基于遗传算法的多机器人系统最优轨迹规划

针对关节型多机器人系统在静态环境下的点到点的轨迹规划问题,提出了一种基于遗传算法的最优轨迹规划策略.采用遗传算法在综合考虑各机器人沿轨迹运动的安全性、运动代价以及运动学约束的基础上为单个机器人规划最优的运动轨迹,并通过协调各机器人沿预定轨迹运行的时间避免机器人之间碰撞的发生.针对含有3个二自由度平面关节型机器人的多机器人系统进行了仿真实验,实验结果验证了该方法的有效性.     

机器人视觉跟踪轨迹的分级规划方法

针对跟踪轨迹规划对于确保得到连续光滑的跟踪运动的重要性,提出了两级视觉跟踪轨迹规划方法。第一阶段在图像平面上规划运动轨迹,在图像平面上得到的离散规划点映射到机器人关节空间。第二阶段在机器人关节空间中用三次样条函数来连接这些离散点。为了满足实时控制的要求,在图像处理过程中采用窗口技术并抽取边缘特征。建立用于跟踪两维平面运动物体(如随运输带运动的物体)的机器人视觉跟踪控制系统。实验结果表明,跟踪误差渐近地减小到允许的数值范围,所提出的跟踪轨迹规划方法是有效的。     

基于解析法和遗传算法的机械手运动学逆解

研究优化机械手轨迹规划问题,机械手运动时要具有稳定性避障性能。针对平面3自由度冗余机械手优化控制问题,建立机械手的结构模型。提出用解析法和遗传算法相结合满足具有计算量小和适应性强的特点。在给定机械手末端执行器的运动轨迹,按着机械手冗余自由度,运动轨迹上每个点对应的关节角有无穷多个解。而通过算法可以找到一组最优的关节角,可得到优化机械手运动过程中柔顺性和避障点。仿真结果表明,该算法可以快速收敛到全局最优解,可用于计算冗余机械手运动学逆解,并可实现机器人的轨迹规划和避障优化控制。     

基于执行时间约束的机器人关节空间轨迹优化

为在保证机器人运动轨迹的平滑性的条件下提高机器人工作效率,提出一种基于轨迹执行时间归一化处理的关节空间运动轨迹规划优化算法。对轨迹的执行时间进行归一化处理,分析关节空间位置、速度、加速度的运动轨迹相对于归一化时间的数学模型;考虑关节运动参数的约束条件,采用五次多项式拟合机器人在关节空间的运动轨迹,分析不同轨迹执行时间对关节位置运动轨迹的超调量的影响,实现机器人关节空间的位置轨迹优化;在M atlab环境里对机器人的运动轨迹进行仿真建模,完成机器人运动学仿真。多组仿真结果表明,该算法在保证机器人轨迹平滑的基础上,能保证轨迹执行时间最优,有效地提高机器人的运动效率。     

基于ZMP的仿人机器人跑步运动模式

采用小车-曲面桌子模型,提出了一种基于零力矩点(zero moment point,ZMP)的仿人机器人跑步运动模式.在单腿支撑阶段和飞行阶段,分别规划了仿人机器人的质心运动轨迹和双脚运动轨迹.在单腿支撑阶段,求解根据小车-曲面桌子模型建立的动力学方程,依据小车的运动轨迹规划出仿人机器人的质心轨迹;在飞行阶段,仿人机器人质心可看作抛物线运动,质心轨迹可通过水平方向上的匀速运动和竖直方向上的自由落体运动轨迹表示.分析了双脚与地面接触时的力及力矩约束.通过改变ZMP调整身体的倾斜角度,保持身体动态平衡.同时根据动力学方程分别求解出踝关节及其他关节的关节力矩.仿真实验结果表明:仿人机器人跑步时各关节角度和关节驱动力矩变化稳定,能够实现稳定的跑步,验证了方法的有效性.     

基于hp自适应伪谱法的空间机器人路径规划

针对空间机器人运动过程中基座姿态产生较大扰动的问题,基于hp自适应高斯伪谱法提出了一种以基座所受反作用力矩最小为目标函数的空间机器人路径规划方法.首先,综合考虑空间机器人运动过程中存在的关节角度约束、关节角速度约束、控制力矩约束及初始状态和终端状态约束等约束条件,将空间机器人路径规划问题看成满足一系列约束条件和边界条件并实现特定性能指标最优的最优控制问题.其次,结合hp自适应高斯伪谱法（hp-AGPM）与非线性规划技术,求解带有边界约束和路径约束的优化控制问题,得到满足约束且性能指标最优的空间机器人运动轨迹.最后,以平面2自由度空间机械臂为例对所设计方法进行仿真验证,并与其他伪谱法进行对比分析.仿真结果表明：本文算法能在10.6 s的时间内规划出满足各约束条件且容许偏差低于10^-6的最优运动轨迹,并且在计算速度和配点数量上都优于其他伪谱法.     

