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。     

Delta快速分拣机器人轨迹优化算法研究

在保证效率的前提下提高机器手末端执行器的稳定性进行了研究,利用Delta快速分拣机器手提出了以执行时间和抖动最优为目标的轨迹规划和优化方法.使用三次样条函数对Delta快速分拣机器手进行了合理的轨迹规划,然后建立了以时间和抖动最优为目标的数学模型,利用遗传算法对其进行优化,并实现了轨迹的双目标优化.最后对其进行了仿真和实验验证,结果表明所提出的轨迹规划及优化方法能够改善机器人工作空间性能,提高了机器人末端执行器的稳定性.     

UR5机器人焊接轨迹规划及运动学分析

为了研究UR5机器人焊接运动轨迹情况,采用D-H法对UR5机器人建立UR5机器人坐标系,并对机器人的正、逆运动学分别进行分析求解。首先,利用三维软件CATIA建立UR5机器人运动学模型;其次,采用Denavit-Hartenberg分析原理对机器人末端执行器进行轨迹规划,并将得到的角速度、角加速度和角度各关节曲线曲率变化轨迹导入MATLAB软件和ADAMS软件;最后,进行联合仿真,验证了UR5焊接机器人工作时的稳定性,为进一步优化焊接轨迹打下了基础。     

双工业机器人不同约束下协同运动轨迹规划

针对双工业机器人协作过程中的轨迹规划问题,对IRB200机器人进行建模,并求解机器人的正逆运动学。结合求解的正逆运动学提出紧约束下耦合运动和松约束下叠加运动算法。紧约束将机器人末端执行器之间建立不变的约束关系,实现机器人末端执行器之间产生耦合运动;松约束将机器人末端执行器之间建立随时间变化的约束关系,实现机器人末端执行器之间产生叠加运动。最终在MATLAB中分别进行协同搬运、协同绘制“铜钱”仿真实验验证算法,从姿态图、轨迹图及从机器人理论位置和实际位置对比能够看出,在不考虑机械误差、标定误差及机器人制造误差的情况下能够满足相关任务要求,实现从机器轨迹的自适应规划,避免对双工业机器人分别进行轨迹规划。     

6R机器人正运动学分析方法研究

6R机器人正运动学分析是指给定各关节的关节空间变量值,求解末端执行器在工作空间的位置和姿态。利用6R弧焊专用机器人的机械本体结构,在D-H坐标系和旋量理论坐标系下建立了末端执行器的运动学方程,利用MATLAB软件求解位姿矩阵;在虚拟样机软件中建立了机器人运动学模型,进行运动学仿真得到末端执行器不同状态下的位移曲线。并将三种方法所得末端执行器的位姿进行了比较,验证了这三种方法的正确性。研究结果为后续的动力学分析、轨迹规划奠定了基础。     

基于视觉反馈的机器人末端轨迹跟踪控制研究

工业机器人受机械本体间隙误差及外界干扰,在进行焊接、喷涂等工作时难以精确跟踪期望轨迹,严重影响工作效率和质量。根据视觉反馈控制原理,提出一种基于视觉反馈的末端位置动态补偿方法,设计视觉及末端执行器补偿机构,通过高速相机检测机械臂末端与期望轨迹的图像位置偏差,利用末端执行器进行位置补偿,可以快速高精度跟踪期望轨迹。通过实验对提出的方法进行验证,结果表明即使有外界干扰的情况下,机器人末端的跟踪误差最大为1.45 mm,显著提高了轨迹跟踪精度和跟踪速度,满足工业机器人末端快速、高精度的轨迹跟踪工况要求。     

制鞋涂胶机器人转接点处速度规划及其ADAMS仿真研究

针对制鞋涂胶机器人涂胶运动不同轨迹段转接点处易产生冲击失步问题,提出了针对不同轨迹段转接处设置转接速度进行预规划的方法。首先在涂胶胶口处进行涂胶运动速度分析得到机器人上末端执行器的速度参数大小,然后对不同轨迹段转接点处进行了速度规划,最终在ADAMS上建立的涂胶机器人仿真模型上验证了速度规划结果。     

气动柔顺末端打磨自抗扰力控制

为解决机器人打磨风电叶片过程中由于理想打磨轨迹和实际打磨轨迹有偏差导致打磨质量差的问题,文中设计了一种安装在机械臂末端的气动柔顺末端执行器,气动柔顺末端控制器控制工件的打磨力,机器人控制器控制打磨末端位姿。由于气动柔顺末端力控制过程中存在强非线性、模型不精确及参数摄动、机器人运动、打磨小车振动等不确定性扰动,在气动柔顺末端建模的基础上设计线性扩张状态观测器、跟踪微分器,提出了自抗扰(ADRC)打磨力控制律。仿真和试验结果表明：该方法有效减小了磨削过程中力的波动,提高了风电叶片表面质量,更好地避免了磨削烧伤,具有抗干扰性强、稳定性强及效率高等特点。     

