冗余度机器人梯度投影避障算法的改进

针对传统基于梯度投影法的避障算法只进行关节空间局部调整,无法实现冗余度机器人末端躲避障碍物的不足,提出一种改进的避障算法。借助人工势场思想,实时地规划出冗余度机器人末端的避障路径。同时以最短距离为指标,进行关节空间自运动调整。末端避障和关节自运动调整相结合,实现全局范围避障。最短距离计算采用解析方法,避免最短距离垂足落在杆件延长线上的问题。在MATLAB软件中进行了冗余度机器人避障仿真,规划用时1.73 s,证明改进后避障算法的有效性和高效性,并且能实现目标追踪过程中的动态避障。     

一种零空间避障的机械臂末端轨迹跟踪算法

针对传统的零空间避障方法无法根据障碍物距离提前采取避障行为同时保证末端跟踪精度的问题,提出一种零空间避障的机械臂末端轨迹跟踪算法.该方法采用伪距离代替欧氏距离作为距离接近度指标解决零空间避障问题,同时设计一种自适应正定系数矩阵K和速度误差饱和函数sat(e),将实时轨迹运行结果反馈给冗余机械臂运动学反解,根据反馈结果自适应调节关节角速度以减小末端轨迹跟踪误差.采用iiwa14机械臂进行仿真实验,仿真的结果表明,所提出的算法能够在完成冗余机械臂零空间避障的同时保证末端轨迹跟踪误差在1 cm以下,验证了所提算法的有效性和优越性.     

基于双目立体测距的泵车臂架防碰撞算法

提出了一种基于双目立体视觉的障碍物三维坐标定位和防碰撞算法。首先建立了混凝土泵车臂架系统的D-H矩阵模型,然后通过双目视觉数字测量方法,测量出障碍物与位于臂架前端的摄像头的距离以及障碍物在整个泵车臂架的三维坐标系中的坐标,通过包围盒算法对泵车臂架的运动进行预测,有效地预防危险。最后,利用MATLAB仿真软件进行了臂架的运动控制模拟及防碰撞仿真计算。     

基于频域参数识别的混凝土泵车臂架减振实验

针对混凝土泵车臂架末端的振动问题,考虑实际施工过程中多关节臂架姿态多变导致臂架系统动态特性随之变化的特点,采用基于频域参数识别的主动控制策略进行泵车臂架振动控制的实验研究。以臂架末端振动作为反馈变量,优选提供主动控制力的作动油缸,建立混凝土泵车臂架系统主动控制的全局模型。采用双归一化方法进行臂架系统参数的频域在线识别,推导了最优控制变量表达式,并给出了显式收敛条件。基于美国国家仪器公司软硬件搭建了混凝土泵车臂架振动主动控制实验装置,对该算法的效果进行了实验验证。实验结果表明,采用该主动控制算法,臂架末端的振动加速度幅值衰减了约59%,取得了较明显的减振实验效果,验证了该算法的可行性与实用性。     

混凝土泵车臂架位姿方程建立及相关参数分析

通过研究和分析一种混凝土泵车的臂架系统,得到混凝土泵车臂架系统的关节角与末端位置的正解和反解,为实现混凝土泵车臂架系统的自动化控制提供理论基础.论文利用机器人D-H法理论,建立混凝土泵车臂架系统数学模型.结果表明D-H法建立的混凝土泵车臂架系统的数学模型可以满足关节角与末端位置的正反解的求解过程,提出的反解方法满足混凝土泵车的实际工作特点和要求,也满足反解的唯一性要求.     

一种基于虚拟推力的冗余度机器人避障算法

针对冗余度机器人可能遇到的障碍影响机械臂末端运动的特殊避障问题,提出了一种基于虚拟推力的可实现主从任务转换的避障算法。通过引入两个随障碍与机械臂最小距离而变化的转换系数,实现末端轨迹跟踪和避障运动的任务转换,同时解决障碍影响机械臂末端和中间杆件运动的避障问题。通过对空间七自由度机器人的仿真实验对算法进行验证,结果显示机械臂成功避障,关节曲线平稳连续,算法效果明显。     

基于改进灰狼算法的冗余机械臂轨迹跟踪与避障

本文将冗余机械臂的轨迹跟踪和避障规划统一为优化问题,提出了一种基于改进灰狼算法的避障跟踪优化器。首先,基于包围盒法对避障空间进行了建模,使用GJK算法计算机械臂与障碍物之间的最小距离。其次,设计了适应度函数,引入避障奖励项对优化器进行主动奖励,使机械臂在跟踪目标轨迹的同时避开障碍物。然后,使用随机分散策略对灰狼算法进行了改进,以增强算法的全局搜索能力,从而更好地求解优化问题。最后,使用九自由度冗余机械臂验证了所提出方法的有效性和优越性。实验结果表明：对于圆形目标轨迹,机械臂的末端跟踪误差为0.21 mm;跟踪过程中,机械臂与障碍物的距离不小于70 mm;相比于经典灰狼算法,改进灰狼算法使跟踪精度提高了13%。本文提出的避障跟踪优化器能以毫米级的精度同时满足冗余机械臂的轨迹跟踪和避障任务;改进的灰狼算法能有效提高经典灰狼算法的收敛精度。     

