关节型机器人轨迹规划算法及轨迹规划研究现状

随着制造产业的飞速发展,工业机器人逐渐在人们的生产活动中变得尤为重要。而轨迹规划对于机器人提高工作效率和质量都十分关键。针对机器人轨迹规划在国内外的研究进展进行了综述,介绍了一些常用的关节型机器人的轨迹规划算法,包括关节空间中三次多项式插值算法、五次多项式插值算法、抛物线插值算法以及笛卡尔空间中的直线插补和圆弧插补等轨迹规划算法。同时对各轨迹规划算法进行了对比分析得出其各自优劣,介绍了空间轨迹规划和最优轨迹规划的研究现状,分析了目前一些方法所产生的作用与存在的缺陷或问题,并指出这些算法在以后的研究中应考虑的方向以及关节型机器人有待进一步研究的轨迹规划问题和发展趋势。     

串联机器人约束力的递推建模方法

针对串联机器人关节约束力的求解问题,在传统的动力学模型的基础上,通过引入解耦的自然正交补的概念和方法,并利用旋量来表示相关的运动学和动力学变量,得到了一种基于解耦的自然正交补的关节约束力的递推建模方法。在Mathematica9.0中编制了程序对7自由度串联机器人进行仿真验证,并与基于牛顿-欧拉方程的反向动力学递推建模方法进行了对比。对比结果表明,基于解耦的自然正交补的关节约束力的递推建模方法正确、合理,从而验证了该方法的可靠性和高效性。     

巡线机器人机构的运动学反解与仿真

分析巡线机器人机构的位置和姿态结构特点,建立该机构的各连杆坐标系,并在此基础上建立运动学方程.根据末端执行器位置矢量和姿态转换矩阵,采用反变换法求解该机器人机构的运动学反解,并运用计算机仿真的方法进一步验证了该反解的准确性.     

化肥码垛机器人的轨迹规划及仿真试验

目前化肥行业常见的码垛方式有3种,分别是人工码垛、传统机械码垛以及码垛机器人码垛。虽然化肥码垛机器人的价格比前面2种要贵,但它在后期的使用过程中更能节省企业的生产成本。以实验室自主设计的四自由度化肥码垛机器人为例,通过几何法与Modified-DH模型组合求解的方式,推导该机器人正运动学方程。在逆运动学求解时,通过Atan2函数及各关节运动范围,求出其可行解;针对逆解的多解问题,利用最短行程的原则进行优化,得到各关节角的最优解。为了保证机器人精确、流畅、连续、平稳地码放化肥包装袋,采用"5-3-5"法进行轨迹规划;通过ADAMS进行单周期仿真分析,验证了理论方法的正确性及机械手设计的合理性。最后完成化肥码垛机器人的试制,结果表明该码垛机器人可以满足设计要求。     

弧齿锥齿轮数控展成及直接插补算法

分析了弧齿锥齿轮数控加工中产形轮和工件齿轮之间的展成运动,建立了弧齿锥齿轮齿面的数学模型.提出了弧齿锥齿轮数控加工的直接插补算法,确定了铣齿刀盘中心运动和工件齿轮旋转运动之间的关系.将该算法应用于自主研制的弧齿锥齿轮数控铣齿机中,实现了对弧齿锥齿轮的切齿加工.最后通过实例对该数学模型和插补算法进行了说明和验证.     

农用轮式机器人间接型专家控制系统研究

为了适应农用机器人的工作环境复杂多变,研究了一种用于自动导航路径跟踪控制的间接型专家控制算法,根据不同的控制策略、转向方式建立了专家控制的控制算法库,对农用机器人路径跟踪和转向进行控制。针对农用机器人沿作物行行走建立了精确的数学模型,同时采用相适应的转向方式并依最优控制律对农用机器人进行控制;针对田间地头转向时转角较大、对转向灵活性要求较高,采用四轮转向方式设计了模糊控制算法。专家控制器根据具体的路径状况,调用不同的控制算法。通过仿真验证,该专家控制算法能满足农用机器人导航时的路径跟踪控制的精度要求。     

