农业物料移运机器人协同作业时间最优轨迹规划方法

为了解决机器人将农产品从收获场所转移到仓库或运输车辆存在的移动轨迹和作业轨迹相对独立且耗时长的问题,本文设计一种物料移运机器人,并提出一种物料移运机器人协同作业时间最优轨迹规划方法,获得机器人作业系统和行驶系统协同作业的时间最优轨迹。该方法建立机器人协同作业的运动学模型和动力学模型,对物料移运机器人开展时间最优轨迹规划,并基于Lyapunov理论设计控制律减少跟踪误差,最后通过Matlab/Simulink和ADAMS联合仿真验证方法的有效性。结果表明,提出的轨迹规划方法可使机器人在抓放料协同作业和避障协同作业中取得平滑且时间最优的运动轨迹,机器人各关节的位移、速度、加速度、力/力矩曲线变化平缓,两履带牵引力满足机器人的要求且可快速稳定跟踪时间最优路径。     

浅议六自由度焊接机器人的轨迹规划与运动仿真

近年来,智能化技术的不断发展,使工业机器人成为工业领域的研究热点之一,工业机器人需要在各种复杂环境下平稳运行,同时还要保证其轨迹规划的连续、光滑,只有这样才能提高工业发展水平。鉴于此,文章便对六自由度焊接机器人的轨迹规划与运动仿真进行研究,利用五次多项式来实现六自由度焊接机器人的轨迹规划,同时构建其运动学模型,通过MATLAB对其逆运动学问题进行求解,以此实现对六自由度焊接机器人的运动仿真。经仿真结果表明,采用上述方法不仅可使六自由度焊接机器人在运动过程中出现的加速不连续问题得到解决,而且其各关节的运动轨迹曲线也变得连续而光滑,能够对六自由度焊接机器人的轨迹规划效果进行直观检验,从而为工业机器人的轨迹规划工作提供了一种高效的方法。     

基于遗传算法的采摘机器人轨迹规划

以总距离最短作为性能指标,以6自由度采摘机器人作为研究对象,在考虑各关节速度、加速度和加速度变化约束的基础上,采用遗传算法对机器人所经过各点的进行路径规划.运用robotics toolbox 工具箱进行仿真,结果表明:所设计的机器人轨迹规划方法既能保证总路径最优,又可使机器人的轨迹平滑.     

工业机器人轨迹规划及轨迹优化研究综述

对机器人的轨迹规划方式、规划算法、轨迹优化以及研究进展等进行了综述,指出了轨迹规划仍需解决的问题。最后,指出了目前机器人轨迹规划存在的不足,并展望了轨迹规划未来的发展方向。     

四自由度码坯机器人轨迹规划与仿真研究

以四自由度码坯工业机器人为研究对象,采用D-H法建立机器人各连杆坐标系,根据各连杆的位置关系,经过矩阵变换,获得其运动学的正解和逆解,研究关节空间内码坯机器人的三次多项式轨迹规划,进行Matlab环境下轨迹规划仿真,获得关节角﹑角速度和角加速度随时间变化的曲线。通过仿真结果的分析,验证轨迹规划的可行性、合理性和准确性,保证码坯机器人的平稳运行。     

移动机器人低能耗最优路径规划方法

在移动机器人路径规划中需要考虑距离约束和时间约束,同时,为了使机器人在能量补给不足的情况下更高效地执行更多的任务,降低运动过程中的能耗变得尤为重要。兼顾考虑机器人对降低能耗和路径规划效率两方面的需求,本文提出了一种基于改进AD*(Anytime dynamic A*)算法的移动机器人低能耗最优路径规划方法。首先,通过构建机器人动力学模型及其在运动过程中的能耗模型,实现对路径的能耗计算。结合机器人运动学模型,采用基于采样的模型预测算法(Sample based model predictive optimization,SBMPO)生成优化轨迹簇。然后,改进AD*算法,将距离成本和能耗成本融入搜索节点的评估函数,根据轨迹簇中的节点连接关系和环境地图进行在线规划,以获得能耗最优的路径。最后,通过设计仿真测试场景,将所提出的能耗最优路径规划方法与距离最优规划方法进行规划结果对比,验证了算法的有效性。     

