六自由度机械手的运动轨迹规划与仿真

轨迹规划是影响六自由度机械手运动学性能,保证其平稳快速完成指定任务的重要内容。文中基于D-H坐标系,建立机械手运动学模型,求解正、逆运动学方程。采用4-3-4多项式关节插值算法,对六自由度机械手进行轨迹规划。利用MATLAB对机械手进行运动学仿真,输出各关节位置、速度及加速度曲线。基于仿真结果,将4-3-4轨迹规划方法与三次多项式轨迹规划进行比较,结果表明:4-3-4多项式插值轨迹规划方法可以保证机械手平稳快速地到达期望位姿,完成指定任务。     

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。     

基于改进粒子群算法的六自由度机械臂时间最优轨迹规划

针对六自由度机械臂时间最优轨迹规划问题,提出一种基于改进粒子群算法的4-3-4混合多项式插值轨迹规划算法。算法采用自适应惯性权重,它能根据搜索过程的各个阶段采用相应大小的权重,有利于跳出局部最优陷阱,保持粒子群多样性;以非线性学习因子代替传统粒子群算法中固定的学习因子,有效提高算法的收敛速度和求解精度。通过MATLAB进行仿真验证,结果表明改进粒子群算法收敛速度提高46%,寻优精度提高38%,同时机械臂轨迹规划时间缩短了大约36%,充分地证明了该轨迹规划算法的可靠性和优越性。     

改进麻雀搜索算法下机械臂轨迹规划

针对数控加工机器人的工作抖动问题,考虑机床工作精密度、时间、能耗指标,提出一种时间寻优的改进麻雀搜索优化算法。使用D-H参数构建机械臂数学模型,在MATLAB环境下对已建立模型进行仿真分析,利用3-5-3多项式插值法对机械臂空间轨迹路线分析,并提出麻雀搜索算法优化方案,对比传统算法及改进后机械臂关节速度及加速度曲线,明确优化后算法高效性,对比其他优化算法,确定机械臂时间最优解。研究结果表明,改进麻雀搜索算法粒子收敛速度提升43%,最优解收敛精度提升8%,机械臂轨迹规划用时明显缩短,轨迹规划达到预期,有效提高算法收敛效率及求解精度。     

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。     

基于改进量子遗传算法的机械臂轨迹优化

针对串联机械臂轨迹运行时间优化设计问题,在算法中引入自适应动态旋转角步长调整机制和多算子协同变异机制,提出一种改进量子遗传算法。选取串联机械臂为验证对象,建立D-H参数表,依据MATLAB工具箱与五次多项式样条插值函数,验证运动学正、逆解模型求解正确性后,构造末端执行器运行轨迹图。以运行时间为目标设计目标函数,合理设置相关参数后,通过改进量子遗传算法优化设计,将机械臂轨迹运行初始时间2 s优化为1.956 s,且优化后关节角位移、角速度和角加速度变化曲线平滑、稳定、连续,验证了算法的有效性,为后续研究奠定基础。     

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。     

改进ABC算法的串联机械臂多目标优化

针对串联机械臂工作时间最优、能耗最优、脉动最优的轨迹优化问题,提出一种基于改进人工蜂群算法的多目标轨迹优化方法。文中采用5次NURBS曲线插值法建立工作轨迹数学模型,构造高阶连续关节运行轨迹并对其进行合理规划。以串联机械臂运行时间、能量消耗和脉动冲击为目标建立目标函数,通过改进人工蜂群算法进行优化设计并获得Pareto最优解集,运用归一化权重目标函数获取期望解。选择PUMA560串联机械臂进行仿真分析,结果表明:5次NURBS曲线轨迹规划方法有效构造平滑轨迹,改进人工蜂群算法能够实现满足约束条件的多目标优化,验证了算法的有效性,为后续研究奠定基础。     

基于自适应GA-SA算法串联机械臂轨迹运行时间优化

针对串联机械臂工作时间最优化设计,优化算法引入自适应方法与随机邻域拓展机制,提出一种自适应遗传模拟退火(GA-SA)算法。文中选取PUMA762串联机械臂为验证对象,建立D-H参数表,依据MATLAB工具箱构建结构模型,在运动学正解模型基础上,采用蒙特卡洛法分析工作空间。以运行时间为目标设计目标函数h(t),合理设置约束条件后,采用3-5-3次多项式插值法构造高阶连续关节运行轨迹,通过自适应GA-SA算法进行优化设计,结合ADAMS绘制虚拟样机模型进行仿真,优化机械臂轨迹运行时间为3.68 s,验证了算法的有效性,为后续研究奠定基础。     

基于改进混合粒子群算法的机器人轨迹规划

针对机器人工作效率以及运行平稳性问题,提出一种基于改进混合粒子群算法的轨迹规划方法。建立新的模拟退火机制,并结合粒子群算法进行多目标优化;使用非线性惯性权重递减策略以及动态学习因子平衡局部和全局搜索能力。以某六自由度机器人(SFR-TA)为研究对象,使用5-7-5插值多项式构造轨迹曲线;利用权重系数法,将基于时间-脉动冲击的目标函数归一化处理以求得最优值。结果表明：相比于传统粒子群算法,该算法的运行时间更短,同时可有效减少机械臂脉动冲击,具有更好的稳定性。     