PEMFC插指型流道阴极中气体扩散特性的数值分析

本文对PEMFC插指型流道阴极扩散层建立了二维单相的多组分物理数学模型,对PEMFC插指型流道的阴极扩散层中气体的扩散特性及反应行为进行了数值研究,采用有限容积法对模型控制方程进行求解,比较了插指型和平直型流道两类电池的性能曲线,以及两种流道中氧气的组分摩尔浓度和局部电流密度的分布,分析了插指型流道结构参数对电池性能的影响。     

基于BP神经网络的缺测降水数据插补

 缺测降水数据的插补可以有效改善数据系列的完整性,以元江境内的元江、洼垤、因远、街子河、阿支、磨房河等水文和雨量站点逐月及年降水数据为基础,研究缺测降水数据的插补。站点之间月降水数据相关分析表明：各站点之间相关性较差,相关分析难以满足本研究流域内部分月降水数据插补精度,故尝试采用BP神经网络模型对研究流域降水数据进行插补。研究表明：基于本流域降水数据建立的神经网络模型检测样本合格率达到89.6%,具有较好的插补精度,说明神经网络可以用于本研究流域的缺测降水数据插补,为降水数据缺测的插补提供了新的途径。     

单螺杆食品挤压蒸煮机生产率计算的仿真研究

以美乐福牌人造肉机——MWPZ10型单螺杆食品挤压蒸煮机为研究对象,采用粘性剪切流动理论建立了机内物料动量能量的传递模型,以该模型的仿真解为依据建立了生产率计算的数学模型。并对生产率模型进行了验证与分析。     

Hénon映射的Hopf分岔分析及PSpice电路模拟

以3阶Hénon映射作为研究对象,应用一类分岔临界准则和投影法分别分析了Hénon映射的Hopf分岔临界值和分岔解的稳定性.并以此数学模型为依据,设计了Hénon电路,基于OrCAD/PSpice建立了相关仿真模块,成功地对Hénon映射的Hopf分岔现象进行了电路模拟.模拟结果表明:该方法可以作为研究非线性动力学现象的一种有效手段,可以有效而直观地对非线性动力学进行研究和分析.     

基于人群行走行为的机器人智能避障研究

人群在某一特定空间下行走时,要遵循不妨碍交通的前提下做出最优路径规划的原则,完成特定空间下的运动,不应对周围环境产生任何不良影响。同理,在特定空间下,机器人的运动也不应对所处周围环境的人群产生不良影响。通过分析人群的行走行为,我们得到人群行走中避障的一般规律。结合机器人在运动过程中对障碍物运动轨迹的动态取样分析,我们建立了一套机器人在人群中运动的数学模型,为机器人在人群中的合理运动提供理论依据。同时设计了一款跟随机器人用以验证研究结论的正确性。     

单螺杆食品挤压蒸者机生产率计算的仿真研究

以美乐福牌人造肉机－－MWPZ10型单螺杆食品挤压蒸煮机为研究对象，采用粘性剪切流动理论建立了机内物料动量能量的传递模型，以该模型的仿真解为依据建立了生产率计算的数学模型，并对生产率模型进行了验证与分析。     

小功率开关磁阻风力发电系统模拟装置研发

分析开关磁阻电机风力发电工作原理,推导其非线性数学模型,在MATLAB仿真平台上建立基于PWM斩波和APC复合控制的开关磁阻发电系统仿真模型,进行相关仿真实验,为硬件电路设计的参数选择提供帮助。以DSP为控制核心,设计开关磁阻风力发电系统功率主电路与控制电路,实现小功率风力发电。实验和性能测试验证了设计方案的可行性与有效性。     