冗余度双臂机器人协作策略下实时避障算法

针对冗余度双臂机器人协调操作过程中机械臂本体避障及躲避环境障碍问题,提出了基于冗余机械臂自运动特性的双臂机器人协作策略下实时避障算法。首先,利用障碍物在机械臂连杆上的投影矢量筛选掉不会避碰杆件,再计算可能避碰杆件与障碍物的最短距离;其次,根据双臂协作的运动学约束关系,得到冗余度双臂机器人协调搬运避障的运动学逆解;再次,引入梯度“安全距离”和两个避障因子,实时改变机械臂的避障速度,使机器人末端完成协作任务以及双臂实时自避碰及躲避环境障碍物的任务;最后,利用冗余度双臂机器人进行仿真及实验。结果表明：双臂机器人末端执行器执行协作任务的同时机器人双臂可以躲避障碍物,且各关节运动连续、平稳。     

混凝土泵车臂架运动学分析与工作空间仿真

基于混凝土泵车臂架系统的结构特点,对臂架结构进行模型简化,得出臂架系统自由度。将臂架模拟成机械臂,运用D-H法对臂架模型进行运动学分析,列出臂架运动数学模型,进而借助Matlab求解臂架工作空间,绘制出臂架末端参考点的工作空间点云图。分析臂架机构参数对工作空间的影响,为泵车臂架的设计研发和现场施工泵车选型提供了参考。     

基于虚拟力的冗余度机器人自主避障研究

针对具有末端位姿约束的冗余度机器人,提出了一种实现障碍回避的新方法。该方法将虚拟力和多体动力学引入冗余度机器人的自主避障中,机器人在避障力、任务路径吸引力等综合作用下实时地回避障碍物。避障算法对机器人的工作区域进行划分,并实现末端关节避障力的精确计算。该方法使障碍回避过程不再依赖于运动学优化,提高了系统的实时性。     

新颖的基于梯度投影法的混合指标动态避障算法

针对冗余度机械臂的动态避障规划问题提出一种新颖的混合指标避障算法.考虑到移动障碍物运动的随机性,在障碍物位于机械臂构形之内时采用最短距离指标作为避障指标,并利用梯度投影法进行规划.而在障碍物位于机械臂构形之外最短距离指标失效时采用避障面积指标进行替代.在整个避障过程中两种指标的混合使用实现机械臂构形微调与粗调的相结合,提高整体的避障效果.另外,在线动态调整放大系数以控制零空间解与最小范数解的2范数比值恒定,避免可能出现的关节速度超限现象.以平面3R2P冗余度机械臂为例具体阐述这种算法.单独指标规划和混合指标规划的对比仿真试验表明,提出的混合指标避障算法在避障效果方面具有优越性和有效性,并通过实物试验证明该算法可以较好地满足系统的实时性要求,具有一定的通用性.     

基于A~*算法的空间机械臂避障路径规划

针对空间机械臂在轨操作任务需求,提出一种基于A*算法的避障路径规划算法。根据机械臂和障碍物几何特征,对机械臂模型和障碍模型进行简化。通过研究机械臂本身所固有的几何特性,根据障碍物的位姿坐标,分析机械臂各杆件与障碍物发生碰撞的条件,进而求解空间机械臂的无碰撞自由工作空间。在此基础上,利用A*算法在空间机械臂的自由工作空间进行无碰撞路径搜索,实现了空间机械臂的避障路径规划。通过仿真试验验证了基于A*算法的空间机械臂避障路径规划算法的有效性与可行性。     

泵车浇注过程自动化控制技术研究

控制自动化已成为高性能混凝土泵车的发展方向.将浇注轨迹离散成空间坐标系中多个浇注点,建立了臂架系统浇注过程的运动学模型.提出了臂架系统浇注过程中调整运动姿态的最优控制原理,并依据控制原理利用机械优化设计方法确定泵车最佳浇注路径.以泵车在几种典型浇注区域下进行自动化浇注作业情况为例,对臂架系统回避障碍问题展开探讨,并提出避障策略,给出了空间区域浇注自动化控制流程图,为实现泵车浇注过程控制自动化提供指导.     