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。     

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。     

蛇形机器人跟踪误差预测的自适应轨迹跟踪控制器

为了满足蛇形机器人轨迹跟踪运动的精度需要,消除外界干扰对机器人跟踪误差的影响,提出了一种蛇形机器人跟踪 误差预测的自适应轨迹跟踪控制器。 所提出的控制器实现了机器人干扰变量、摩擦系数和控制参数的预测,并用预测值和虚拟 控制函数来补偿系统的控制输入,抵消了蛇形机器人在轨迹跟踪过程中的侧滑角,避免了干扰变量对机器人带来的负面影响, 提高了轨迹跟踪的误差稳定性与控制精度。 在建立蛇形机器人模型后,利用积分形式的侧滑角补偿项改进了视线法,并设计了 蛇形机器人的自适应轨迹跟踪控制器。 使机器人的位置误差在 10 s 内实现收敛,角度误差小于 0. 03 rad,预测值误差在 5 s 内 收敛。 通过仿真实验,验证了所提出的控制器的有效性和优越性。     

一种并联机器人误差综合补偿方法

针对并联机器人轨迹规划和轨迹跟踪过程中,同时存在机构误差引起的期望轨迹与理想轨迹之间的偏差和非线性摩擦、负载变化等扰动因素引起的动态误差,提出一种并联机器人误差综合补偿方法:在轨迹规划过程中,基于并联机器人位姿误差模型将位姿误差补偿转化为驱动杆参数组合优化问题,进而利用粒子群算法寻优驱动杆参数,修正并联机器人期望轨迹;在轨迹跟踪过程中,设计基于自适应迭代学习控制算法的动态误差补偿策略,实现对期望轨迹的有效跟踪。在Stewart平台下基于ADAMS和Matlab进行仿真试验,在轨迹规划和轨迹跟踪过程中,分别修正期望轨迹偏差并补偿轨迹跟踪动态误差,实现并联机器人误差综合补偿。进一步,基于混联机床进行工件加工试验,验证方法对于提高并联机器人工作精度的有效性。     

Active disturbance rejection control based human gait tracking for lower extremity rehabilitation exoskeleton

This paper presents an active disturbance rejection control (ADRC) based strategy, which is applied to track the human gait trajectory for a lower limb rehabilitation exoskeleton. The desired human gait trajectory is derived from the Clinical Gait Analysis (CGA). In ADRC, the total external disturbance can be estimated by the extended state observer (ESO) and canceled by the designed control law. The observer bandwidth and the controller bandwidth are determined by the practical principles. We simulated the proposed methodology in MATLAB. The numerical simulation shows the tracking error comparison and the estimated errors of the extended state observer. Two experimental tests were carried out to prove the performance of the algorithm presented in this paper. The experiment results show that the proposed ADRC behaves a better performance than the regular proportional integral derivative (PID) controller. With the proposed ADRC, the rehabilitation system is capable of tracking the target gait more accurately.     

基于快速终端滑模的机器人轨迹跟踪避障方法

针对非完整轮式机器人有限时间精准轨迹跟踪避障问题,设计了一种基于全局快速终端滑模方法,兼具无抖振、收敛时间可调等优点的轨迹跟踪控制器。首先,在载体坐标系下建立轮式机器人运动学模型;其次,构造包含终端吸引子和指数收敛项的全局快速终端滑模轨迹跟踪控制器,通过Lyapunov稳定性理论证明了所设计的控制器能确保轨迹与航向角跟踪误差均能在有限时间内收敛于较小的零域范围内;最后,引入人工势场避障方法,实现了机器人严格跟踪参考轨迹的同时绕开障碍物。实验结果表明,该方法能实现在避障的同时对于给定参考轨迹的有限时间稳定跟踪控制。     

Trajectory tracking control of a 3-CRU translational parallel robot based on PD+robust controller

In order to suppress the external disturbances existing in the trajectory tracking process of the 3-CRU parallel robot, a trajectory tracking control method based on PD+robust controller is proposed in this paper. The kinematic model of the 3-CRU parallel robot is established to solve the kinetic energy and potential energy of the system. The basic dynamic model of the 3-CRU parallel robot is obtained based on Lagrangian formulation, and the complete dynamic model of the parallel robot is established by introducing Coulomb and viscous friction. Based on the analysis of the factors affecting the stability of PD controller, a trajectory tracking control method based on PD+robust controller is proposed, and it is proved theoretically that the system converges stably and has a good external disturbance suppression effect. The method has the characteristics of easy implementation and strong applicability of PD controller and strong robustness of robust controller. Experimental results prove the effectiveness of this method.