凸轮廓线插补误差及插补点的分割

论述了在ＮＣ机床上加工凸轮廓线时轮廓插补误差的确定方法,指出了直线插补和圆弧插补的应用范围,建立了分割插补点的表达式     

番茄采摘机器人机械臂结构设计与参数优化

农业采摘机器人属于非结构环境下作业的特种机器人,果实的采摘易受环境变化的影响,机械臂的结构特点直接决定机器人作业范围。根据番茄的特点及其植株的生长分布,设计了具有平行结构关节的四自由度机械臂,建立了机械臂运动学模型,完成了机械臂的结构参数优化设计,并使用MATLAB平台进行了仿真验证。在满足番茄采摘要求的前提下,实现了实际采摘无效空间最小化,证明了该机械臂结构设计合理。     

多连杆机械压力机遗传算法优化设计

采用多连杆作为机械压力机的工作机构代替原机械压力机曲柄滑块机构.采用矢量多边形法建立了滑块的运动方程,并且采用遗传算法建立了优化设计数学模型.以JH23-63型机械压力机的技术参数为依据,设计的多连杆压力机在公称压力行程范围内滑块的最大工作速度仅为96 mm.s-1,并且在曲柄转角α=50°~100°范围内具有平均速度为105 mm.s-1的明显速度平台.该多连杆压力机的低速锻冲特性与原普通型机械压力机相比其工作性能有明显的提高.     

贮木场机械系统的优化模型

本文应用线性规划理论研究了贮木场机械系统的优化问题，建立了相应的数学模型，并结合实例对模型进行了解算验证。     

基于MATLAB-Robotics的七自由度机器人运动轨迹规划仿真

目的以七自由度Sawyer机器人为例,用MATLAB中的Robotics工具箱,对机器人进行建模、示教和仿真,并对机器人在空间中2点间的运动轨迹进行规划和仿真。方法从机器人的结构入手,采用改进的D-H方法建立机器人模型;利用MATLAB的Robotics工具箱所提供的函数对机器人进行建模、显示和示教;根据已知的初始和终止的关节角度及迭代步骤,利用五次多项式来规划机器人的运动轨迹,用Robotics工具箱提供的函数来实现机器人运动轨迹的规划、各关节的角度、角速度以及角加速度的变化过程曲线的绘制,并用fkine函数求出机器人在初始位置和终止位置处的末端姿态。结果机器人7个运动关节从初始位置A1运动到终止位置A2的角度位置变化情况:关节1的角度位置由0逐渐变化到-0.54,关节2的角度位置由0逐渐变化到-0.4,关节3的角度位置由0逐渐变化到0.34,关节4的角度位置由0逐渐变化到0.4,关节5的角度位置由0逐渐变化到0.54,关节6的角度位置由0逐渐变化到0.62,关节7的角度位置由0逐渐变化到0.8;7个关节的初始速度、末速度均为0,各关节的运动速度都是由0加速到最大速度后再减速到0停在末端位置;7个关节的初始加速度、末加速度均为0,在从初始位置运动到终止位置的过程中,各个关节的加速度2次出现极值,且一正一负。结论通过仿真可知,机器人在空间中从初始位置A1运动到终止位置A2的过程中,各个关节角度位置平滑变化,速度和加速度曲线连续、平滑,其运动过程平稳。     

教学型双足步行机器人的结构及其控制电路设计

教学型双足机器人的研究制作是桌上型的重量很轻的作实验用的小型双足步行机器人。研究舵机的驱动控制方法、框架的设计以及制作能通过伺服电机控制运动的一种经济型的双足步行机器人。用单片机与CPLD控制伺服电机,通过预先给定机器人各个部位的运动轨迹,运算确定好各关节的旋转角度及控制系统的控制算法,以实现机器人的实际行走过程。     

类人机器人全能运动的稳定性研究

类人机器人全能运动包括不同粗糙平面上的快速行走、越障、踢球、格斗等,稳定性是上述运动的关键环节。本文从分析机器人关节角与零力矩点（ZMP）的关系入手,研究提高机器人运动稳定性的新方法。具体步骤是先粗调校正机器人姿态,然后确定各关节角度,得到保证稳定运动的关节角范围。最后依托韩国GP型机器人进行测试,结果表明了所提出方法的有效性。