单冗余度机器人避障能力指标的建立及在7自由度冗余手臂上的实践

将判断机器人杆件与环境中物体是否会发生碰撞的问题转化为求解中心线上各点与障碍物表面各点间的最小距离问题,从而用中心线上各点在自运动过程中远离碰撞危险点的距离描述避障成功的概率.中心线上各点避障成功概率的加权均值刻画手臂的避障能力,且只与机构参数和末端操作器位姿有关,是机构固有的性能,将其定义为避障商.位姿工作空间中的每一个点均对应一个避障商,避障商以操作任务在工作空间内分布的概率密度为权值在全工作空间求取加权均值得到全局避障商.全局避障商衡量了机器人在全工作空间内的综合避障能力.作为该避障能力指标的实践,求解一种7自由度冗余手臂在两类情况下的避障商,最后分析杆件长度对全局避障商的影响.     

一种任务转化的动态避障算法

传统的避障算法多适用于静态障碍物,且当障碍物位于机械臂末端期望轨迹上时,算法会失效,针对传统算法的不足提出了一种基于任务转化的动态避障算法。该算法通过监测机械臂各杆件与障碍物之间的最小距离变化实现末端期望轨迹跟踪运动和避障运动的任务转化,通过实时监测障碍物的位置变化完成动态避障。最后,通过三自由度平面冗余度机器臂的仿真实验,验证了该算法的有效性。仿真结果表明,该算法能够有效解决当障碍物位于机械臂末端期望轨迹上时存在的冲突问题,且能够完成动态避障。     

基于主从任务转化的闭环控制避障算法

冗余度机械臂避障算法研究一直是机器人领域的研究热点之一。针对传统算法的不足提出一种基于主从任务转化的闭环控制避障算法。主从任务转化通过监测机械臂各杆件与障碍物之间的最小距离变化实现避障任务和期望轨迹跟踪任务的主从切换,从而解决当障碍物位于机械臂末端期望轨迹上时避障运动和期望轨迹跟踪运动存在的相互冲突问题。考虑到机械臂避障时其末端跟踪精度差的问题,引入对冗余度机器臂末端期望位置和实际位置的误差控制,使得机械臂末端跟踪精度显著提高。同时,该算法还适用于多障碍物避障和动态避障且具有计算量小和躲避速度变化连续等优点。通过三自由度平面冗余度机器臂的仿真试验,验证了该算法的正确性。仿真结果表明,该算法能够有效解决当障碍物位于机械臂末端期望轨迹上时存在的冲突问题,而且机械臂在避障的同时也能够高精度跟踪末端期望轨迹,且能够完成多障碍物避障和动态避障。     

混凝土泵车操纵性特性研究

基于微积分、理论力学以及机械原理等基础理论,对混凝土泵车臂架末端速度进行了理论推导,并且在推导的同时,建立了混凝土泵车的动力学分析模型.分别对相同的泵车臂架模型进行了理论计算和数值计算,并且对计算结果进行了对比分析,二者结果吻合非常良好.     

基于模糊逻辑的移动机器人避障研究

为了提高移动机器人在未知障碍物环境下的避障性能,使用超声波感器,结合模糊逻辑对移动机器人避障进行了研究。针对传统模糊逻辑避障规则较多,运算量大以及在较大的转弯处不能成功避障的缺点,给不同距离的障碍物赋予不同的权值,添加有效障碍物范围搜索框,使得移动机器人避障效率得到提升,在通过较大的转弯处能够成功避障。通过Lab VIEW仿真实验证明,该方法能够使移动机器人成功避障。与传统的模糊逻辑避障算法相比,改进后的避障算法避障成功率提升45%~70%。     

混凝土泵车臂架系统优化设计及试验

混凝土泵车工作时臂架末端振动较大,严重影响操作稳定性和安全性,因此针对混凝土泵车臂架结构的优化设计研究很有必要。以某型号混凝土泵车为研究对象,联合MATLAB软件和HyperWorks软件进行整车输送管激励载荷求解和施加,通过瞬态动响应仿真分析得到臂架末端振动。在原始模型上对臂架板厚和刚度进行修改,最终确定减振效果最明显的优化方案。通过实车打水试验对优化后的臂架减振效果进行检验,验证了该技术手段的可靠性,为混凝土泵车进一步减振研究和稳定性分析提供了方法。     

冗余机器人的任务优先级轨迹规划方法

当机械臂末端沿期望轨迹运动时,若障碍物影响机械臂末端运动,则末端会与障碍物发生冲突,使其偏离期望运动轨迹。针对这一问题,提出了一种任务优先级轨迹规划方法,使机械臂末端避障后能够继续跟踪期望轨迹。当机械臂末端运动轨迹中含有障碍物时,赋予避障运动作为优先控制,通过计算末端位置增量使机械臂末端产生逃离速度,进而避开障碍物;反之,赋予轨迹跟踪作为优先控制,通过对机械臂期望轨迹与实际位置进行误差控制,达到提高末端轨迹跟踪精度的目的。最后,对冗余机器人进行了仿真及试验验证。结果表明,当障碍物与机械臂末端运动轨迹发生冲突时,基于任务优先级的轨迹规划方法可以使机械臂末端有效地避开障碍物,同时,末端避障后机械臂仍能跟踪到期望轨迹运动。