双足机器人NAO爬楼步态规划

双足机器人的爬楼梯性能是衡量其在复杂环境下行走能力的一项重要指标.本文针对双足机器人NAO爬楼梯步态规划问题,提出一种离线步态规划方法：基于几何法建立机器人爬楼梯逆运动学模型;将运动解耦为前向运动和侧向运动,对于起步、中步和止步三个阶段,采用加速度空间法和几何约束规划法,计算各关节运动轨迹,并基于其逆运动学模型,得到各关节角序列;分别基于NAOSim和NAO进行虚拟样机仿真实验和实物样机验证.实验结果表明,步态规划方法合理有效.     

双足机器人动态步态规划

针对目前仿人机器人动态步行在样机上实现较少的情况,将多项式插值方法运用于机器人踝关节轨迹规划,结合已知髋关节运动轨迹,利用几何约束的方法求取膝关节运动轨迹,得到完整步态周期内各关节运动规律,最终实现NAO机器人的动态步行。实验结果证实了基于多项式插值的几何约束规划方法是可行且有效的。     

基于运动学分析的工业机器人轨迹精度测量的研究

机器人关节伺服系统的动态误差,是影响其末端执行器运动轨迹精度的一个重要因 素．本文以六轴关节型激光加工工业机器人为研究对象,采用D-H方法建立起机器人连杆坐 标系,在运动学分析的基础上,运用齐次坐标变换矩阵微分法,建立机器人各关节转角的偏 差值与末端运动轨迹精度之间的模型,并在此基础上,利用机器人与外部的串口通讯,对在 关节伺服系统影响下,沿各种空间位置运动时,机器人末端运动的轨迹精度进行了实际测量 ．     

基于6R关节式工业机器人的运动规划研究与仿真

工业机器人运动规划是控制机器人完成工作运动任务的关键,直接决定了机器人运动轨迹质量.为研究6R工业机器人的运动问题,本文以安川MA1440机器人为研究对象,对其进行运动轨迹分析与仿真.首先,基于CREO三维软件建立三维模型,其次,根据D-H参数法建立机器人的连杆坐标系,进而得到关节角度等相关参数,然后根据齐次变换矩阵导...     

基于视觉模型成像的六轴焊接机器人关节运动姿态规划研究

由于传统的六轴焊接机器人关节运动姿态规划方法存在关节运动姿态规划精度低、规划时间长的问题,提出基于视觉模型成像的六轴焊接机器人关节运动姿态规划方法.计算摄像机与机器人坐标关系,并通过图像雅克比矩阵,确定图像特征与机器人关系,在工作空间内把直线的始点与终点轨迹离散化,完成坐标转换,获取每个关节角度值,通过围绕焊接机器人各轴角度值确定欧拉角3个变量,利用欧拉角进行姿态规划,实现六轴焊接机器人关节运动姿态规划.实验结果表明,所提方法的六轴焊接机器人关节运动姿态规划精度较高,规划时间较短.     

多点焊接机器人最优运动规划策略与算法研究

利用遗传算法寻找多点焊接机器人的最优运动规划的方法。第一步应用遗传算法对多点焊接工业机器人进行全局路径最优规划,确定机器人操作手终端遍历所有目标点的最短路径;然后在相邻目标点之间应用遗传算法进行关节空间的轨迹规划,寻找时间最短的最优轨迹。实验结果表明缩短了运行时间,提高了机器人的工作效率,可见方法的可行性和先进性。     

具有2DOF铰接式躯干的仿猎豹四足奔跑机器人

为了探索脊柱运动对腿运动的增强机理,设计了具有2自由度铰接式躯干的仿猎豹四足奔跑机器人。对带腾空相的跳跃（bound）步态奔跑运动的力学过程进行描述,采用阻尼型弹性负载倒立摆（D-SLIP）模型建立了四足机器人动力学模型。依据猎豹的奔跑运动模式,对四足机器人脊柱关节与腿关节的耦合运动进行了轨迹规划。提出一种改进的粒子群优化（PSO）算法,解决了机器人脊柱关节驱动机构尺寸和运动轨迹控制参数之间目标互斥的嵌套优化问题。对四足机器人跳跃奔跑运动进行动力学仿真,结果表明：脊柱与腿的协调运动可以增大奔跑步幅,使机器人产生腾空相,从而提高机器人的奔跑速度。     

关节式爬管机器人的运动稳定性研究

在爬管机器人的运动稳定性问题的研究中,设计了一种应用关节式机器人运动原理的爬管机器人.为提高机器人运动的稳定性,提出以关节翻转力矩和手爪夹持力来评判运动姿态的稳定性,以躯干质心位移和速度的变化规律来评判运动轨迹的稳定性.利用ADAMS软件建立了在一个运动周期内,各关节驱动电机的输出转矩、手爪与管道之间的接触力,以及躯干质心的位移、速度等随时间的变化规律模型.结果表明所设计的爬管机器人的关节翻转力矩和手爪夹持力能满足运动姿态稳定性的要求,且能够以约1.11 m/min的速度沿着垂直管道平稳地爬行,不偏离爬行方向,保证了机器人运动轨迹的稳定性.仿真结果为下一步研制关节式爬管机器人的物理样机提供了理论指导,也为其它类型的爬管机器人研究提供了参考.     

