RBF神经网络算法的非线性积分滑模控制机械臂运动轨迹误差研究

机械臂运动轨迹容易受到外界不确定因素的干扰,导致运动轨迹跟踪误差较大,振动现象较为严重,不能很好地满足机械臂的准确定位.建立了双关节机械臂模型简图,采用RBF(径向基函数)神经网络算法非线性积分滑模控制机械臂的运动轨迹.分析了RBF神经网络算法结构,推导了RBF神经网络算法非线性积分滑模控制方程式和在线补偿法则,引用李雅普诺夫函数证明机械臂控制系统的稳定性.采用Matlab软件对双关节机械臂运动轨迹跟踪误差进行仿真,并与PID控制系统的跟踪误差进行对比和分析.仿真误差曲线显示,机械臂运动轨迹在受到外界干扰因素的影响时,采用RBF神经网络算法非线性积分滑模控制方法,不仅跟踪误差较小,而且输入转矩波动幅度较小.机械臂末端采用RBF神经网络算法非线性积分滑模控制方法,提高了机械臂的定位精度,降低了抖动幅度.     

多电机机器人模糊PID控制仿真研究

机器人在复杂环境中运动时,其关节角位移跟踪容易受到外界波形干扰,导致角位移跟踪误差较大,造成控制系统稳定性下降。对此,建立三关节机器人简图模型,给出了机器人动力学方程式,采用多电机并行驱动机器人关节角位移运动;采用模糊规则建立模糊PID控制器,利用模糊论域在线调节PID控制参数,保持控制系统的稳定性。采用Matlab软件对多电机机器人模糊PID控制效果进行仿真,结果显示:在大扰动环境中,采用模糊PID控制器,可以提高机器人关节角位移跟踪精度,保持多电机驱动机器人关节运动的稳定性。     

粒子群算法优化的双臂机器人模糊逻辑控制仿真研究

针对双臂机器人运动轨迹跟踪误差大、抖动现象严重等问题,采用粒子群算法对双臂机器人模糊逻辑控制进行改进,并对运动轨迹进行仿真验证.建立了双臂机器人简图模型,构造机器人动力学方程式.分析了模糊逻辑控制器结构,引用高斯隶属度函数定义模糊逻辑控制的输入与输出变量.使用3种不同成本函数定义机器人运动轨迹的平方误差均值、误差的绝对值及控制力参考误差,采用粒子群算法改进模糊逻辑控制的成本函数.通过数学软件Matlab对改进模糊逻辑控制的双臂机器人运动误差和控制力矩进行仿真,并且比较不同控制方法的双臂机器人运动轨迹误差和控制力矩仿真结果.仿真结果表明,在外界干扰因素的影响下,双臂机器人采用改进模糊逻辑控制方法,不仅运动轨迹跟踪误差较小,而且输入力矩值也较小.采用改进模糊逻辑控制双臂机器人运动轨迹,能够降低跟踪误差和控制系统的抖动幅度.     

基于阻抗控制的双臂机器人关节限制规避仿真研究

双臂机器人在运动过程中容易受到关节的限制,致使运动轨迹在某段时间内输出误差较大。对此,采用阻抗控制机器人手臂关节运动,并对跟踪角位移进行误差仿真。创建了双臂机器人运动模型简图,通过雅克比矩阵推导出机器人手臂逆运动学方程式。建立分层优先级任务体系结构,分析了冗余机械臂关节规避极限状态,设计了阻抗控制方法。采用Matlab软件对冗余机械臂阻抗控制效果进行仿真,并与无阻抗控制效果进行对比。结果显示:在无阻抗控制条件下,冗余机械臂在某段时间内会偏离期望运动轨迹,造成误差较大;在有阻抗控制条件下,冗余机械臂在整个运动时间内,都能很好地实现轨迹跟踪任务,输出误差较小。因此,采用阻抗设计方法,双臂机器人能够避免关节的限制,更好地完成轨迹跟踪任务,提高跟踪精度。     

基于改进模糊滑模控制的机械臂运动轨迹仿真

为了避免机械臂运动轨迹受到外界干扰,提高轨迹跟踪精度,构造了多连杆机械臂动力学数学模型,推导了机械臂关节运动轨迹的误差函数.建立了机械臂模糊滑模控制法则,应用改进粒子群算法对模糊滑模控制系统进行了优化.采用Matlab软件对双关节机械臂运动轨迹进行仿真验证,并与其他控制方法的仿真结果进行对比,输出运动轨迹的仿真曲线.在有外界干扰的状态下,采用滑模控制的机械臂运动轨迹跟踪误差较大,输入转矩的跳动幅度较大,而采用改进模糊滑模控制的机械臂运动轨迹跟踪误差较小,输入转矩的跳动幅度较小.机械臂采用改进模糊滑模控制方法,控制系统能够避免外界干扰,机械臂运动相对稳定.     

