基于惩罚函数法的时间最优机械臂轨迹规划

基于多项式插值的机械臂轨迹规划具有阶次高、凸包性质不够好以及计算复杂特点,传统优化方法难以对其进行优化,提出了基于惩罚函数法的时间最优机械臂轨迹规划方法。该方法首先以机械臂在静态环境下点到点的运动时间最短作为优化目标,以机械臂关节的角度、角速度、角加速度作为约束参数,利用5-5-7-5次多项式对关节空间轨迹进行插值,然后运用惩罚函数法计算多项式插值时间,最后得到关节的运动角度曲线、运动速度曲线、运动加速度曲线。将该方法应用于6自由度PUMA560机器人,结果表明,相较于优化前,优化后在关节的运动角度曲线、运动速度曲线、运动加速度曲线的平顺性变化不明显的情况下,关节运行时间明显缩短了,机械臂的运行效率提高了。     

基于混合蜜獾算法的机械臂最优运动规划方法

针对六自由度机械臂末端执行器路径及关节空间下轨迹的规划问题,提出一种基于混合蜜獾算法和 3-5-3 分段多项 式插值的最优运动规划方法,实现机械臂末端执行器运动路径最短及关节运动时间最优,并有效降低优化路径与规划路径的差 异。 首先,以标准蜜獾算法框架为基础,在初始化、全局寻优与局部探索中采用混沌反向学习、转移算子、正弦余弦算子以及自 适应扰动系数策略,提高最优解质量与寻优能力,并据此设计机械臂末端执行器无碰撞、最短路径规划方法,引导关节轨迹规划 过程;其次,在关节空间下,利用混合蜜獾算法寻找各关节最优运动时间,在此基础上,利用 2 次 3-5-3 分段多项式插值算法, 在满足各关节位移、速度、加速度约束的条件下,完成机械臂关节平滑且时间最优的轨迹规划;最后,通过与其他规划方法仿真 对比,验证提出的方法能够使规划路径长度缩短,关节运动时间减少,优化路径与规划路径差异较小,并以 UR5 机械臂抓取实 验为例检验了该方法的可行性。     

基于杂交算法的机器人时间最优轨迹规划

以多臂型铸造机器人中的六自由度机械臂为研究对象,在关节空间中采用4-3-4多项式插值的方法对机械臂进行轨迹规划设计。在速度约束条件下,运用杂交算法对插值结果进行优化,进而得到机械臂运行的最优运动时间。相比于传统粒子群算法,杂交算法具有较高的收敛精度与收敛速度。通过MATLAB软件仿真得到了机械臂运动过程中各关节运动位置、速度、加速度曲线。结果表明,杂交算法可以准确地实现速度约束下时间最优轨迹规划。     

改进鲸鱼优化算法在机械臂时间最优轨迹规划的应用

针对机械臂时间最优轨迹规划问题,提出一种改进鲸鱼优化算法的最优轨迹规划方法。首先把机械臂各个关节的角度、角速度、角加速度作为约束参数,在关节空间中采用五次多项式插值构造机械臂的轨迹,然后建立以机械臂运行时间最优为目标的目标函数,采用改进的鲸鱼优化算法（IWOA）来对时间进行优化,提高机械臂的运行效率。最后通过MATLAB进行仿真,结果表明,改进的鲸鱼优化算法相较于其它同类算法求解精度更高,收敛速度更快,并且经过IWOA和轨迹优化结合得到的机械臂的位移、速度和加速度曲线都是平滑的且没有明显的突变,验证了该轨迹规划方法的有效性。     

基于NSGA-Ⅱ的刚柔耦合机械臂振动抑制轨迹规划

为抑制柔性臂的弹性振动及获得能耗较低的运动轨迹,提出一种多目标遗传优化算法和3-5-5-3多项式函数插值的轨迹规划方法。采用模态假设法建立刚柔耦合机械臂的动力学方程,获得运动轨迹与残余振动的关系。依据刚性二连杆机械臂的动力学方程计算系统的能耗。在轨迹优化过程中,以轨迹基准点的位移浮动值作为待优化变量,由初始、终止条件和中间插值点连续的关系,得出多项式的系数。运用NSGA-Ⅱ算法,获得待定变量的最优值,使得运动结束后机械臂残余振动和能耗达到最小值,通过数值仿真验证了这种抑制振动方法的有效性。     

