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。

双臂空间机器人可操作度分析及其构型优化

利用传统的操作度概念,分析多臂空间机器人的可操作度,特别是基座和辅助臂的耦合效应对任务机械臂的操作度的影响。进而利用基座姿态最小扰动和可操作度指标对多臂机器人机械臂的构型进行优化。最后对平面双臂空间机器人进行数值仿真,并分析耦合效应对可操作度的影响以及在多臂构型优化中的应用。仿真结果表明本文的研究方法及结果可指导在轨服务中的近距离双臂协调交会、软对接和抓捕操作,具有较强的工程应用价值。

并联机器人可操作度分析的蒙特卡罗方法

对蒙特卡罗法生成的并联机器人工作空间上的随机点分布不均匀性进行了研究,基于多维随机变量函数的分布密度公式,推导出蒙特卡罗法生成的并联机器人工作空间点概率密度与雅可比行列式的关系式,建立了输出空间概率密度与并联机器人可操作度之间的关系。以平面两自由度5R并联机器人为研究对象,采用蒙特卡罗法分析了其工作空间上的可操作度,并根据工作模式将输入空间划分成4个子空间,指出了子空间交界处的逆向奇异性。仿真结果表明,蒙特卡罗法是分析并联机器人可操作度和逆向奇异的一种有效方法。

冗余度机器人基于任务的方向可操作度研究

分析了机器人传统可操作度概念在实际应用中的不妥之处 ,定义了基于任务的方向可操作度 ,给出了其解析表达式 ,并利用方向可操作度作为目标函数进行冗余度机器人的运动学优化 .仿真结果表明 ,同传统的可操作度相比 ,基于任务的方向可操作度更具有实际应用意义 .

基于姿态可操作度的机械臂尺寸优化方法

为解决机械臂尺寸优化设计问题,首先定义了表征灵活性的数值指标——姿态概率系数,即指定工作点上可行样本姿态与所取样本姿态之间的比值;之后根据姿态概率系数提出了姿态可操作度概念,它表征了机械臂在工作空间上的整体可操作性.在此基础上,提出了机械臂尺寸优化方法.该方法在机械臂原有结构设计的基础上,以机械臂自身无碰撞为约束条件,以姿态可操作度的倒数为适应度函数,利用遗传算法优化机械臂的尺寸参数,使优化后机械臂的可操作性最优.以六自由度(DOF)机械臂为例的优化结果表明:优化后机械臂姿态可操作度提高了40.33%.最后利用灵活性工作空间图进一步验证了算法的有效性,并讨论了姿态概率系数对优化结果的影响.

6－6型Stewart机器人的可操作性分析及其定义

本文根据并联机器人的特点，运用可操作度的概念，进一步提出了位置可操作度和姿态可操作度的定义。通过对位置反解直接求导，建立了６－６型ｓｔｅｗａｒｔ机器人的位置、姿态和综合可操作度的公式，为并联机器人的运动学分析提供了依据。

基于无奇异工作空间和关节空间的5R并联机构性能分析

针对并联机构的性能分析多集中于工作空间,而针对关节空间的研究较少这一问题,以5R并联机构为研究对象,对其在无奇异工作空间和关节空间中的性能进行了分析。首先,建立了机构的运动学方程,得到了装配模式、工作模式的定义;然后,利用一种无量纲化的参数模型,将机构运动学参数的无限设计空间转化为一个有限的平面设计区域,得到了机构不同尺寸参数下的工作空间和关节空间的分布;之后,绘制了机构设计空间中奇异轨迹的分布,得到了机构的无奇异工作空间,以无奇异工作空间面积最大化为指标,对机构的尺寸参数进行了优化设计;最后,在最大无奇异工作空间和关节空间中,对机构进行了性能分析,得到了机构的最大内切矩形、可操作度与奇异边界距离性能指标分布图。研究结果表明:机构在工作空间内具有较好的运动学性能,基于可操作度对机构进行轨迹规划,平均可操作度可提高17%;并联机构的优化设计需综合考虑奇异边界距离和可操作度性能指标,确保机构在远离奇异位形的同时,保持较高的运动灵活性。