新型工业码垛机器人的轨迹规划研究

随着我国智能化技术的发展速度不断加快,工业机器人在我国各大工厂的生产运用程度越来越高,其中,码垛机器人正朝着智能化、高速化、低能耗以及高效率方向发展,为工业化生产提供了良好的技术支撑,码垛机器人在实际的技术层面还需要完善。文章针对我国新型工业码垛机器人的轨迹规划问题进行了详细的分析和探讨,以期不断提高码垛机器人的工作准确度。     

基于PSO算法的双臂机器人时间最优轨迹规划

依据双臂机器人运动学约束条件,将已完成无碰撞路径规划的由两个5自由度机械臂构成的双臂机器人作为一个具有10自由度的单臂机器人,采用多段样条多项式插值对其一般时间最优轨迹规划问题进行研究,并以4-3-3-4次多项式插值为例,运用PSO算法对双臂机器人各段插值时间进行优化,得到满足速度约束条件下的最优插值时间,并由此得到双臂机器人各个关节的运动位置、速度和加速度曲线,仿真结果表明,该方法能够有效实现指定速度约束下已完成无碰撞路径规划的双臂机器人时间最优轨迹规划。     

农业机器人路径优化及轨迹跟踪研究—基于遗传算法

随着我国信息化水平的不断提高,以及机械自动化、计算机控制系统和测试计量行业的不断发展,移动机器人达到了一个全新的高度,智能机器人被广泛应用到农业生产、工业生产和高等研究等各个领域。在机器人众多研究问题中,路径规划和轨迹跟踪一直是比较复杂并较难解决的问题。为此,基于遗传算法,根据移动机器人工作特点和运动特性,采用几何法建立了机器人工作空间的环境模型,并对路径进行了有效编码,为机器人实时规划出无碰撞、路线短的全局路径,对其运动轨迹进行有效跟踪。仿真实验表明:所设计研究的机器人全局路径规划和轨迹跟踪技术具有较好的效果,其在行进过程中能及时、有效地避开前方障碍,可靠性强,稳定性好,应用前景非常广阔。     

无人装备弹药装填机器人轨迹规划技术研究

随着现代战争向着智能化、无人化方向发展,武器装备智能化、无人化趋势不可避免.针对陆上无人装备大口径火炮的弹药装填问题,采用机器人完成弹药装填任务,进行了弹药装填机器人轨迹规划,对装填机器人弹药装填轨迹进行了仿真验证.结果表明,规划的弹药装填轨迹运动学特性良好,能够连续无突变完成弹药装填工作,验证了无人装备采用机器人装填...     

狭闭空间内苗盘物流化搬运机器人运动规划与试验

针对植物工厂狭小密闭工作空间(狭闭空间)内大范围作业需求,提出了一种应用于植物工厂内部的物流化搬运机器人。采用D-H法建立连杆坐标系,通过求解运动学正解对机器人运动空间进行分析,在此基础上,采用边界追踪法规划了一种满足植物工厂立体式培育特点的滑切式搬运最优轨迹,提取轨迹上若干点,求解提取点运动学逆解,采用三次样条插值拟合机械手臂关节变量随时间变化函数,并在实验室中搭建育秧环境可自动调控的立体式育秧平台进行试验,控制机器人按照最优轨迹运动,应用高速摄像技术对实际运动轨迹进行记录,试验结果表明,实际轨迹和最优轨迹最大绝对误差为8 mm,在误差允许范围内,可以完成植物工厂内所需的搬运作业功能。     

