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。     

基于CAD的喷涂机器人轨迹优化

针对复杂自由曲面匀速和等行程间距喷涂方法,因曲面上曲率的变化会造成涂层厚度差较大的问题,提出一种基于CAD的轨迹优化算法以提高曲面的漆膜厚度一致性.该方法首先根据平面上的喷涂试验和微分几何的面积放大定理推导出曲面上的漆膜生长模型;然后通过扫描直接获得工件表面点云模型,采用点云切片技术获取喷枪路径和姿态;最后采用沿路径方向的速率优化算法和垂直路径方向的间距优化算法对曲面上的喷枪轨迹进行优化.仿真和试验结果验证了优化算法的有效性和轨迹生成算法的可行性.     

基于CAD的喷涂机器人轨迹优化

针对复杂自由曲面匀速和等行程间距喷涂方法,因曲面上曲率的变化会造成涂层厚度差较大的问题,提出一种基于CAD的轨迹优化算法以提高曲面的漆膜厚度一致性。该方法首先根据平面上的喷涂试验和微分几何的面积放大定理推导出曲面上的漆膜生长模型;然后通过扫描直接获得工件表面点云模型,采用点云切片技术获取喷枪路径和姿态;最后采用沿路径方向的速率优化算法和垂直路径方向的间距优化算法对曲面上的喷枪轨迹进行优化。仿真和试验结果验证了优化算法的有效性和轨迹生成算法的可行性。     

黄瓜收获机器人避碰轨迹规划

提出了一种基于机器视觉和关节空间的黄瓜收获机器人障碍避碰轨迹规划新方法,描述了算法的实现过程。该算法中,障碍分为球体、正方体和长方体3类;根据黄瓜果实图像信息,按照距离由近及远原则,规划成熟黄瓜的采摘顺序;根据障碍类型,进行障碍判断和归类,构造障碍保护圆和障碍保护点;采用过中间障碍点的三次多项式插值函数进行描述黄瓜收获机器人相应阶段关节空间的运动轨迹。     

6R焊接机器人逆解算法与焊接轨迹误差分析

为了提高6R焊接机器人的位姿精度和焊接轨迹的准确度,提出了一种基于RBF神经网络的6R焊接机器人逆运动学求解方法。针对6R焊接机器人逆运动学方程组具有高维、非线性、求解复杂的特点,基于RBF神经网络建立运动学逆解预测模型,采用尺度空间理论对焊接机器人的位姿参数样本所在的工作空间进行分区,采用均匀设计法和模糊聚类理论对分区后的训练样本进行优选,并根据Z-Y-Z坐标转换原理进行转换和归一化处理,将逆运动学求解问题转换为基于RBF的6输入6输出预测系统。运用该系统对6R焊接机器人进行了复杂焊接轨迹仿真和点焊实验,并与基于组合优化迭代法和BP神经网络的逆运动学求解效果与焊接精度进行了比较,结果表明,基于RBF的6R焊接机器人运动学逆解预测模型具有求解简单、精度高、便于轨迹规划的特点,证明了该方法的可行性和有效性。     

喷漆机器人喷枪轨迹离线优化方法

介绍了喷漆机器人喷枪轨迹离线优化方法问题的数学模型，建立了评价喷涂效果的目标泛函，确定了具体的算法．并以圆锥面工件为例对整个喷涂过程进行计算机仿真，得出优化仿真结果。     

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。     

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。     

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。     

应用于茶叶罐分拣的码垛机器人最优关节空间控制

针对茶叶罐分拣生产线的高效率运动控制,提出一种码垛机器人最优关节控制方法。首先,设计茶叶罐分拣码垛机器人生产线的三维模型,根据拉格朗日方程推导出机器人动力学模型,明确模型的输入输出关系。进而,利用萤火虫算法的寻优优势对码垛机器人进行运动学反解,并引入NUBRS曲线平滑处理经五阶多项式插补的轨迹。最后,设计快速连续非奇异终端滑模控制器来实现关节空间内的高精度轨迹跟踪控制。研究结果表明:与滑模控制和反步法控制相比,本文控制器具有更高的控制性能;萤火虫算法能在0.37 s内求解机器人反向运动学,结合五阶多项式插补法与NUBRS曲线能获得光滑柔顺的参考关节轨迹;本文控制器能有效抑制集总干扰力矩影响,保证机器人关节空间内轨迹跟踪精度。     

基于参考轨迹实时修正的机器人轨迹跟踪控制方法

针对动力学不确定性的机器人轨迹跟踪问题,本文提出一种基于参考轨迹实时修正的机器人轨迹跟踪控制方法。将轨迹跟踪中已产生的误差进行累加,实时前馈补偿到参考轨迹上即将被跟踪的点上。给出了该方法的控制框图,由控制框图导出跟踪误差与命令误差之间的关系式。关系式表明只需控制器中的控制算法保证速度误差稳定,即可保证跟踪误差收敛。此外,提高补偿增益的值可以提高误差的收敛速度。分析PD控制律能满足所提方法的收敛条件。给出了所提方法中参数的调节方案。通过仿真和实验验证了该方法的有效性。实验结果表明,各个关节跟踪轨迹1得到的误差绝对值均不大于0.008 7 rad;跟踪轨迹2得到的误差绝对值均不大于0.005 9 rad。     

拨禾轮运动轨迹的计算机仿真

为了快速获得拨禾轮在不同运动参数下的运动轨迹,显示其运动状态,分别借助MATLAB,LABVIEW和AMEsim软件,利用拨禾轮的数学模型和物理模型,采用7种方法仿真了拨禾轮的运动轨迹.结果表明,这些方法都能正确地对拨禾轮的运动轨迹进行仿真.     

