机械手三维操作空间建立与路径规划

针对传统路径规划算法在机械手路径规划中未考虑机械臂干涉、搜索效率低、路径不合理等问题,在建立了机械手空间模型,采用二次投影法分析和计算机械手操作空间的基础上,将障碍模型和操作空间栅格化,并提出了改进的遗传算法。在遗传算法的设计中,使用实数编码和三维坐标编码相结合的编码方式将栅格进行编码,改进交叉算子,定义最小基因交叉片段数量比,提高了搜索效率,简化了计算过程。通过Matlab建立了机械手仿真模型,验证了算法的有效性,且在实验条件和实验对象等各项参数相同的情况下,相对于传统路径规划算法,搜索效率,最优路径比等得到明显提升。     

移动机器人虚拟仿真平台设计与实现

机器人的三维仿真在机器人的研究中起着重要作用,论文以实验室中的移动机器人为背景,利用3D Studio Max建立了该移动机器人的三维实体模型(3DS模型),然后以VC++6.0为开发工具,利用C++编程功能,并调用OpenGL函数,实现机器人模型在编译环境下的重绘;而且根据移动机器人在指定路径下的运动学坐标变化,给出控制移动机器人的运动的方法;文中创建的虚拟实验环境为研究机器人提供了一个生动形象的仿真平台,为进一步研究移动机器人控制算法和路径规划创造了条件。     

虚拟仿真在机器人路径规划及跟踪上的应用

在机器人路径规划和跟踪的优化过程的研究中,路径规划、轨迹跟踪是移动机器人研究的重要内容.过去通常采用理想数学模型进行仿真,而机器人物理属性和路面模型等都不加以考虑,使得算法难以优化路径规划、跟踪的稳定性和精度.运用现代虚拟设计仿真技术,借助动力学软件RecurDyn建立移动机器人实体模型和路面模型,利用Matlab/Simulink设计控制器,构建一个虚拟仿真平台.通过推导,设计出输入输出反馈线性化的运动控制器,并在仿真平台上进行机器人路径规划和轨迹跟踪仿真,控制器效果得以优化验证.虚拟仿真不仅能缩短研发周期,降低研发成本,并为机器人研究设计提供有效依据.     

基于细胞自动机的移动机器人路径规划算法

针对移动机器人全局最优路径规划问题,提出一种基于细胞自动机的路径规划算法.该算法首先将移动机器人的起点、目标点和空间障碍物定义为一组离散的细胞状态,建立环境的细胞自动机模型;然后由机器人移动的曼哈顿距离设计演化规则;最后根据演化后的细胞状态搜索最优路径.对简单和复杂环境下的机器人路径规划问题进行了仿真实验,实验结果验证了该算法的有效性.     

基于ROS六轴机械臂运动规划研究

使用机器人操作系统（Robot Operating System, ROS）作为仿真平台，基于六自由度机械臂，对其工作效率及安全性的运动规划问题展开研究。通过SolidWorks建立机械臂模型，并通过SW2URDF插件将模型转换为XML格式的URDF机器人描述文件。利用ROS Moveit！中内置机械臂设置助手Moveit! Setup Assistant生成运动规划相关文件，通过Moveit!下C++接口对机械臂进行轨迹规划，在可视化三维平台Rviz中对笛卡尔空间直线与圆弧插补进行仿真。使用快速扩张随机树和渐进最优快速随机搜索树路径规划算法，实现高维空间的无碰撞路径规划，并通过仿真结果得出RRT-star算法收敛速度更快、搜索成功率更高的结论，保证机械臂的正常作业。     

月球车路径规划三维仿真平台设计与实现

研究了开发月球车路径规划三维仿真平台遇到的问题。提出了包括月球车三维建模、障碍物提取、路经规划和三维渲染在内地整套建立月球车路径规划三维仿真平台的方案，并使用它来验证行为控制月球车的虚拟主体避障算法。仿真结果表明，此月球车三维仿真平台解决了月球车三维显示和人机交互问题。     

基于K_SVD算法的机器人路径规划

机器人在陌生环境和动态障碍物下路径规划一直是人工智能及机器人领域研究重点。为了完备训练机器人陌生环境路径规划,根据环境中的特征信息,建立了一种基于K_SVD算法的机器人路径规划模型。经过K_SVD算法训练后的字典可以较好保存环境信息,利用该字典规划机器人路径可达到较好效果。实验仿真表明,该模型下机器人可以完成动态障碍物下自主良好路径规划,具有很强实用性。     