基于双模糊滑模控制的机器人运动轨迹跟踪误差仿真

当前,机器人运动轨迹在受到外界干扰因素情况下,不仅控制精度较低,而且抖动现象较为严重,不能很好地实现轨迹的跟踪任务.对此,创建了双关节机器人简图模型,采用双模糊滑模控制机器人的运动轨迹.推导了等效控制和切换控制组成的双模糊滑模控制方程式,根据模糊规则对切换增益系数进行在线补偿,引用李雅普诺夫函数对控制系统的稳定性进行了证明.通过具体实例,借助于Matlab软件对机器人运动轨迹的跟踪误差进行仿真.同时,与单模糊滑模控制方法进行对比和分析.仿真结果显示,机器人采用双模糊滑模控制方法,实际运动轨迹与期望运动轨迹误差较小,输入转矩的波动幅度较小.机器人末端执行器采用双模糊滑模控制方法,提高了运动轨迹的控制精度,改善了抖动现象.     

工业机器人时间-能量-脉动最优轨迹规划

针对工业机器人时间最优、能耗最优、脉动最优等多目标的轨迹优化问题,基于非均匀有理B样条(NURBS)曲线矩阵表示法,提出一种最优轨迹规划方法。建立五次NURBS曲线数学模型,构造端点运动参数均可指定的高阶连续的关节运动轨迹,确保机器人的运动性能;在考虑机器人运动学约束的条件下,采用多目标粒子群优化算法(MOPSO)以工业机器人运行时间、能量消耗和轨迹脉动为目标对其运动轨迹进行优化,获得Pareto最优解集。对六自由度STANFORD机器人的仿真结果表明,提出的轨迹规划方法可以很好地构造平滑轨迹,MOPSO算法能够实现满足约束条件的运动轨迹多目标优化,得到理想的Pareto分布。最后,为方便期望解的选择,构造归一化权重目标函数,获得高阶连续的优化轨迹。     

工业机器人时间-能量-脉动最优轨迹规划

针对工业机器人时间最优、能耗最优、脉动最优等多目标的轨迹优化问题,基于非均匀有理B样条(NURBS)曲线矩阵表示法,提出一种最优轨迹规划方法。建立五次NURBS曲线数学模型,构造端点运动参数均可指定的高阶连续的关节运动轨迹,确保机器人的运动性能;在考虑机器人运动学约束的条件下,采用多目标粒子群优化算法(MOPSO)以工业机器人运行时间、能量消耗和轨迹脉动为目标对其运动轨迹进行优化,获得Pareto最优解集。对六自由度STANFORD机器人的仿真结果表明,提出的轨迹规划方法可以很好地构造平滑轨迹,MOPSO算法能够实现满足约束条件的运动轨迹多目标优化,得到理想的Pareto分布。最后,为方便期望解的选择,构造归一化权重目标函数,获得高阶连续的优化轨迹。     

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。     

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。     

采用混合算法优化的并联机械臂能量消耗与误差仿真研究

针对并联机械臂存在能量消耗严重、运动轨迹跟踪精度较低等问题,采用了混合算法优化并联机械臂运动机构,并对优化结果进行仿真验证.建立并联机械臂运动机构简图模型,推导齐次变换矩阵运动方程式,给出并联机械臂8种运动模式.确定并联机械臂运动的设计变量,构造能量消耗优化目标函数,在约束条件下,采用混合算法优化目标函数.用PID控制方法,在运动模式1状态下,通过Matlab软件将优化结果进行仿真验证.同时,与优化前的仿真结果进行对比和分析.仿真结果表明,优化后主动连杆消耗的能量较少,被动连杆运动轨迹跟踪所产生的误差较小.并联机械臂采用混合算法优化后,能够减少并联机械臂运动机构能量消耗,提高运动轨迹的追踪精度.     

改进B样条曲线应用于6R机器人轨迹优化

利用D-H标架法建立了机器人的运动学模型,并在分析轨迹规划流程基础上将改进B样条曲线用于机器人关节空间轨迹插值;在论述改进原因并详细阐述改进B样条曲线的生成方法后,给出改进B样条曲线应用时的速度与加速度性质及算法实现细节;在MATLAB 2014a平台上进行仿真实验,利用改进方法实现圆弧轨迹运动。结果表明,该方法能够有效提高机器人在关节运动及空间轨迹的平滑性,进而可优化机器人的轨迹运动。     

关节一体化机器人运动控制与B样条曲线

针对关节一体化机器人在高速复杂运动下需要能够运动行走、保持手臂平滑。首先利用MDH法建立了转换坐标系,得到了各关节连杆的相对关系。其次,针对关节一体化机器人空机械手的特点,在分析了非均匀B样条曲线后,将非均匀B样条曲线应用到机器人机械手的轨迹规划中去。最后将运动学算法和非均匀B样条曲线进行了实验,通过仿真实验可以看到这种方法可以解决机器人准确经过多个中间插补位姿的难题。实验结果表明,运动学算法和非均匀B样条曲线算法具有很好的鲁棒性对于机器人的精确运动控制有着重要的意义。     