空间机械臂多目标综合轨迹规划研究

以七自由度冗余空间机械臂为研究对象,对其进行多目标综合轨迹规划研究。为了得到速度和加速度都连续的关节轨迹,首先采用三次均匀B样条曲线构造机械臂的关节空间轨迹。然后分别以机械臂运动时间最短、能量消耗最少和轨迹冲击性最小作为优化目标,以机械臂的关节位移、速度、加速度和关节力矩的限制作为约束条件,建立空间机械臂多目标轨迹规划问题的数学模型。最后使用NSGA-II算法进行数学模型求解,获得空间机械臂多目标轨迹规划问题的Pareto最优解集。仿真结果表明,在满足各项约束条件的前提下,所获得的机械臂关节空间轨迹能够达到使机械臂的多个性能指标综合最优的效果。     

冗余度机械臂的自运动流形计算及关节轨迹规划

为了求解冗余度机械臂的全部逆运动学解，以计算包含全部逆运动学解的自运动流形为目标，提出了一种新的自运动流形计算方法。该方法基于人工蜂群算法完成自运动流形各分支初值的搜索，解决了分支初值难以确定的问题，并提出了分支搜索策略，实现了完整流形分支的搜索。在此基础上，为提高自运动流形的计算效率，定义了自运动流形的全等性与渐变性并建立了流形库，通过索引流形库内的自运动流形能够快速计算工作空间任意位置的自运动流形。利用流形库对机械臂进行全局性能分析，得到了各流形分支的局部最优位形；以每条分支的局部最优位形作为初始位形进行关节轨迹规划，实现了给定末端轨迹的全局最优关节轨迹规划，并通过4R机械臂和7R机械臂验证了方法的有效性。该方法还可用于超冗余度机械臂自运动流形的计算，具有较好的通用性。     

一种机械臂最优时间-冲击轨迹优化算法

针对工业机械臂执行效率以及运动过程中的冲击产生振动、机械磨损的问题,提出了一种机械臂的最优时间-冲击轨迹规划方法,优化机械臂关节运动时间和加加速度(冲击)两个耦合且矛盾的运动性能指标。通过逆运动学可以将机械臂执行的运动轨迹转换为在关节空间中的位置-时间序列,采用5次非均匀B样条函数在关节空间内构造插值曲线,用各阶B样条曲线控制顶点的约束代替机械臂的运动约束,利用NSGA-II(Non-dominated sorting genetic algorithm II,NSGA-II)对目标函数进行优化。仿真结果表明,采用5次非均匀B样条函数插值,对运动时间和冲击进行优化的运动轨迹,提高了机械臂的执行效率,保证了运动过程中产生较小的冲击,使得机械臂的运动控制性能得到了提高。     

双机械臂协作最优装配位置及多目标轨迹优化

为了解决以传统人工示教方式确定双机械臂协作装配位置的局限性和随机性,以双机械臂轴孔协调装配为工程背景,针对协作装配过程中机械臂的整体运动灵活性和轨迹规划,采用粒子群算法进行多次寻优,求解整体全局灵活性最优的装配位置,并基于最优位置进行了多目标轨迹优化。分析了双机械臂协调装配过程中的运动约束关系,以可操作度为灵活性评价指标,提出了双机械臂协作装配系统的可操作度评价方法,以此构建优化目标函数,采用粒子群算法,在双机械臂协作空间中求取系统全局可操作度最优的装配位置;基于灵活性最优位置,采用多目标粒子群算法,以时间、能耗、冲击为目标进行了轨迹优化,并在Matlab机器人仿真平台进行了仿真分析。结果表明,将灵活性指标运用到轨迹规划中,能提高机械臂作业效率,降低能耗与冲击损耗;且整个运动过程可维持较高可操作度,能有效规避传统人工示教方式的随机性,实现双机械臂协作装配的最优灵活性轨迹规划。     

面向操作可靠性提升的复合工业机器人运动规划

复合工业机器人的应用能够有效提升智能制造车间生产效率。而在其运动规划问题中,基于移动平台调整的机械臂初始站姿直接决定了目标任务是否能够可靠执行。为解决以上问题,提出一种考虑机械臂初始站姿的运动规划优化方法。基于前期基础,采用旋量描述和切片表征方法分别解决了复合工业机器人运动学建模和最小避障距离建模问题,为进行轨迹优化提供了模型基础;建立了最小化耗能当量和运动时间的运动规划优化模型,通过考虑初始站姿影响设计了包括移动运动参数、冗余关节角度和机械臂运动参数在内的混合优化变量集,同时考虑运动学约束和避障约束条件保证机械臂运动平稳性和安全性;结果表明,基于规划优化的复合工业机器人具有较高的操作可靠性。