六自由度机械手三维可视化仿真研究

针对Reniovo型六自由度机械手的特定构型,分析了机械手的基本结构,用D-H方法建立了其运动学模型,并推导了基于解析法的机械手正、逆运动学求解方法,针对运动学逆解,推导了基于多解自动寻优的方法,提高了机械手的可行工作空间和避碰能力,最终在运动学求解基础上设计了机械手的运动轨迹规划算法。此外,利用3ds Max进行机械手三维建模,并利用Open Gl技术实现机械手三维运动显示,以三维可视化仿真的方式对机械手的逆解及轨迹规划算法进行了仿真验证,仿真结果显示仿真机械手可以准确执行预期轨迹并达到预定的位姿,证明了上述的仿真方法对于研究机械手工作原理、工作空间及进行碰撞检测都具有参考意义。     

机器人逆运动学分析与仿真

研究机器人动态优化问题。根据机器人所持焊枪的运动轨迹,针对机器人可沿空间任意直线轨迹焊接,是焊接机器人关节控制策略中的难点,运用ADAMS软件对焊接机器人进行逆运动学求解,采用拉格朗日方法建立了系统的微分方程,运用pro/E建立了焊接机器人的三维模型,导入ADAMS中添加约束关系和设置仿真参数后建立焊接机器人的虚拟样机模型,对机械手沿空间任意直线轨迹运动的工况进行了逆运动学仿真,得到了各关节的角速度和角加速度曲线,并根据仿真结果提出了使焊接更加平稳的改进方案,结果表明方法不仅为焊接机器人的路径规划提供了参考数据,而且保证了焊接机器人在焊接过程中优良精确的动态特性和静态特性,具有重要的工程实际意义。     

基于SLAM算法的图书馆服务机械人的路径研究

为进一步对服务型机器人的移动过程进行优化,基于SLAM算法,对图书馆服务机器人的移动过程进行路径规划研究,并提出一种离线结合在线的路径规划方法。通过对离线路径规划PSO算法和在线路径规划Q-learning算法进行分别优化,以提高各种的路径规划效果,再将两种方法相结合,解决了复杂环境下的动态不确定的路径最优化问题。仿真结果表明,与其他PSO算法相比,本研究提出的RDSPSO算法能够实现更好的离线路径规划效果,在同样的实验条件下,该算法的优化得到的路径更短,到达时间也更短;与其他的路径规划方法相比,本研究提出的离线结合在线的路径规划算法的路径规划效果更好,路径长度最少缩短了2.8 m,到达时间最少节省了29.9 s。以上结果表明,本研究提出的路径规划方法能够对图书馆服务机器人的移动路径进行进一步优化,进一步提升机器人的移动性能,可用于实际的设计。     

一种改进多机器人分布式滚动路径规划算法

针对多移动机器人全局静态环境未知的路径规划问题,采用了一个全局性能指标,在保证路径较优的情况下,最小化机器人的停顿时间,提出机器人之间以修正局部路径为主的协调策略。根据多机器人滚动路径算法的原理,设计了改进的多机器人分布式滚动路径规划算法。在已有仿真系统上进行测试,比较了所提出的协调策略与改变机器人移动速度协调策略对性能指标的影响。仿真结果表明,静态环境未知情况下,机器人可以并行规划各自的协调路径。     

多移动机器人路径规划仿真系统的设计与实现

该文提出了一种多移动机器人路径规划仿真系统的设计方案,并在设计的基础上实现了仿真系统OpenSim。该仿真系统由GUI、业务处理层和存储层组成。GUI是图形用户界面,将仿真系统的各种功能提供给用户;业务处理层进行仿真数据的处理,由仿真平台和各个COM组件服务器组成,机器人传感器、控制器和协调器在COM组件中实现;存储层存储仿真过程中的数据,程序通过在存储层数据库中读写数据来获得和发布信息。该系统具有很好的通用性、分布式运行能力和强大的与用户的交互能力,极大地方便了对多移动机器人路径规划算法的研究。     

基于$pm3sigma$正态概率区间分族遗传蚁群算法的移动机器人路径规划

针对移动机器人路径规划问题,提出一种基于正态概率区间分族的家族遗传蚁群融合算法.首先提出初始种群优化及删除算子解决传统遗传蚁群融合算法中遗传阶段随机生成的初始种群质量低的问题;然后引入适应度值正态概率区间种群分族机制及家族混合交叉算子,解决传统遗传蚁群融合算法中易出现未成熟收敛的问题;最后引入混合变异策略以提高随机变异后生成的路径质量.将全局路径规划算法与局部路径规划算法-动态窗口算法相结合形成完整移动机器人运动规划.基于Matlab仿真平台与机器人操作系统平台进行实验分析,结果验证了所提出正态化概率分族遗传蚁群融合算法求解移动机器人路径规划问题的有效性.     

