基于改进近端策略优化算法的移动机械臂抓取实验设计

针对在训练移动机械臂时,近端策略优化算法的学习困难和易陷入局部最优问题,引入了6种可行的改进方法,包括优势值标准化、状态标准化、奖励缩放、策略熵、梯度裁剪和标准差限制,并且使用这些方法在数据采集和训练的各个阶段对近端策略优化算法的步骤进行了调整,完成了对算法稳定性和学习效率的优化,并针对每个改进点设计了相关的实验。实验结果表明,在训练移动机械臂夹取物体的任务上,6个改进方法对近端策略优化算法均有不同程度的提升。改进后的PPO算法使移动机械臂的奖励曲线获得很大改善,能够迅速收敛到理想的结果。

基于CODESYS平台的移动机械臂运动控制系统设计

针对传统六关节机械臂操作空间有限的问题,以移动底盘和Elfin05机械臂为控制对象,采用ARM+CODESYS架构和PLCopen规范设计了一款移动机械臂运动控制器。首先根据MD-H参数与坐标变换思想建立移动机械臂正运动学模型,基于关节角参数化解析法简化移动机械臂的冗余度进行逆运动学求解,并设计相应运动学功能块;其次采用分布式控制思想设计控制模块,以SM3_CNC库为基础设计了机械臂的点到点运动控制功能块,基于Backstepping法设计了移动底盘的跟踪控制功能块;再次以Visualization模块为基础设计人机交互界面;最后以该机器人为实验对象进行实验,实现了移动底盘与机械臂的协同运动,增加了传统六关节机械臂可操作空间,并验证了该运动控制器设计的有效性。

基于人工势场DDPG算法的移动机械臂协同避障轨迹规划

为了提高移动机械臂在狭窄通道和障碍物约束情况的避障轨迹规划能力,提出一种人工势场法(APF)和深度确定性策略梯度算法(DDPG)结合的改进算法(APF-DDPG)。首先,对机械臂设计了APF规划得到近似姿态,再将研究问题表示为马尔科夫决策过程,设计了状态空间、动作空间和奖惩函数,对规划过程进行阶段性分析处理,设计了一种引导机制来过渡各控制阶段,即避障阶段由DDPG主导训练,目标规划阶段由近似姿态引导DDPG训练,最终获得用于规划的策略模型。最后,建立并设计了固定和随机状态场景的仿真实验,验证了所提算法的有效性。实验结果表明,相较于传统DDPG算法,APF-DDPG算法能够以更高收敛效率训练得到具有更高效控制性能的策略模型。

基于改进A*算法和可操作度的移动机械臂运动规划研究

针对移动机械臂在室内环境下规划时间长、取放运动可操作性差等问题,提出了改进常规A*算法,以机械臂可操作度值作为评价标准,确定最佳停靠位置并进行系统运动规划的方法。首先,在常规A*算法的基础上,将8个搜索方向简化为5个,以提高搜索效率;同时,设计了一种新的启发式搜索函数,将Floyd算法引入到A*算法中,增加路径的平滑度。仿真结果显示,改进后的A*算法相比常规A*算法运行时间缩短59.1%,路径长度减少3.5%,搜索节点数减少41.6%。其次,根据机械臂的可达工作空间与雅可比矩阵,评估移动机械臂在待取放目标物体附近不同位置下的可操作度值,优化停靠位置,从而提高取放运动的可操作性。最后,采用由DIY机械臂和Turtlebot2移动机器人组成的移动机械臂系统,在室内环境中完成了运动规划综合实验,验证了所提方法的有效性和可靠性。

松连接运输模型下的双移动机械臂协同规划研究

针对松连接运输模型下的双移动机械臂协同运输问题,提出了一种基于事件的运动规划方法。首先,针对物体协同运输场景,对任务中系统的运输模型进行了讨论;然后,在基于事件的框架下,设计了一种基于事件的规划方法;最后,针对提出的2种运输模型,在基于事件的规划下得到了相应的运动控制率。实验结果表明:运输过程中机械臂末端之间几乎没有相对运动,并且2个方向的位置跟踪误差以及姿态误差分别控制在0.03 m,0.15 m和0.02 rad以内,因此基于事件的方法能较好地保证多机系统在运输过程中的协同性能。

冗余移动机械臂运动学分析及轨迹规划

针对冗余移动机械臂的轨迹规划问题,提出一种基于多项式插值法同时结合分段规划思想的方法。将机械臂与移动平台视为一个整体系统并进行运动学分析,建立运动学模型,推导了通用形式的几何雅可比矩阵及其伪逆;在轨迹规划过程中,以轨迹运行时间、移动机械臂末端移动的空间距离为优化目标,同时考虑各关节速度及加速度的约束,采用遗传算法对冗余移动机械臂的轨迹进行了优化。仿真实验结果表明,优化后运动的轨迹平滑,移动平台与机械臂各关节位移及速度曲线连续且平稳,验证了方法的可行性与有效性。