基于五次多项式的四足机器人轨迹规划

为达到四足机器人在地面上稳定、连续行走,不出现打滑、侧翻等现象的目的,提出一种基于walk静步态的五次多项式足端轨迹规划方法。首先利用D-H坐标法推导四足机器人单腿的运动学方程,由运动学逆解得到四足机器人足端轨迹和关节角之间的关系。将水平和竖直方向的约束方程代入五次多项式,分别求出支撑相和摆动相的足端轨迹方程。最后通过将轨迹方程代入MATLAB和ADAMS中进行仿真验证,实验结果验证了该轨迹规划方法的正确性。     

片簧型柔顺并联机器人运动规划与轨迹跟踪技术

针对柔顺关节并联机器人系统存在的误差因素,为提高系统整体性能,开展运动规划及轨迹跟踪研究。根据性能要求,设计柔顺关节的结构参数,分析柔顺关节特性,建立机器人系统的分析模型并推导运动学方程。针对柔顺关节轴心漂移引起的杆长误差,提出一种机器人主动杆和从动杆实际杆长的计算方法,修正主动杆关节角的期望轨迹。为补偿系统振动及参数摄动误差,基于径向基(RBF)神经网络设计模型逼近控制算法,跟踪期望轨迹。基于Solid Works、ANSYS、ADAMS及Matlab/Simulink建立机器人系统的虚拟仿真模型。仿真结果表明,提出的运动规划和控制方法将未补偿柔顺关节误差时的机器人末端轨迹误差降低了84%以上,能够有效提高柔顺关节并联机器人系统的运行精度。     

组培苗移植机器人移苗作业轨迹规划

为实现5自由度关节式组培苗移植机器人快速从培养瓶中取出组培苗而不与苗瓶产生碰撞,针对运苗和取苗作业过程对手爪运动路径和速度的要求,提出了分别在关节空间中采用5次多项式插值和直角坐标空间中采用沿空间直线运动的方式规划机器人的运动轨迹,建立了运动轨迹的数学模型,并结合实际工作过程.对机器人的运动轨迹进行了计算机仿真.仿真结果表明,规划的轨迹平滑连续,无抖动和停顿,能够保证机器人正常工作.实际运行情况表明,组培苗移植机器人基本上能按照规划的轨迹运行,平均位置偏差小于0.5 mm,满足移苗作业的精度要求.     

基于改进双向RRT*的果园机器人运动规划算法

为提高果园机器人在果园中作业的自主性、安全性和效率,需要进行有效合理的运动规划。针对传统RRT*(Rapidly exploring random tree star)全局路径规划算法在连续走廊式环境下存在搜索效率低、采样点利用率低、生成路径折线多转角大等问题,以阿克曼底盘果园喷雾机器人为运动模型,提出一种改进双向RRT*的果园喷雾机器人运动规划算法。首先,根据激光雷达建立果园二维平面地图,将果树和障碍物均视为障碍物区域,并结合喷雾机器人本体尺寸,对障碍物进行膨胀化处理;然后,通过改进双向RRT*算法搜索路径,搜索路径过程中结合动态末梢节点导向和势场导向进行偏置采样,并对初步生成的路径进行路径点去冗余以及相邻折线段转角约束处理;最后,采用三阶准均匀B样条曲线对处理后的路径点进行轨迹优化,在优化过程中主要考虑轨迹的碰撞检测和喷雾机器人底盘曲率约束。试验结果表明,相较于传统双向RRT*算法,本文所提出的改进算法规划时间平均减少57.5%,采样点利用率平均提高28.55个百分点,最终路径长度平均缩短7.14%;经三阶准均匀B样条曲线优化后所得轨迹在有、无障碍物两种环境下均满足喷雾机器人最大曲率约束,且仅在换行以及障碍物处存在转弯行为,符合喷雾机器人作业轨迹条件,提高了喷雾机器人的工作效率和自主性。     

四足机器人静步态轨迹规划与仿真分析

以四足机器人为研究对象,针对四足机器人在正常行进过程稳定性不高的问题,提出一种基于重心移动的间歇性walk步态规划。利用SolidWorks建立四足机器人的三维建模。首先利用D-H算法推导出单腿的运动学方程,然后借助MATLAB采用摆线曲线进行轨迹规划。同时,利用五次多项式曲线借助MATLAB、ADAMS搭建联合仿真平台,采用联合仿真的方法,通过不断调整轨迹参数,实现了该机器人稳定的静步态行走,验证该结构的合理性以及轨迹算法的稳定性。     

