基于多传感器数据融合的工业机器人运动路径规划研究

当前的工业机器人运动路径规划映射坐标建立多为定点式,路径规划效率较低,导致最优路径长度增加,为此提出基于多传感器数据融合的工业机器人运动路径规划方法。文章部署多传感节点及基础数据采集,描述机器人位姿,构建多目标映射坐标。设计多传感器数据融合机器人运动路径规划模型,采用逆向修正的方式规划路径。测试结果表明,与初始的机器人规划路径长度标准比对,该方法的最优路径长度均控制在9.5 m以下,说明工业机器人运动路径规划方法更加灵活、多变,针对性较强。

间隔织物用钢筘运动路径规划及驱动机构设计

为满足间隔织物打纬过程中钢筘运动轨迹和动态特性等需求,基于凸轮连杆组合机构研究钢筘运动路径规划、驱动机构设计及动态特性控制方法。建立基于刚体导引的钢筘驱动机构设计模型及基于傅里叶级数的钢筘运动特性控制模型,设计并仿真验证钢筘运动路径及其运动特性。结果表明:摇杆初始角位移是决定钢筘运动路径的重要参数,设计5组不同参数的钢筘驱动机构均可实现钢筘平行打纬,最小轨迹误差率为0.02%;构建的凸轮从动运动规律可平稳控制钢筘沿其运动路径往复运动,且在钢筘运动启停阶段有50°的近似静止时间,可增加开口角和引纬角,有利于提高织机转速和满足幅宽需求;调节负向加速度峰值可获得不同惯性打纬力,为打纬机构参数化设计提供理论参考。

基于CTB-RRT*的果蔬采摘机械臂运动路径规划

针对多自由度果蔬采摘机械臂运动路径规划速度慢、效率低、路径成本高的问题,提出了柯西目标引力双向RRT*(Cauchy target gravitational bidirectional RRT*,CTB-RRT*)算法,通过柯西分布的方法进行启发式采样,降低采样的盲目性;引入目标引力,并动态调节随机生长方向和目标方向的步长,提高局部搜索速度;引入节点拒绝策略,剔除不必要的采样节点,提高计算效率。通过二维和三维算法模拟实验,6自由度机械臂的避障采摘模拟实验验证了提出算法的有效性。仿真实验结果表明:相比于RRT*-connect算法,改进算法的路径成本缩短了5.5%,运行时间降低了71.8%,采样节点数下降了64.2%。在机器人操作系统(Robot operating system,ROS)中控制6自由度机械臂执行避障采摘运动,运动成功率达到99%,运行时间为0.33 s,相比于RRT*-connect算法,路径成本降低了12.6%,运行时间减少了69.2%,扩展节点数减少了76.3%。

闭式整体涡轮叶盘多轴联动电火花加工电极运动路径规划

多轴联动电火花加工作为闭式整体涡轮叶盘的主流加工方法,其电极运动路径规划至关重要。为此,提出了一种电极运动路径规划的方法,使电极尽可能沿涡轮叶盘流道中心曲线运动,获得电极的最佳位置姿态。基于该方法,对某闭式整体涡轮泵叶轮进行了电极设计与电极运动路径规划,加工试验结果证明了该方法在加工效率与成本上的整体优势。

基于势场的运动路径规划

本文阐述了基于势场的三轮自治车(AV)运动路径规划,以由障碍物和目标产生的虚拟势场力作为 AV运动的驱动力.先讨论了势场力的存在条件包括距离条件和方向条件并提出了计算方法,然后讨论了把 AV 简化成杆的运动路径规划,包括 AV 及杆的运动机理、加权势场合力的求法及其控制作用和运动定位等问题.最后给出了仿真结果.本文首次将势场法应用于三轮 AV 的路径规划.

闭式整体泵叶轮电火花加工电极运动路径规划

电火花加工作为闭式整体泵叶轮的有效加工方法,其关键是如何在确保电极尺寸尽可能大的前提下,规划一条无干涉的优化的电极运动路径,由此提出了一种名为共轭法的电极运动路径规划方法。相较于传统方法,新方法可使设计出的电极尺寸更饱满,获得的运动路径更平滑光顺。以某闭式整体泵叶轮为验证对象,分别基于传统方法与新方法,进行电极设计及运动路径规划,并作对比试验,结果证明了共轭法的有效性与优越性。

改进Informed-RRT^(*)算法的柑橘采摘机械臂运动路径规划

针对目前采摘机械臂采摘多次行程规划效率低、耗时长、路径非最优的问题,提出了基于Informed-RRT^(*)改进的柑橘采摘机械臂运动规划算法,该算法在起始点和目标点之间选取第三点作为预采摘引导点,可以同时在初始点、目标点及引导点生成四棵树来快速获取初始路径,并在算法中引入了启发性的节点采样策略,提高了最优路径的收敛速度。仿真实验表明:改进算法路径使成本减少了6%,时间缩短了88%,节点数缩短了42%,平均迭代次数下降了64%。利用该算法在机器人系统(robot operating system,ROS)中控制6自由度机械臂进行仿真采摘模拟实验,规划成功率约为96%,算法平均规划时间为0.81 s。改进算法规划时间减少约46%,规划成功率提高约11%,路径成本优化约16%。

