求解虚拟六自由度机器人运动学逆解。基于关节占用空间最小的原则,结合麦夸特算法利用1stOpt软件对关节3和关节4的位置进行求解,进而求解八自由度侧装机器人运动学逆解,并通过实例验证逆解算法的正确性。对运动学分析求解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划,为实现八自由度侧装机器人的轨迹规划及实时控制等提供理论参考。     

协同搬运工业机器人系统运动学分析与工况仿真

为实现协同搬运重型物体,以双机器人系统作为研究对象,开发双工业机器人提升平台。对双工业机器人系统进行建模,建立机器人之间的相对位置关系,进行正运动学求解;使用MATLAB Robot Toolbox对机器人系统进行D-H建模,验证正逆解求解的正确性;参考机器人协同搬运时的平移工况,在VREP仿真软件中对两个机器人进行直线轨迹规划,验证平移物体时的工况平稳性,为机器人协同搬运提供了理论依据。     

基于伪逆的冗余度机械臂关节速度约束方案

针对冗余度机械臂逆运动学求解结果可能超出机械臂物理限制的问题,提出两种基于伪逆算法的冗余度机械臂关节速度约束方案。首先,根据冗余度机械臂末端执行器的跟踪任务,运用伪逆算法在速度层上进行冗余度解析。其次,分别利用设计的两种约束方案对指定的关节速度进行限制与压缩,获得新的速度解并用以执行指定的轨迹跟踪任务。接着,针对末端执行器出现的位置误差,设计误差补偿函数以保证跟踪任务的顺利执行。最后,利用MATLAB软件对六自由度机械臂进行了运动规划仿真实验,并利用Arduino平台对六自由度机械臂进行算法实验验证。实验结果表明,两种约束方案下机械臂的最大跟踪误差均不超过3×10^-4 m,且时变函数约束方案在限制关节速度时获得更好的速度平稳性。     

六足爬壁机器人的运动学建模与仿真

六足机器人因其运动灵活、承载能力强和稳定性好等优点得到广泛的应用。为对六足爬壁机器人运动进行控制,首先要建立其运动学模型。因基于旋量理论的建模方法能够简化运动学计算过程的复杂性,基于旋量理论建立了六足爬壁机器人正运动学模型,并在此基础上求解机器人逆运动学。同时为了对比分析所建模型的准确性,我们在ADMAS上建立机器人虚拟样机仿真模型,并且设计步态,使虚拟样机末端执行器按照预定的轨迹运动。其次在MATLAB软件下根据建立的逆运动学模型求解机器人末端执行器按预定轨迹运动时各关节转动角度。通过对比两个模型各关节转动角度随时间变化的曲线,以及各关节角度误差和末端位移误差来验证建立的机器人运动学模型的正确性。研究结果表明,基于旋量理论建立的六足爬壁机器人的运动学模型精度高,能够作为多足机器人研究的基础。     

基于约束关系的服务机器人双臂协同运动控制研究

为了提高家居服务机器人在双臂协同运动作业时的准确性和安全性,提出了一种基于约束关系的双臂协同运动控制算法。通过对机器人双臂坐标系模型的建立以及运动学正逆解的分析,结合双臂运动中位置、姿态及各关节速度之间的约束关系,实现了机器人较精确的双臂协同运动。本算法已经成功应用于所研究的家居服务机器人,实验结果表明,算法具有精确度高、实时性好的特点。     

基于多领域统一建模的采摘机械手运动仿真

水果采摘机械手的运动特性决定其采摘效率与合格率。通过将适于串形水果采摘的末端执行器与六自由度工业机械臂结合,建立荔枝采摘机械手本体结构模型与运动学模型;在SimulationX多领域统一仿真环境中,搭建整机控制—伺服—机构耦合分析模型。依据运动学方程数值求解结果,利用瞬态仿真测定模型阶跃响应并在时域中校正系统动态稳态误差使之符合采摘工况要求;依据三次多项式轨迹规划结果,通过运动仿真验证伺服参数与控制策略的有效性,为采摘机器人结构设计与控制优化提供了切实可行的实现方法。     

双机器人不同约束下的协调运动轨迹规划方法的研究

随着工业机器人在各行各业的广泛使用,单个机器人已不能满足大规模工件的搬运、复杂焊接和孔轴组装等要求。在双机器人的研究中,最重要的问题就是如何保证双机器人间的运动满足时间和空间约束,也就是双机器人的多重运动协调。文章用两台机械臂协同搬运和协同写字的实例分别分析了紧约束和松约束下的协同运动,对其运动学协调关系进行分析,通过工件或主体运动轨迹研究机器人约束关系,构建两双机协同体系;在Matlab中进行稳定性验证,并对所提出的理论进行可靠性验证。     

六自由度工业机器人轨迹规划算法研究

机器人轨迹规划是根据机器人所要完成的任务路径,求出各个关节运动函数,最终得到末端执行器的位姿与时间之间的关系,同时保证机器人实现所希望的空间运动。以六自由度工业机器人为研究对象,根据机器人所要完成的任务,规划出机器人末端执行器经过点,求出这些点的位姿对应逆解,得出其关节值。通过关节空间对其进行轨迹规划,并采用Matlab进行轨迹规划数值分析,为控制系统的研究提供基础。     

仿人7自由度机械臂位置层面轨迹规划研究

仿人7自由度机械臂作为一种特殊结构的冗余自由度机器人,具有更好的运动学性能.为了简化仿人机械臂轨迹规划的计算量,从仿人机械臂的逆运动算法入手,讨论了位置层面的仿人机械臂逆运动计算方法,并在轨迹规划中采用定时插补和定距插补的方法,通过位置层面逆解中加入机器人运动的速度和加速度等信息,实现了在位置层面上对仿人7自由度机器人关节空间的全方位运动规划.     