基于可操作度的单冗余度机器人容错性指标

当冗余度机器人关节出现故障时 ,必将影响其灵活性 .即使正常操作时具有较高的灵活性 ,如果关节出现故障也可能导致雅可比矩阵奇异 ,致使机器人不能沿任意方向运动 .针对单冗余度机器人出现一个关节故障的情形 ,用可操作度分析此类机器人的容错性 ,并提出新的运动学和动力学容错性评价指标 ,所给指标计算量小、易于在线实时运算 ,最后给出优化算例 ,证实了所给评价指标的有效性 .

基于条件数约束的方向可操作度

现有灵活性指标——方向可操作度在规划过程中往往会出现条件数较大的情况,不利于控制。针对这一问题,提出基于条件数约束的方向可操作度这一新指标,分析该指标的偏导随条件数增大的变化情况。当条件数较小时,指标主要受方向可操作度的影响;条件数不断增大时,方向可操作度对指标的影响逐渐削弱,条件数对指标的影响不断增大。通过优化侧重点的改变,该指标能使优化结果的条件数小于任务要求的最大条件数的同时最大限度地保留方向可操作度。平面3R、BUAA-RR机器人的数值仿真和平面3R机器人的试验研究证明新指标的优越性。此外,将该指标应用于冗余度机器人的容错操作这一特殊领域,它可以使机器人在运动中任何时刻重构的新机械臂在任务方向上具有较高的操作能力,并且能够保证条件数较小,避免奇异情况的发生。

危险性可操作研究在清洁生产中的应用

危险性可操作研究 (HAZOP)作为一种评价过程安全和可操作性的成功的系统研究方法 ,在化工、石油、食品、医药等过程行业得到普遍认可和广泛应用。随着计算机技术的应用和研究方法的深入 ,它在自身得到发展和完善的同时 ,还在清洁生产中得到尝试性应用。本文结合危险性可操作研究的方法原理 ,分析了该方法应用于清洁生产的潜在效益和可行性 ,提出将HAZOP应用于清洁生产的“三步”研究策略 ,并在此基础上探讨了具体研究过程中可能出现的问题和解决方法。

操作票任务自动生成通用方法

现有的操作票系统设置操作任务是通过间隔模板,组合出任务设备相关的初始和目标态集合,通用性差、数据维护量大。文中研究了一种自动生成可操作设备初始和目标态的方法:通过间隔搜索,获取任务设备所有可操作设备;制定设备—端—单元状态约束规则,裁决设置时各端可操作设备状态与任务设备状态、各可操作设备状态间的矛盾冲突;设计五要素任务模板,快速生成基于可操作设备的操作任务。该方法应用于某电网操作票系统,间隔模板数据维护量小,适用于各类接线形式。

基于综合操作性能指标的操作机多目标优化

为了更好地满足不同工作任务的要求,结合前人的研究工作提出一种基于综合操作性能指标的锻造操作机多目标优化设计策略。以速度性能、力承载性能和运动解耦性能来综合评价操作机的操作性能,借鉴机器人学中可操作性椭球的概念对速度性能和力承载性能进行相应的量化评估,并根据工作性能对方向性的要求分别定义二者的方向可操作度,引入全域性能的平均指标和波动指标精细评估操作机在整个工作空间上的操作性能。基于所提出的性能评价指标体系利用多目标遗传算法NSGA II对某型操作机的主运动机构参数进行优化设计,使操作机的综合操作性能达到最佳。结果表明所提出的操作机性能评价和优化方法是可行的,可以为操作机的机构设计提供参考。

基于速度方向可操作度的机器蛙机构参数优化

以速度方向可操作度作为跳跃性能的评价指标,从机构设计角度寻求改善仿蛙跳跃机器人跳跃性能的方法.在仿蛙跳跃机器人机构模型的基础上,建立了起跳阶段的运动学方程,得到机器人从关节空间到质心运动空间的速度映射关系,结合速度方向可操作度,利用优化算法对仿蛙跳跃机器人的机构参数进行优化,使机器人的跳跃性能达到最佳.优化结果表明,运用速度方向可操作度理论,对跳跃机器人机构参数进行优化研究是有效可行的.