仿人机器人下楼梯的自适应模糊控制方法

针对仿人机器人下楼梯时的稳定行走问题,提出基于虚拟零力矩点的自适应模糊控制方法。按一定约束条件规划各个关节的运动轨迹,利用模糊控制器得到地面反作用力点的位置,根据脚力传感器反馈信息进行适当修正,得到理想关节轨迹。仿真结果证明,该方法具有实时性和有效性。     

基于运动学和动力学的关节空间轨迹规划

在机器人轨迹优化设计的研究中,轨迹规划是实现机器人高速、高精度运行的核心,合理的轨迹规划不仅要满足机器人的运动学要求,而且要满足机器人的动力学要求,在驱动电机不变的情况下,增加机器人的速度和载荷是轨迹规划的难点。利用先进的python软件对机器人的运行轨迹进行深入的分析,在关节空间内采用五次插值多项式进行运动轨迹拟合,并将动力学模型加入到轨迹规划中。生成的拟合曲线表明,机器人在关节空间和工作空间内的位移、速度、加速度、加加速度曲线连续可导,各时间段的峰值力矩、峰值功率趋于同一数值,能有效的提高运动部件的速度和寿命。     

基于路标点追踪的差速驱动机器人运动规划

首先,针对三角网格路径规划方法采用D-P算法提取路标点时,其最大阈值不易确定等问题,提出基于碰撞检测的抽取路标点方法.同时采用Pure Pursuit算法跟踪路标点,对差速驱动机器人进行运动规划;然后,通过实验对比分析表明,在提取路标点时,与D-P算法相比,碰撞检测方法更加优越;最后,通过差速驱动机器人的运动规划实验表明:Pure Pursuit算法追踪路标点方法规划的运动轨迹为一条光滑曲线,能够有效地避开地图上的障碍物;机器人角速度和线速度均为光滑函数,变化平缓,在路标点附近出现较小波动,波动范围均在允许值内;运动规划时间为0.049s,完全能够满足实际需求.研究结果表明,基于路标点追踪的移动机器人运动规划是一种简单有效的运动规划方法.     

一种气动肌肉拮抗驱动机器人关节的类人运动控制方法

为了实现气动人工肌肉拮抗驱动机器人关节系统的类人运动控制,针对该系统严重非线性的特点,本文将其控制问题视为一个非线性最优控制问题,根据人体手臂关节运动的最小加加速度模型设定系统的最优控制性能指标,首先采用扩张状态观测器将机器人关节模型线性化得到积分器串联标准型,然后在线性化模型基础上设计最优控制律,使机器人关节具有与人手臂关节相似的无约束运动轨迹.仿真结果表明,采用本文算法,机器人关节能实现大运动范围(0～120°)的类人运动,关节运动轨迹对负载的改变(1 kg～5 kg)不敏感,并且关节运动具有较好的抗扰动能力.在机器人关节实验平台上通过实物实验验证了算法的有效性,并进一步讨论了控制器参数的设计规则.本文算法需要整定的参数只有2个,适用于气动肌肉拮抗驱动关节的类人运动控制,能够满足协作机器人在本质安全性、运动柔顺性以及类人运动模式等方面的要求.     

双足机器人在动态环境中步态规划研究

在双足机器人跨越迎面而来的动态障碍物的问题中,由于障碍物的高度,和速度是不可预测等因素,机器人的迈步步长和迈步高度决定了其能否实现成功跨越.介绍一种双足机器人步态规划方法,应用模糊Q学习算法对迈步高度进行学习,将迈步的起始点、落点和迈步高度作为特征点,利用三次样条对特征点进行插值得到摆动腿运动轨迹,最后通过摆动角间的几何关系得出各关节处摆动角的变化规律,控制机器人跨越动态障碍物.仿真结果表明,通过进行的步态规划,机器人可以成功跨越动态障碍物,并且各关节处的摆动角变化曲线平缓无畸变.     

理疗师交互下的下肢康复训练机器人个性化步态规划方法

针对偏瘫患者的个体差异及病况差异,提出了一种理疗师交互下的下肢康复训练机器人步态规划方法,在理疗师-减重悬吊式康复训练机器人-患者三者共存的复杂环境中,理疗师穿戴主控外骨骼直接行走实现步态时空参数规划,并融入理疗师的医学经验及对患者的评估.首先,基于旋量理论建立运动学模型,实现理疗师空间与机器人空间的运动映射;然后,统一规划机器人关节运动轨迹、减重机构重心调整轨迹及跑步机步速.最后,通过理疗师步态参数的实时采集、运动映射实验及机器人轨迹跟踪实验,验证了步态时空规划方法的有效性.结果表明,髋、膝关节规划角度在人体关节活动范围内,速度变化平稳,关节轨迹规划和重心调整规划均符合人体行走的生理特性.理疗师的参与实现了渐进康复训练中的个性化步态规划.