     

基于贝塞尔曲线的机器人非时间轨迹跟踪方法

在复杂环境的轨迹跟踪过程中,针对移动机器人不确定时延导致控制品质下降问题,提出基于五次贝塞尔(Quintic Bezier)曲线的移动机器人非时间参考轨迹跟踪控制方法。首先,利用Quintic Bezier曲线对规划路径点进行平滑,并根据连续约束进行优化,完成多段Quintic Bezier曲线的光顺拼接,获得平滑且连续的轨迹;而后以Quintic Bezier曲线参数u作为中间映射量,构建路径长度与轨迹坐标间的状态映射模型,设计移动机器人非时间运动参考量;在此基础上,根据移动机器人运动学模型,提出一种奇异点旋转映射技术,消除奇异点对轨迹跟踪控制品质的影响。实验结果说明,所用方法能提高规划路径的平滑性与连续性,增强移动机器人不确定时延跟踪控制的鲁棒性,避免了奇异点的影响。     

Control Performance Evaluation of Serial Urology Manipulator by Virtual Prototyping

Prostatic hyperplasia and tumor are common diseases,and the minimally invasive surgery inserting the instruments through the urethra into the prostate is commonly conducted.Taking the robotic manipulator for such surgery into consideration,this paper analyses the workspace of the end effector,and proposes the distribution error of the fixed point and the tracking error of manipulator end effector on the cone bottom surface of the workspace as the basis for control implementation of the manipulator.The D-H coordinate system of the manipulator is established and the trajectory planning of the end effector in the Cartesian space is carried out.The digital model was established,and dynamics simulation was performed in Solidworks and Matlab/Simulink environment to guide the manipulator design.Trajectory mapping and synchronization control between virtual model and the actual manipulator are real-ized based on digital twin technique.The virtual manipulator can reflect the real-time state of the manipulator with data interaction by comparing the dynamics simulation results with the motor current values obtained by experi-ment.Experiment was carried out with PD feedback control and Newton-Euler dynamics based feedforward control to get the trajectory tracking characteristic of each motor,errors of the fixed point and tracking performance of the end effector of the manipulator.The results show that compared with PD feedback control,feed forward control implementation can achieve a reduction of 30.0％in the average error of the fixed point of the manipulator and a reduction of 33.3％in the maximum error.     

基于试验与仿真联合分析的喷涂机器人轨迹精度可靠性研究

采用链驱动的喷涂机器人易于实现本体的轻量化、末端高灵活度与正压防爆系统设计,从而满足家具、钢结构等一般涂装行业对喷涂机器人工作空间与腕部灵活度的要求,深入分析链驱动机器人的运动可靠性对喷涂质量和效率的提高具有重要意义。针对链驱动喷涂机器人的运动可靠性问题,采用一种基于试验与仿真联合分析的机器人末端轨迹精度可靠性分析方法。以旋量法为基础建立了喷涂机器人本体和喷枪的运动学模型,从工业机器人的操作臂性能和运动规律的角度出发,研究了喷涂机器人运动精度的影响因素。分析了链驱动喷涂机器人的优缺点和末端轨迹精度的影响状况,并结合机器人本体的运动学参数,建立了基于随机变量的喷涂机器人运动误差模型。通过试验结果的分析来确定影响喷涂机器人运动误差的随机变量的分布特征,从而对机器人末端轨迹精度的运动可靠性进行更加精确的仿真分析。最后,通过喷涂机器人工作平台对末端轨迹精度的运动误差进行试验验证并与传统的仿真分析方法进行对比,结果显示该分析方法更准确。研究成果为进一步分析喷涂机器人的机构优化、轨迹规划和漆膜质量提供试验基础和理论依据。     

基于光学动作捕捉的室内移动机器人轨迹跟踪

以基于麦克纳姆轮的全向移动机器人为研究对象,首先对基于标记点的光学动作捕捉系统的定位原理进行研究,然后对移动机器人的驱动原理和位姿误差进行分析,建立运动学模型和位姿误差模型,通过反演法设计虚拟反馈,并结合李雅普诺夫函数构造出具有全局渐近稳定的轨迹跟踪控制器。接着对测试环境和试验样机进行搭建,将光学动作捕捉系统采集的位姿信息反馈到机器人的控制回路中,最后对直线和圆周轨迹进行跟踪仿真。通过在试验样机上实验验证,总结出利用光学动作捕捉系统对移动机器人采集的定位信息,可令移动机器人拥有良好的轨迹跟踪性能。     

The study of backlash compensation and its application in the robot checking the filter

The method based on backlash feedforward compensation is discussed. Feedforward control is realised by the prediction technique so that the system has relatively high position precision under the low cost gearbox. In order to verify the effectiveness of this method, the trajectory of end effector is designed in the form of lines in applying the method to the robot that checks the filters. According to the optimisation criterion of the motors frequency, parameters of the two-trapezium speed curve of the end effector of the robot are calculated. It is concluded from the experiments that the robot maximum error tracking fold line of filter falls within the prescribed range.