农业智能巡检机器人轨迹跟踪控制

设计了一种农业智能巡检机器人,可以巡检农作物生长环境和生长状况。机器人的实时位置通过GPS定位获取,通过事先设定好的轨迹运行;轨迹跟踪控制算法采用自适应鲁棒滑模控制算法,并通过Matlab软件进行了仿真验证,证明了算法具有较好的实时性和鲁棒性;最后,将算法写入TI公司的TMS320F28335处理器,并进行了田间试验。试验表明:基于该算法的智能巡检机器人运行稳定,可以较好地实现农业田间巡检功能,解放了劳动生产力。     

拖拉机行驶路径的多项式设计

车辆的自动行驶控制主要包括轨道设计和沿着所给轨道行驶的追踪控制两个方面。为此,采用多项式函数进行了拖拉机从起始位置向目标位置行驶的行驶路径设计。其优点是：计算时问短,能够保证拖拉机自动行驶控制时的实时控制;转向角函数具有高阶连续可导函数,便于实现连续和平滑控制。     

木薯清洗机滚筒内运动轨迹的分析

通过对木薯清洗机滚筒内运动轨迹的分析,建立了圆弧—抛物线运动轨迹方程;研究了木薯在清洗机滚筒内运动的最内层最小半径、最佳脱离角、最大降落高度、清洗系数及滚筒最佳速度等相关参数,以更加快速地清除木薯表面的泥土和须根,提高木薯清洗机的清洗效率。该研究可为进一步优化木薯清洗机,从而提高整个木薯工业化生产的效率提供了坚实的理论依据。     

拖拉机自动驾驶系统上线轨迹规划方法

为解决现有拖拉机自动驾驶系统上线距离较长,且在上线目标点附近跟踪误差较大的问题,提出了一种基于量子遗传算法优化的B样条理论局部上线轨迹规划方法。综合考虑最大曲率约束、起止点航向约束和最大转向角约束,把最优轨迹规划问题转化为B样条控制点参数优化问题,采用量子遗传算法对目标函数进行寻优,从而求得距离最短的可行驶上线轨迹。设计了4种典型作业工况,仿真结果表明,对于不同作业工况,算法均可通过优化配置B样条控制点得到满足约束的上线轨迹,曲率和等效前轮转角变化平缓,有利于路径跟踪控制器进行曲线跟踪控制。田间试验结果表明,针对设计的复杂作业工况,单独采用纯追踪算法的上线距离为78.6 m,基于上线轨迹规划方法的上线距离为23.7 m,且后者在上线点附近的横向跟踪误差更小。     

混合输入机构实现给定轨迹的模糊控

混合输入机构运转过程中,由于惯性力等因素的存在,恒速电动机会产生一定的速度波动,影响了输出运动轨迹的精度.针对混合输入机构中恒速电动机不可控的特点,提出了伺服电动机实时跟踪恒速电动机转速的控制策略.构建了混合输入机构控制平台,设计了伺服电动机对恒速电动机转速实时跟踪的模糊控制器,对恒速电动机的速度波动进行补偿,以保证精确实现给定轨迹.实验结果表明模糊控制器具有较高控制精度和稳定性.     

颗粒在泵叶轮中的运动轨迹计算

首先推导出了在低Ｒｅ下，颗粒在水泵静止的各通流部件及旋转的叶轮中的运动轨迹方程，推导出了在高Ｒｅ下，颗粒在水泵各通流部件上的运动轨迹方程，最后，计算了不同直径的颗粒在水泵叶轮中的运动轨迹。     

荷电雾滴运动轨迹的模拟研究

应用静电喷雾技术进行病虫害防治有着广阔的前景。论文在理论分析与实验研究的基础上,归纳出描述不同电压下雾滴喷出时的雾化角的拟合计算公式,建立了荷电雾滴的运动模型,采用时间增量法对荷电雾滴运动轨迹模型进行了求解,根据粒子系统原理,在Windows开发平台上,运用编程软件VC++和三维动画标准OpenGL,应用VC对话框编程技术实现参数自动输入,实现了在不同电压下雾滴雾化情况和雾滴运动轨迹的模拟。模拟软件用户界面良好,使用方便,为进一步深入研究静电喷雾的雾滴运动过程、雾滴沉积分布特性以及评价静电喷雾效果提供了一种新的方法。