一种冗余机械臂的多运动障碍物避障算法

冗余机械臂的避障问题一直是工业机器人应用领域的研究热点之一;为了改进传统避障算法的不足,提出了一种多运动障碍物的避障算法;该算法利用各障碍物的运动状态得到与机械臂之间的最小预测距离,并将其利用雅可比转置矩阵转化为机械臂对应杆件上的躲避速度,再将躲避速度引入梯度投影法中求得机械臂的关节角速度,并通过积分得到避障运动中机械臂的关节角度值,在完成末端轨迹跟踪的同时实现冗余机械臂的实时避障;利用一款七自由度冗余机械臂对该算法进行了仿真验证,结果表明该算法能有效实现冗余机械臂对多运动障碍物的避障。     

具有双插补避障功能的七关节机械臂控制系统研究

具有更多自由度的七关节机械臂在保证末端运动位姿的前提下,可实现更好的避障轨迹设计,但是给控制系统研发带来很大难题。针对此问题,首先从传统的冗余机械臂运动控制算法出发,建立基于梯度投影法的逆运动学方程;然后,针对其不足,结合六关节机械臂的解析解方法,提出了一种新的既可以避免机械臂腕部碰撞,又可以对机械臂上指定点运动位姿进行监测的双插补算法,实现了具有主动避障与碰撞监测的实时运动控制算法。最后,搭建了七关节机械臂和与之配套的软硬件控制平台,开发了实时的三维仿真软件,并通过实验验证了所提算法的正确性与有效性。     

基于最小二乘法的桥式起重机机械臂关节控制系统设计

机械臂关节控制过程存在姿态误差,提出基于最小二乘法的桥式起重机机械臂关节控制系统设计;设计机械臂总体架构,达到级联组成末端位姿目的,使用全驱动灵巧手,包含1手掌和3手指,采用多个连杆串并联混合的形式传递运动和力矩,借助AT89C51单片机设计电路结构;采用最小二乘法构建机械臂的响应面模型,通过H-D参数法计算机械臂末端运动关节间位姿误差,建立误差模型,利用DETMAX算法分析运动参数,实现最小姿态选取,将机械臂运行速度数据记录在控制系统平台中,根据机械臂运行速度信息获取其均匀性控制状况,实现控制;激光测振仪的输出单位为1 mm/V,柔性机械臂的振动周期200ms,训练样本集大小为300,测试集样本大小为100,实验结果可表明,该方法机械臂关节运动拟合度与实际情况基本一致,位置跟随误差见效时间需要0.05～0.2 s,之后位置跟随误差便能够保持在较小的范围之内.     

多关节机械臂轨迹跟踪自适应神经网络滑模控制

针对不确定干扰和建模误差对多关节机械臂轨迹跟踪控制系统造成的不良影响,对基于滑模控制的自适应神经网络滑模控制算法进行了研究。通过神经网络,对多关节机械臂轨迹跟踪控制系统的不确定干扰和建模误差进行逼近。添加自适应项,补偿神经网络滑模控制中神经网络模型对系统中的不确定干扰和建模误差的逼近误差。设计了具有指数趋近律的滑模面,以提升多关节机械臂轨迹跟踪控制系统的鲁棒性和响应速度。使用李雅普诺夫稳定性理论,证明了多关节机械臂轨迹跟踪控制系统的半全局稳定性,并通过MATLAB对理论结果进行了仿真验证。仿真结果表明,对具有不确定干扰和建模误差的多关节机械臂轨迹跟踪控制系统,采用该算法进行轨迹跟踪时,具有较好的稳定性与鲁棒性。该控制算法能合理应用到此类轨迹跟踪控制系统中。     