一种全方位移动机械手的可操作度分析

将机械手可操作度的概念推广到移动机械手,定义了广义可操作度。建立了基于全方位移动平台的移动机械手的广义运动学模型。在广义可操作度概念的基础上,分析了全方位移动平台对机械手奇异位姿、可操作度及方向可操作度的影响,并与受非完整约束的差分移动平台对机械手的相应影响进行了比较。

基于方向可操作度的机器人灵巧手抓持优化研究

以三指灵巧手的速度可操作性椭球和力可操作性椭球研究为基础,定义了机构的速度方向可操作度和力方向可操作度。在给定灵巧手操作位姿的条件下,以方向可操作度为目标函数,给出了灵巧手最佳传速方向和传力方向的优化方法。最后,以三指灵巧手为算例进行演示,得出了灵巧手在给定位姿下的最佳传速方向和传力方向,为灵巧手的抓持规划提供了值得借鉴的方法。

基于VB的OpenGL技术构建可操作的三维舰艇模型

运用基于VB的OpenGL技术构建可操作的舰艇模型,应用MS Access数据库根据设计人员需求开发,构建的舰艇模型可以更为灵活的被设计人员所操纵.结合舰艇三维显示的实际问题,描述了舰艇数据库构建的方法,克服了应用第三方软件构建模型难于操纵的问题,给出模型渲染以及操作的具体步骤和应用的数学模型,为开发可视化仿真软件提供了实用的方法.

机械臂工作空间全局相对可操作度图的构建方法

针对机械臂工作空间的灵活性问题,提出了一种全局相对可操作度图的构建方法。该方法首先将机械臂工作空间进行网格化处理,得到离散位置;然后在离散位置的均布小球上建立直角坐标系,通过绕坐标轴旋转的方式完成机械臂姿态的离散;而后将每个离散位置上的位姿进行逆运动学解算,并计算得到该位置上的最大相对可操作度;最后采用可视化的方法绘制出机械臂工作空间的相对可操作度分布图,进而揭示机械臂在其工作空间内的灵活性分布规律。该方法为机械臂的设计提供了相关理论依据,为机械臂的任务操作规划奠定了基础。

冗余度机器人的可操作度和有限制条件下的最优轨迹规划

本文以冗余度机器人的逆运动学为基础，引入了扩展雅可比矩阵的概念；给出了便于讨论可操作度的几个重要定理；推导出了一般限制条件下的逆运动学最优解与最小范数解的关系．这对冗余度机器人的最优轨迹规划有重要意义．

基于全局可操作度的6R机械臂尺寸优化方法

针对服务机器人六自由度模块化机械臂,对其结构尺寸参数进行优化分析。定义机械臂工作空间全局可操作度指标,建立位姿坐标系,结合机械臂的逆解计算出位姿可达度,提出机械臂全局可操作度指标。以该指标的最大值作为优化目标,应用遗传算法对机械臂的连杆尺寸参数进行优化,得到优化后的连杆尺寸和全局可操作度并绘制出优化前后的机械臂工作空间操作能力地图。仿真结果表明:优化后的机械臂全局可操作度明显提高,对比工作空间能力地图,进一步验证了机械臂尺寸优化算法的有效性。

影响光催化降解VOCs可操作因素的研究进展

光催化处理可挥发性有机物(VOCs)技术发展迅速,影响该过程的可操作因素较多,本文系统总结了影响光催化降解VOCs的因素和研究方法,围绕光催化反应过程和动力学规律分析,阐明了光传递、目标物的浓度和气速、系统湿度、反应器等因素对光催化降解的作用机理,揭示了光催化反应过程存在的问题和今后的研究方向。