基于OpenMV的五自由度机械臂控制方法研究

以五自由度机械臂为研究对象,建立D-H数学模型,探究几何法与代数法求关节角的过程,使用五次多项式插值的运动轨迹规划算法。通过建立仿真模型验证了运动学求解方法与轨迹规划算法的有效性。采用一种基于机械臂几何模型的逆运动学分析方法,设计OpenMV摄像头的图像识别与处理算法来精准定位目标物,并将目标物的位姿发送给主控系统,实现五自由度机械臂自主抓取目标物的功能。以乒乓球为抓取目标进行实验验证,结果表明：此设计能精准定位目标物,完成有效抓取,控制性能稳定、可靠。     

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。     

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。     

一种基于混合策略的排爆机器人目标抓取轨迹规划

一种时间-脉动最优的混合优化策略被用来对排爆机器人目标抓取的轨迹进行规划,以兼顾机械臂运动过程中的平稳性和效率。采用三次样条曲线连接路径点,对路径点之间的运动时间搜索优化抓取轨迹。结果表明:关节空间的轨迹十分平滑,可以减小机械磨损,避免关节速度、加速度的突然变化,控制振动。在工作空间的目标抓取仿真显示,机械臂可以沿着预定路径和策略在预抓取位置调整好姿态,无干涉的接近目标完成抓取任务。     

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。     

基于改进人工蜂群算法的冗余机器臂逆解研究

针对具有移动关节的7自由度机械臂逆运动学求解困难的问题,提出了一种基于改进人工蜂群算法的逆运动学求解方法。首先根据冗余机械臂的物理结构简化出几何模型,利用D-H法建立运动学模型,由坐标系变换得到正运动学的解。由于该冗余机械臂不满足Pieper准则,难以用传统方法求得封闭解;因此采用改进人工蜂群智能算法,利用位置误差与姿态误差的标准差作为目标函数,求取逆运动学的最优解,并利用Matlab编程进行仿真验证,仿真结果表明该方法准确有效,为具有移动关节的冗余机械臂逆运动学的求解提供了一种新的途径。     

机械臂途经N路径点的连续轨迹插补算法研究

为减小对工业机械臂振动和机构磨损,提高机械臂轨迹跟踪精度,在关节空间分别研究了通过起点和终点的三次、五次和七次多项式轨迹算法,以及途经2、4个中间点的4-3-4、3-5-3、3-3-3-3-3多项式轨迹插补算法。在此基础上,给出了贯穿N路径点的机械臂连续三次样条轨迹快速迭代算法。试验表明：机械臂途经期望的N-2(N≥4)中间点时,充分满足轨迹给定的约束条件,保证关节位置、速度轨迹连续可导和加速度轨迹的连续性,可进一步提高关节轨迹的平滑性,减少额外游移运动,提高高精度平稳控制。     

经颅磁六轴机械臂运动学分析与路径规划

目前，经颅磁治疗仪治疗方式主要以人工为主，时间强度大、成本高，严重制约着国内经颅磁产业的发展。为此，根据GB 2428—1998《成年人头面部尺寸》，设计一款智能经颅磁六轴机械臂，可以代替人工手持工作，特点是工作强度高、治疗时间安排灵活。机械臂整体建模采用SolidWorks三维软件，依据改进的D-H参数法，结合MATLAB软件中Robotics Toolbox工具箱，建立机械臂的运动学模型，推导机械臂正、逆运动学方程并求解。以此经颅磁六轴机械臂为研究对象，搭建半仿真试验平台对其进行蒙特卡罗法工作空间仿真和路径轨迹规划仿真。应用双向RRT算法产生无碰撞路径点，对生成的3段治疗轨迹运用多项式插值函数进行拟合。最后输出整个路径轨迹及各关节的角位移、角速度、角加速度等相关运动参数随时间变化的曲线。分析所得结果可知，该六轴机械臂可以满足经颅磁治疗仪高精度、高效灵活、平稳工作的要求。     

基于GA-PSO算法的机器人手势交互轨迹规划研究

为简化机器人控制及降低冲击优化轨迹的编程难度,对手势识别应用于工业机器人轨迹规划进行了研究,同时为了降低因机器人冲击过大产生的振动及机械磨损,提出使用改进GA-PSO算法进行时间-冲击最优轨迹规划,即采用自适应的惯性权重和交叉变异概率,改进算法具有迭代前期收敛速度快,迭代后期不易陷入局部最优解的特点。在轨迹规划中采用5-5-5插值多项式保证轨迹规划的速度、加速度、冲击的连续,并在设定的适应度函数控制下,由改进后的GA-PSO算法的搜索,对结果进行仿真实验,实验结果表明优化后的轨迹在相同时间内冲击大幅降低。     

接触网双机械臂作业车运动学分析及轨迹规划

针对铁路隧道中，接触网作业车自动化程度低、工作效率低等问题，研制一种可完成钢筋探测、钻孔打锚、拉拔测试、吊柱安装、维修保养等一系列作业的接触网双机械臂作业车。运用标准的D-H法对该双机械臂系统进行运动学建模，并对其进行正逆运动学的分析。通过齐次变换推导其末端执行器的姿态和位置，然后经过MATLAB仿真和数学计算结果比较证明建模的准确性。已知双机械臂系统的初始位姿和工作状态下的末端位姿，采用五次多项式插值的方法对双机械臂进行轨迹规划，并得到此轨迹下的双机械臂各关节的位移、速度和加速度曲线图，为双机械臂系统进一步的优化和后续的研究提供了参考。