指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案设计

设计了一种指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案.首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,在速度层上对机械臂建立伪逆算法求解模型;其次,为实现关节速度从指定初始速度连续趋近于执行任务所期望的速度解而在关节速度上加约束函数进行调整;再次,为减少机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差而采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度;最后,将运动规划方案在MATLAB软件上对平面四连杆机械臂进行了仿真实验.仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂在任务切换过程中的速度跳变,且末端执行器跟踪路径能达到较高的精度.     

双机器人协同搬运运动学分析及路径规划

建立了双机器人协同搬运工位站,对双机器人协同变姿态与定姿态搬运两种运动模式进行研究,并对双机器人之间的协同运动做了理论分析,提出了一种新的双机器人协同搬运的运动学约束方法。采用D-H变换矩阵法对双机器人协同搬运系统建立连杆坐标系并求出正运动学方程,然后,求出协同工作空间,在工作空间内添加了较复杂空间螺旋线的路径规划方案,在MATLAB中可以得到规划结果。根据规划的搬运工件轨迹求出主、从机器人逆运动学的各个关节角值。最后采用SolidWoks与MATLAB联合仿真实验平台进行仿真验证,实验结果证明了所提出方法的有效性。     

指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案设计

设计了一种指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案.首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,在速度层上对机械臂建立伪逆算法求解模型;其次,为实现关节速度从指定初始速度连续趋近于执行任务所期望的速度解而在关节速度上加约束函数进行调整;再次,为减少机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差而采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度;最后,将运动规划方案在MATLAB软件上对平面四连杆机械臂进行了仿真实验.仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂在任务切换过程中的速度跳变,且末端执行器跟踪路径能达到较高的精度.     

基于L-M方法的6R机器人轨迹规划快速逆解算法

应用Denavit-Hartenberg建模方法,建立6R机器人正运动学模型,组成非线性方程组,提出运用Levenberg-Marquardt方法,求取机器人运动学逆解。利用MATLAB编程环境,实现轨迹规划位置逆解算法。经仿真验证,算法可完成复杂的轨迹轮廓规划逆解求解,有较高的效率和精度,可应用于一般6R机器人,也可适用自由度冗余更高的工业机器人。     

空间多机器人协同运动规划研究

面向空间在轨装配任务提出基于优先级的多机器人协同运动规划方法。多机器人系统包括一个7自由度操作机器人和一个13自由度超冗余照明机器人。采用两种规划方法规划高优先级的操作机器人,即关节空间点到点的离线路径规划和基于伪逆的笛卡尔空间在线运动规划。针对低优先级的超冗余照明机器人,将操作机器人视为已知障碍,采用基于A~*算法和末端轨迹跟随的可重构运动规划方法,将运动规划分解为末端路径规划和机器人各关节对轨迹的跟随问题,并验证算法的可重构性。采用具有特定运动学形式的机器人模型进行仿真试验,仿真结果表明,提出的各个机器人的运动规划方法均能有效满足任务需求,且照明机器人的运动规划算法具有可重构性,多机器人系统基于优先级的协同策略能够满足空间在轨装配任务需求。     

基于多目标粒子群优化算法的6R工业机器人轨迹优化

为了提高工业机器人的工作效率以及运动稳定性,对机器人轨迹进行了优化。在机器人任务空间中用NURBS曲线描述机器人末端轨迹,采用机器人逆运动学求解算法将任务空间轨迹转化到关节空间;提出了一种自适应罚函数的约束多目标骨干粒子群优化算法,对机器人运动时间、加速度、跃度等指标进行多目标优化,该算法采用自适应指数罚函数对约束进行处理,有利于引导算法更快进入可行区域,搜索好的目标值。最后,通过机器人加工实验,验证所提出算法的正确性和有效性。     

基于圆弧插补的工业码垛机器人轨迹规划

为实现工业码垛机器人末端执行器的圆弧运动轨迹,提升机器人的运动效率,提出了一种基于圆弧插补算法的机器人轨迹规划算法;给出了码垛机器人本体结构,分析了码垛机器末端执行器运动轨迹。为实现该轨迹,在笛卡尔空间进行圆弧插补,利用圆弧插补算法实现了该轨迹,并进行了仿真分析。仿真结果表明圆弧插补算法运行时间更短,提高了机器人运动效率。     

双机械手协同运动模型及其工作空间分析

基于双机械手建立协同运动学模型,分析其最佳协调工作空间。首先,采用D-H变换矩阵法建立双机械手运动学模型,揭示机械手末端执行器在不同运动形态下笛卡尔坐标空间位姿与机械手各关节变量之间的转换关系;其次,利用MATLAB中Robotics Toolbox建立双RCX340机械手三维仿真模型,验证运动学模型的可靠性;最后,根据末端执行器的位置向量,采用蒙特卡洛法对双机械手的工作空间进行了分析,得到双机械手末端执行器的最佳协调工作空间,为双机械手协调轨迹规划提供了理论依据。     

连续型机器人运动学的平面圆弧法建模与实验研究

针对当前连续型机器人的运动学逆解求解复杂、低效这一问题，提出了一种基于平面圆弧法的运动学建模方法，其具有运动学逆解求解简单、高效的特点。利用该方法在平面内拟合连续型机器人的弯曲运动形状，建立其运动学模型，分析其驱动空间、关节空间和操作空间的映射关系，并描述其工作空间。分析连续型机器人在平面内弯曲形状的几何约束，建立关节空间变量之间的数学关系，降低求解复杂逆运动学问题的难度。对机器人末端执行器的位置和驱动线长度变化曲线进行仿真分析，求解逆运动学的有效解，并研制原理样机进行样机实验，实验表明该运动学模型的正确性以及逆运动学求解方法的有效性。