移动机械臂牵引卷装纱线的动态建模与控制

随着纺织工业的智能化转型需求,应用于纺织产业的工业机器人技术不断发展。针对在复杂的纺织加工环境下,机器人对柔性纱线直接操纵存在的纱线形态感知困难与空间局限性,以移动机械臂对织造领域整经纱架上卷装线头的牵引操纵为例,提出一种集成机器人避障运动规划策略的卷装纱线牵引操纵控制框架。构建了卷装纱线系统的动力学模型,解析了机器人与纱线间的运动耦合关系和机器人牵引纱线的运动控制方程,提出了基于纱线轴向应变约束的改进自适应引导快速扩散随机树算法,保障机器人避障运动的同时防止纱线被过度拉伸。通过数值仿真验证了该控制框架的有效性,实现了机械臂对卷装纱线从起点到目标点的无碰撞柔顺牵引操纵。

移动机械臂运动规划方法研究综述

随着机器人技术发展,移动机械臂广泛应用在智能制造、家庭服务、农业采摘和疫情防护等领域;开展移动机械臂运动规划方法研究有利于扩展其应用场景、提升其工作能力,具有重要的学术研究意义和社会实际应用价值;首先介绍了移动机械臂的相关理论,并阐述其运动学建模方法;在此基础上,对现阶段移动机械臂的运动规划方法研究成果分类综述;根据底层数据结构与算法思想的不同,分为基于采样、基于搜索、基于优化和基于学习的规划方法进行综述;根据是否进行整体规划,分为解耦规划和协调规划进行综述;最后,对移动机械臂运动规划未来发展趋势和研究方向作出探讨和展望。

基于改进RRT算法的移动机械臂运动规划

为解决移动机械臂存在停靠误差和运动规划效率较低的问题,提出了一种基于改进快速扩展随机树(RRT)算法的移动机械臂运动规划方法。首先对移动平台停靠误差进行分析,通过变换矩阵进行误差补偿。然后对RRT算法进行改进,通过基于概率的目标偏置策略减少无用搜索,通过回归过滤机制避免局部重复搜索,通过自适应步长策略加快搜索速度。实验表明该改进RRT算法规划效率高且规划路径代价小,有良好的综合性能。

矿山爆破可移动机械臂结构及控制系统设计

以矿山爆破可移动机械臂为研究对象,对可移动机械臂结构与控制系统进行设计。首先,考虑到可移动机械臂在复杂路面上行驶的灵活性和机械臂抓取与放置雷管安全性要求,利用SolidWorks软件针对性设计具有AGV腿足结构和雷管开合结构的可移动机械臂;其次,基于ROS设计可以协同上部机械臂和下部AGV的可移动机械臂控制系统,实现机械臂和AGV协同作业。该研究可为矿山爆破作业提供一种稳定、安全、高效的解决方案,具有一定的工程应用与推广价值。

基于RBF神经网络的冗余移动机械臂运动学研究

冗余机器人运动学的研究是机器人研究的热点和难点。传统的冗余移动机械臂逆运动学求解难度大、实时性差。以自研的JNPF-4WD-02移动机械臂为研究对象,提出一种移动机械臂冗余运动学分析方法,基于关节最佳柔顺准则的移动机械臂逆解作为RBF神经网络的样本进行训练,对训练完成的RBF神经网络模型进行仿真实验。实验结果表明,该移动机械臂运动学研究方法精确可靠,从而为冗余移动机械臂逆运动学研究提供了一种新的方法。

基于三次S型速度控制算法的移动机械臂末端振动研究

移动机械臂在实际工作环境中,受其自身柔性特征和外部因素的影响而引起机械臂末端的振动,而速度控制是实现机械臂末端抑振的有效手段之一。以UR10机械臂和Husky移动平台组成的移动机械臂为研究对象,针对梯形和S型速度控制算法的不足,提出一种三次S型速度控制算法,通过建立移动机械臂刚柔耦合动力学的理论和仿真模型得到移动机械臂末端的振动位移曲线和加速度变化曲线,验证了三次S型速度控制算法的正确性和抑振效果的有效性。