面向虚拟人上肢的避障作业姿态规划算法

为了完成虚拟维修仿真环境下的虚拟人维修作业姿态规划问题,提出一种基于改进RRT-Connect算法的虚拟人上肢作业姿态求解方式。在该求解方式中,将人工鱼群算法(AFSA)的觅食行为法则作为导向性策略引入传统RRT-Connect算法,从而使得路径规划任务中初始点与目标点的扩展具有导向性;将路径点作为虚拟人上肢末端关节运动轨迹点。为获得虚拟人维修姿态,利用逆向运动学进行推导,以在每一个路径点中得到符合人体关节自由度的姿态集。另外,为了选择出姿态集中的最优路径,利用快速上肢评估法求取最优的虚拟人上肢维修作业姿态。最后,以无人艇虚拟维修操作仿真为例,验证了该方法在虚拟维修应用中的可行性。

基于启发式Bi-RRT算法的虚拟手臂运动规划

为提高虚拟人手臂在复杂多障碍物空间进行维修时的运动路径规划效率,提出一种基于启发式Bi-RRT的路径规划算法。在运用Bi-RRT算法的基础上,结合启发式搜索思想对腕关节进行路径规划,通过比较多个随机搜索点与目标点的距离,保留距离目标点最近的随机搜索点,使随机树有方向地进行扩展,减少无效的搜索。仿真实验结果表明,启发式Bi-RRT算法较传统的RRT算法和Bi-RRT算法有更好的搜索效果,搜索效率更高,对于7自由度虚拟手臂的运动路径规划也有较好的效果。

Dubins-Informed RRT*算法规划的机械臂运动

针对目前机械臂路径规划需要人工提前进行示教编程的问题,本文使用Informed RRT*算法应用于机械臂的自动路径规划中,并且利用Dubins曲线策略处理Informed RRT*的轨迹,解决了RRT类算法生成的轨迹存在不稳定和尖锐的这两大缺点,并且在计算机软件上进行仿真测试,验证Dubins-Informed RRT*算法应用于机械臂的自动路径规划是可行的。

自动导向小车与加工设备多目标集成调度的聚类遗传算法

针对AGV与加工设备的集成调度问题,在考虑AGV无冲突路径规划的情况下,建立了以最大完工时间、AGV运行时间及机器总负荷为优化目标的调度优化模型,提出一种基于时间窗和Dijkstra算法的多目标自适应聚类遗传算法。根据算法在不同迭代时期的特点,提出一种包含自适应个体交叉概率的交叉重组策略;设计了自适应种群变异概率;引入基于网格划分数和扩容网格距离的环境选择策略。仿真结果验证了算法的可行性和优越性。

基于System Vue的爬壁机器人控制器研究

针对传统机器人控制器控制性能差,控制时间慢等问题,基于System Vue研究了一种新的爬壁机器人控制器;在机器人控制器仿生分析过程中,对爬壁机器人的腿部进行仿生关节的模拟性增加操作,并进一步提升关节的灵活性,促使关节在运行过程中能够自主完成对身体的前后控制以及倾斜处理,根据所获得的仿生与步态规划数据,对爬壁机器人控制器建立控制模型及设置参数,优化爬壁机器人控制器吸附控制算法,并利用LM339芯片改进JH-D400X-R4型六向摇杆的内部电路,使控制爬壁机器人的吸附和移动功能得到更好的控制;利用引导路径加强系统自身防护,对路径进行清理;实验结果表明,基于System Vue的爬壁机器人控制器具有较好的控制性能和控制时间。

一种基于人工势场的简化算法

针对传统人工势场算法存在当障碍物过多时算法较为冗杂、计算量大、占用电脑运行内存较多等问题,提出一套简化方案,去除冗余障碍物,只留下对机器人运动影响最大的障碍物,避免在每一步长运算中出现过多的非必要运算,降低算法对计算机运行内存占用,提高计算机运行效率。通过MATLAB程序仿真,将仿真结果与传统人工势场算法相对比,结果显示简化后的算法能够有效降低计算机运行空间。

移动操作臂研究现状和发展方向

阐述了移动操作臂的研究现状和关键技术。移动操作臂在传统轻量高自由度机械臂的基础上结合自主移动平台,极大地扩展了灵活工作空间,提高了工作柔性,更适应复杂的工作环境和工作要求。通过分析几种典型移动操作臂的结构设计和功能指标,探讨了移动操作臂的本体结构设计、运动过程控制、路径规划、移动定位导航以及多移动操作臂协作等关键技术,展望了移动操作臂的发展趋势和应用前景。

管路组件可重构装配工装系统的定位器自动配置与性能分析

为解决航空航天管路组件的装配质量及效率问题,设计并实现了一套新型自动化可重构工装系统。为实现管路工装系统定位器的自动配置,首先基于D-H法建立了定位器的运动学模型,并以配置系统解析的管接头位姿参数为目标值求解出了定位器的配置参数,为管路工装模型的自动配置提供了数据依据。在此基础上,利用数值法求出了定位器的工作空间,并以工作空间的最大包络直径作为干涉圆直径提出了定位器的运动路径规划方法。然后,基于坐标变换理论和空间尺寸链方法,建立了定位器的定位误差模型,为定位器乃至整个管路工装系统的性能分析提供了理论依据。最后,以某航空发动机一套管路模型的自动配置和性能分析过程为例给出了应用验证。