液压驱动双足机器人步态规划及动力学仿真

为实现双足机器人步行运动,提出了一种双足机器人平地行走步态规划算法并对其进行动力学仿真验证。首先利用二维倒立摆模型以及五次多项式分别对机器人质心、踝关节运动轨迹进行规划,再通过建立机器人运动状态几何模型,对运动过程中机器人腿部关节运动轨迹进行规划,得到关节角运动轨迹,借助MATLAB仿真获取机器人下肢各个关节运动曲线。然后利用动力学仿真软件Adams对虚拟样机进行仿真,实现了机器人虚拟环境下的平地稳态行走,仿真验证了步态规划算法的可行性。     

基于B样条曲线的配气机构凸轮优化与仿真

针对当前配气机构在高速运动过程中存在噪声大、精度低等问题,采用改进B样条曲线设计凸轮轮廓.创建了配气机构模型简图,采用B样条曲线函数设计凸轮轮廓.确定凸轮轮廓控制的设计变量,构造优化目标函数,对凸轮运动条件进行约束,引入了改进粒子群算法优化B样条曲线.采用Matlab软件对优化后配气机构动力学性能进行仿真,并与优化前动力学性能进行对比和分析.仿真曲线显示:优化前,挺柱产生的最大加速度值为2.34mm/deg~2,运动误差为0.5mm,凸轮与挺柱接触力值出现零的情况;优化后,挺柱产生的最大加速度值为2.04mm/deg~2,运动误差为0.1mm,凸轮与挺柱接触力值没有出现零的情况.配气机构凸轮采用改进粒子群算法优化B样条曲线,提高了凸轮运动精度,降低了机构振动幅度,避免了凸轮与挺柱产生脱落现象.     

基于智能蚁群算法的移动机器人轨迹规划

为了提高移动机器人工作效率,减小能量损耗,优化机器人运动轨迹。建立了移动机器人运动学模型,在此基础上提出了一种智能蚁群算法的机器人误差补偿轨迹优化方法。通过蚁群搜索算法对关节空间内的驱动轮进行轨迹优化,从而实现移动机器人轨迹规划过程中的误差补偿轨迹优化。仿真结果表明,所提出的方法能够有效对机器人误差进行补偿,实现了机器人运动过程中的轨迹跟踪,保证了机器人的运动精度。     

基于关节空间插补的3-TPS混联机器人轨迹误差分析

针对3-TPS混联机器人空间运动性能要求及自身的结构特点,提出坐标空间的粗插补算法和关节空间的精插补算法,以提高混联机器人运动轨迹误差。精插补采用在原控制系统中的样条插值算法基础上改进的CBI曲线插补算法,保证了拟合曲线通过粗插补离散点。最后采用MATLAB软件对精插补算法在两种精插补策略下对轨迹误差的影响进行了仿真分析,验证CBI曲线拟合算法的正确性。该混联机器人的控制算法对轨迹误差的影响为运动控制提供了切实可行的控制策略与算法基础。     

基于混合插值的工业机器人关节轨迹规划算法

B样条曲线由于其多阶导数连续和局部支撑性的特点,被广泛用于工业机器人关节空间的轨迹规划。标准B样条在起止点位置存在导数值的突变,致使工业机器人在启动和停止时产生振动。提出一种采用高次多项式与B样条混合插值优化的方法,使机器人关节运动学参数连续无突变,在不增加机器人控制系统运行负担的情况下,能够使机器人运行更加平稳,改善了机器人的运行状态。     

一种机械臂分段插值轨迹规划方法

针对工业机械臂在运动过程中的角速度与角加速度突变引起的机械系统冲击问题,结合五次B样条曲线和五次多项式的高阶连续性,提出了一种新的分段插值轨迹规划算法即"B-5-B算法"。通过SOLIDWORKS建立样机模型,利用Adams进行虚拟样机的运动学仿真,得到关节的角位移、角速度、角加速度以及关节力矩图。通过与"3-5-3算法"所得到的图进行比较,表明了该算法提高了工业机械臂的角速度和角加速度曲线的平滑性,并降低了机械系统的冲击力,同时由于B样条具有局部支撑性,为轨迹优化提供了一种新的方法,也为机械臂实物验证做了充分的理论支撑。     

基于凸优化的举高消防车时间最优轨迹规划

为提高举高消防车作业的及时性、可靠性与安全性,提出一种考虑动作平稳、无冲击的时间最优轨迹规划算法。引入伪位移参量s表示路径,利用B样条曲线对举高消防车臂架系统各个关节运动离散点进行拟合,构造连续运动几何路径。结合连续路径,以s及其对于时间的各阶导数表示时间最优目标函数与各个关节速度、加速度约束,建立时间最优轨迹规划的凸优化模型。利用B样条曲线以有限维矢量x表示轨迹,采用内点法对凸优化模型进行求解,在保证速度、加速度、加加速度连续的条件下求得最优解,进而得到各个关节的运动轨迹。利用提出的方法对大高度举高消防车进行轨迹规划,经仿真表明,在满足动作平稳性的同时得到时间最优运动轨迹。