An autonomous mobile robot for carrying food trays to the aged and disabled

Our research objective is to realize sensor-based navigation for car-like mobile robots. We adopt the generalized Voronoi graph (GVG) for the robot's local path and a map representation. It has the advantage to describe the mobile robot's path for sensor-based navigation from the point of view of completeness and safety. However, it is impossible to apply the path to car-like mobile robots directly, because the limitation of the minimum turning radius for a car-like robot may prevent it from following the GVG exactly. To solve this problem, we propose a local smooth path-planning algorithm for car-like mobile robots. Basically, an initial local path is generated by a conventional path-planning algorithm using GVG theory and it is modified smoothly by a Bezier curve to enable the car-like robots to follow it by maximizing our evaluation function. In this paper, we introduce a local smooth path-planning algorithm based on the GVG and explain the details of our evaluation function. Simulation and experimental results support the validity of the algorithm.     

基于连续动态运动基元的移动机器人路径规划

针对二维动态场景下的移动机器人路径规划问题，提出了一种新颖的路径规划方法——连续动态运动基元（continuous dynamic movement primitives， CDMPs）.该方法将传统的单一动态运动基元推广到连续动态运动基元，通过对演示运动轨迹的学习，获得各运动基元的权重序列，利用相位变量的更新，实现对未知动态目标的追踪.该方法克服了移动机器人对环境模型的依赖，解决了动态场景下追踪运动目标和躲避动态障碍物的路径规划问题.最后通过一系列仿真实验，验证了算法的可行性.仿真实验结果表明，对于动态场景下移动机器人路径规划问题， CDMPs算法比传统的DMPs方法在连续性能和规划效率上具有更好的表现.     

基于ROS的六自由度机械臂运动规划

针对传统机器人在复杂环境下的安全问题以及运动规划问题,采用开源机器人操作系统ROS搭建了机器人仿真平台,并进行运动规划。在ROS平台下,利用URDF文件完成机械臂3D建模;利用Movelt配置助手(setup assistant)配置机械臂模型并且生成启动文件。在Rviz中显示三维模型;利用Movelt完成对六自由度机械臂的运动规划,以及避障轨迹规划。结果表明,通过Rqt_plot导出机械臂运动过程中六个关节的位置关系信息,可为进一步改善和研究机械臂轨迹规划提供更加直观的方法。     

Virtual manipulator-based binocular stereo vision positioning system and errors modelling

There is a bottleneck of mobile robots positioning technologies for uncertain goals in complex field environment. Owing to the disturbance of the environment, the objects are hard to be located precisely by robot manipulator. Aiming at the positioning problem, binocular stereo vision system and positioning principle of the picking manipulator in virtual environment (VE) were proposed and expatiated upon; in addition, the manipulator positioning model was built in VE, and the manipulator positioning simulation system was developed by Microsoft Visual C++ 6.0; and the binocular stereo vision system platform with a three-coordinate guideway positioning was constructed for test; what’s more the error sources of vision positioning system was analyzed, and the camera system error was established; the mathematical model of experimental error and the camera calibration matching error were also found; with the developed robot manipulator positioning simulation software and vision system hardware, an experimental platform of positioning system was constructed, and using the platform, the stereo vision data was mapped to the manipulator and was guiding the accurate positioning in VE. Finally, experiment of positioning error compensation was carried out. Results of simulation in VE and the experiment showed that the vision positioning method was feasible for positioning in the field environment; it can be applied to control robot operation and to correct the positioning errors in real-time, especially to the long-range precision modelling and error compensation of robots.     

Navigation of mobile robot by using D++ algorithm

The navigation of mobile robots is a vital aspect of technology in robotics. We applied the D++ algorithm, which is a novel and improved path-planning algorithm, to the navigation of mobile robots. The D++ algorithm combines Dijkstra??s algorithm with the idea of a sensor-based method, such that Dijkstra??s algorithm is adapted to local search, and the robot can determine its next move in real-time. Although the D++ algorithm frequently runs local search with limited ranges, it can compute optimum paths by expanding the size of the searching range to avoid local minima. In addition, we verified the performance of the D++ algorithm by applying it to a real robot in a number of environments. The use of the D++ algorithm enables robots to navigate efficiently in unknown, large, complex and dynamic environments.     

Analysis and Control for an Omnidirectional Mobile Manipulator

This paper describes analysis and control for a holonomic omnidirectional mobile manipulator, in which the holonomic omnidirectional platform consists of three lateral orthogonal wheel assemblies and a mounted manipulator with three rotational joints is located at the center of gravity of the platform. We first introduce the kinematic model for the mobile manipulator and derive the dynamical model by using the Newton–Euler method, where a model which simultaneously takes account of features of both the manipulator and the mobile parts is given to analyze the effect of the movement of mounted manipulator on the platform. Then, the computed torque control and the resolved acceleration control methods are used to show that the holonomic omnidirectional mobile manipulator can be controlled so as to retain any end-effector position and orientation, irrespective of the direction of external applied force. The validity of the model and the effectiveness of the present mobile manipulator are proved by using several numerical simulations and 3D animations.