基于伪逆的导轨机械臂关节速度纠偏运动规划方案

针对导轨机械臂在任务执行过程中出现的关节速度偏离期望值的问题,提出了一种基于伪逆算法的导轨机械臂关节速度纠偏运动规划方案。首先,根据机械臂的关节角状态和末端执行器的运动状态,运用伪逆算法对导轨机械臂在速度层上进行冗余度解析。然后,设计时变函数对关节速度进行约束调整,使偏离后的关节速度收敛于期望值。接着,针对末端执行器出现的位置误差设计了误差修正方法以保证轨迹跟踪任务的顺利执行。最后,将运动规划方案在Matlab软件上以基座直线移动和弧形移动的四连杆冗余度机械臂为例进行了仿真实验。仿真结果表明了该方案能纠正导轨机械臂在任务执行过程中偏离期望值的关节速度,且能使末端执行器的轨迹跟踪达到较高的精度。     

基于伪逆的导轨机械臂关节速度纠偏运动规划方案

针对导轨机械臂在任务执行过程中出现的关节速度偏离期望值的问题，提出了一种基于伪逆算法的导轨机械臂关节速度纠偏运动规划方案。首先，根据机械臂的关节角状态和末端执行器的运动状态，运用伪逆算法对导轨机械臂在速度层上进行冗余度解析。然后，设计时变函数对关节速度进行约束调整，使偏离后的关节速度收敛于期望值。接着，针对末端执行器出现的位置误差设计了误差修正方法以保证轨迹跟踪任务的顺利执行。最后，将运动规划方案在Matlab软件上以基座直线移动和弧形移动的四连杆冗余度机械臂为例进行了仿真实验。仿真结果表明了该方案能纠正导轨机械臂在任务执行过程中偏离期望值的关节速度，且能使末端执行器的轨迹跟踪达到较高的精度。     

基于STM32的果实收获机械臂运动控制系统研究

为了实现果实的收割,设计了一种基于STM32处理器的机械臂运动控制系统。该系统以STM32F103微控制器为核心,完成机械臂运动控制模块的设计;利用D-H参数法研究分析多关节机械臂的正、逆运动学问题,建立机械臂的运动学仿真模型,并实现机械臂平面作业轨迹跟踪仿真,验证其运动学正逆解的正确性。基于PC+STM32运动控制模块,控制实现机械臂的运动轨迹跟踪,利用机械臂完成运动控制实验。实验结果表明该控制系统能够实现果实收割。     

基于精英策略粒子群算法机械臂逆运动求解

多关节机械臂空间姿态控制研究中,逆运动分析是控制的基础,由于多关节机械臂逆运动求解问题较为复杂,对其求解结果优劣性的判别比较困难.为了解决传统关节变量算法在求解过程中收敛精度不高、局部最优解过多的问题,利用精英策略搜索粒子种群中的优质粒子,提高了算法整体适应度值,避免求解陷入局部最优解.仿真实验结果表明,基于精英策略多目标粒子群算法(ETMOPSO)提高了机械臂空间姿态的求解精度,为多关节机械臂空间姿态控制提供了一种研究思路.     

自由飘浮空间机器人系统基座姿态调整

规划机械臂的运动以调整作为其基座的卫星的姿态，既节约姿控燃料，又可作为常规姿控系统的备份手段．首先，建立自由飘浮空间机器人系统的状态方程，其状态变量为关节角和卫星姿态角，输入变量为关节角速度．基于系统能控性理论，规划连接系统初始状态和期望状态的路径，实现了仅通过机械臂关节的运动同时控制基座姿态和机械臂关节角的目的．从理论上分析了机械臂的能量消耗，给出了使能量指标最小的近似最优算法．仿真结果表明了该方法的有效性．     

基于改进梯度投影算法的十自由度移动机械臂轨迹规划研究

以一款十自由度移动机械臂为研究对象，针对其轨迹规划存在的关节加速度超限等问题，提出一种改进的梯度投影算法，通过极值法求比例因子，在传统的梯度投影算法中，引入可优化度和自运动限制因子，并推导和提出了考虑关节加速度约束的新算法。对照逆解算法和改进梯度投影算法的仿真效果，验证了新算法的有效性，最后将该算法应用在十自由度的移动机械臂上进行了实例运动测试，测试结果满足设计要求，该成果将实际应用在工程项目中。