大部件喷涂中的移动机械臂站位规划

由于机械臂的后三个关节具有极大的灵活度,且其运动对腕心的位置没有影响,因此以腕心为假想基座,采用D-H方法对机械臂进行重新建模,于是机械臂基座成为姿态固定的名义末端执行器。由名义末端执行器的可达位置的集合构成机械臂实际基座可行位置空间。在喷涂作业过程中,基座可行位置空间随腕心位置移动。通过对基座可行位置空间的交集进行分析,即可确定机械臂在实施区域喷涂作业时的可行站位区域。仿真试验结果表明:与固定规则站位生成方法相比,通过引入基座可行位置空间的概念能够快速确定机械臂站位的可选区域,扩大单次停站作业范围。

二阶动态滑模控制在移动机械臂输出跟踪中的应用

针对移动机械臂的输出跟踪问题,结合高阶滑模控制和动态滑模控制的设计思想为其设计了一种二阶动态滑模控制器.首先给出了包括驱动电机动态特性的移动机械臂的简化动态模型,然后通过微分同胚和输入变换将其分解为四个低阶子系统,并给出了其输出跟踪的二阶动态滑模控制器的设计方法.仿真结果表明,所设计的二阶动态滑模控制器不仅能很好地跟踪给定轨迹,而且能有效地削弱滑模控制系统的抖振.

基于遗传算法的移动机械臂轨迹优化研究

根据移动机械臂运动学和动力学约束,为优化其工作性能,提出了一种基于遗传算法的移动机械臂轨迹优化方法,以时间-冲击最优、运行的时间、移动的空间距离和轨迹长度作为优化指标,同时考虑关节速度、加速度及力矩的约束,为提高关节轨迹的平滑性,采用三次样条曲线拟合关节轨迹,实验结果表明所规划轨迹的关节位移、速度、加速度曲线是连续的,冲击曲线是有界的,间接的限制了关节力矩的变化率,提高了轨迹跟踪的准确性并证明了算法的有效性。

移动机械臂无碰抓取方法的研究

提出了一种基于A*算法的移动机械臂无碰抓取方法。根据机械臂的初始姿态和目标物体的空间位置以及障碍物的约束,利用A*算法规划出机械臂末端无碰的轨迹,进而利用冗余度机械臂多解的特性,结合逆运动学,给出障碍物约束下基于最小关节角偏移量优化指标的关节角优化方法。同时,机械臂可根据当前环境的变化更新其末端轨迹,并相应调整姿态以提高适应性。仿真验证了该算法的有效性。

基于模糊滑模的移动机械臂控制研究

针对移动机械臂的输出跟踪问题,采用PD+前馈控制结构,结合滑模控制和模糊控制的设计思想为其设计了模糊滑模控制器。滑模控制的优点是滑动模态对系统摄动、不确定性以及干扰的完全自适应性,但同时也带来了抖振,运用模糊切换的方法解决了滑动模态的抖振问题。仿真实验表明,所设计的控制器不仅很好地跟踪给定轨迹,而且能有效地削弱系统的抖振。

9DOF全方位移动机械臂运动学及其控制系统研究

为了快速并精确地求解一类冗余移动机械臂的优化逆解，提出了一种将关节局部优化法、解析法和遗传信赖域优化搜索算法相结合的冗余机器人运动学求逆方法。该方法首先利用关节等效法和局部优化法将优化算法需要求解的运动关节变量减少，然后使用解析法把机械臂的剩余关节变量用移动平台的运动参变量表示，引入关节最佳柔顺性准则构造只包含移动车运动参变量的目标函数，最后用优化算法求解此目标函数的最优化问题实现逆运动学求解。设计了机器人的控制系统，包括分层伺服控制结构设计、控制系统硬件结构设计以及差动轮转向与滚动解耦控制和多圈绝对式编码器信号增量化处理的设计。实验表明此求逆方法能够快速精确地求出优化逆解，此控制系统运行稳定。

超冗余移动机械臂的逆运动学快速求解

为了快速并精确地求解一类冗余移动机械臂(MM)运动学的优化逆解,提出了一种基于遗传信赖域算法和解析解法相结合的运动学求逆方法.首先使用解析解法求出机械臂逆解关于移动车运动参数的表达式,据此表达式引入关节最佳柔顺性准则确定信赖域算法的目标函数;然后用遗传信赖域算法快速求解此只包含移动车运动参数为自变量的目标函数的最优化问题,据此求出运动学逆解.仿真算例表明,该方法能快速求出精确和优化的运动学逆解.

三连杆移动机械臂模型与运动规划

采用拉格朗日动力学方法和非完整动力学罗兹方程建立了三连杆移动机器臂运动学和动力学模型,并且利用该模型采用了人工势函数方法来驱动移动机械臂系统绕过障碍物到达目标位置.仿真的结果证明了该模型的正确性及其规划方法是有效的.