基于多约束条件的果园喷雾机器人路径规划方法

果园喷雾机器人路径轨迹规划影响机器人行驶路线的平滑线和行驶过程的可靠性和平稳性。针对目前果园喷雾机器人路径规划中存在的转弯处参考轨迹不够平滑、曲率较大、行驶不平稳等问题,提出了一种基于果园喷雾机器人运动学多约束条件的三次非均匀B样条曲线果园喷雾机器人轨迹优化方法。通过先验地图获取树行位置信息对行间路径点进行拟合处理,保证果园喷雾机器人行驶在树行中心线上符合喷雾作业要求,综合考虑最小转弯半径、首末端点约束、转向机构延迟约束、曲率连续等多约束条件构建路径曲率最小化目标函数,并通过最优化算法求解待优化的曲线参数,生成符合果园喷雾机器人行驶要求的全局路径,最后采用纯跟踪算法进行跟踪试验来验证机器人行驶精度。仿真与试验结果表明,规划生成轨迹的最大曲率为0.31m-1,平均曲率为0.15m-1,符合果园喷雾机器人的行驶要求;针对该轨迹跟踪行驶的平均横向误差为0.225m,标准差为0.031m,满足果园喷雾机器人在果园内喷雾作业时对行驶精度的要求。     

基于345-修正梯形运动规律的4-RR-(SS)2并联机器人运动轨迹规划

研究了一种新型四自由度高速并联机器人运动轨迹规划方法。该机器人采用单动平台结构以减轻末端平台质量,提升机器人加减速性能。建立机器人机构运动学逆解模型,通过融合345多项式和梯形运动规律的优点,构造一种可兼顾运动时长和运动平稳性的345-修正梯形运动规律。在此基础上,通过插补叠加轨迹过渡传统门形轨迹的直角部分,并统筹考虑总运动时长最短以及角加速度峰值最小为目标完成插补叠加时机的优选,最后在样机上开展运动频次试验。试验结果显示,采用优化后的运动规律和轨迹样机运动频次可提升至218次/min,工作效率较传统Adept门形轨迹提高55.7%。     

基于多目标约束的机器人复杂轨迹优化方法

工业及农业领域存在诸多复杂场景，使得机器人常面临由大量非连续离散局部路径组成的复杂轨迹，合理的运动规划是机器人实现预期作业目标的首要基础。本文提出一种基于非支配遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm, NSGA-Ⅱ)的多目标综合优化方法,算法基于个体的相互支配关系进行分层并引入“拥挤度”指标来表征个体间的差异性，从而为保持遗传过程的种群多样性提供了有力支撑。同时建立了机器人运动学模型并构造了缩短机器人空载路程、运动时间及关节冲击的路径序列优化函数，并在笛卡尔空间与关节空间进行了高阶样条拟合与插值规划，显著提升了空间轨迹的光顺性及几何特性。基于NSGA-Ⅱ生成空间Pareto最优前沿解集，解决了机器人运动时间短、关节冲击小、任务路径优等约束下的多目标优化问题。优化后机器人运动路径长度缩减74%，作业效率提升33.44%，关节稳定性平均可增强50.97%，通过仿真与实验，验证了算法在改善机器人运动效率、连续性和非突变性等方面具有显著效果。     

多约束条件下的无人机轨迹快速规划

多约束条件下无人机轨迹快速规划是无人机航迹规划的重要内容。通过构造无人机在定位误差约束下的数学模型,结合航迹点和转弯半径推导出空间圆弧轨迹方程,利用贪心算法对无人机的航迹进行快速规划,结合软件仿真得到飞行过程中的最优航迹方案,为应用仓储物流路径规划领域以及车辆无人驾驶目标路径规划提供了思路。