基于时间冲击最优的TBM换刀机器人轨迹规划

为了提高隧道掘进机(TBM)换刀机器人的工作效率,减小换刀过程中的运动冲击,提出基于改进型粒子群优化(PSO)算法的轨迹优化方法.采用位姿分离法与关节变量最小策略,对冗余关节机器人进行运动学分析.利用所求的逆解,将目标轨迹由笛卡尔空间映射到关节空间.针对每个关节使用5次NURBS曲线构造冲击连续的关节轨迹,以时间冲击最优构造目标函数,采用改进型PSO算法求解出最优时间序列,完成对轨迹的优化.通过对特定的换刀任务进行轨迹规划,得到各关节的优化轨迹.优化结果表明,提出的轨迹规划方法可以为换刀机器人各关节提供理想的轨迹,具有较强的轨迹跟踪能力.利用5次NURBS插值法与改进型PSO优化算法,可以保证轨迹的时间最短与冲击最小,提高了运行的效率与平稳性.

液压驱动六足机器人一种低冲击运动规划方法

足地接触冲击对大尺度重载足式机器人的运动性能影响显著。针对液压驱动六足机器人,以低冲击平顺运动为目标,提出一种减小足地接触冲击的足端轨迹规划方法。基于仿生构型和运动学模型推导腿部关节的角度函数,根据液压缸铰点布置和腿部机构几何关系推导出各液压缸活塞杆的位置控制函数,分析表明关节和液压缸运动平稳,速度、加速度无突变。基于Vortex搭建机器人仿真平台,采用该方法实现了步行过程的仿真模拟,机体稳定前移过程中的垂向起伏微小,侧向偏移率约为2.1%。将该方法应用于开发的六足机器人原理样机,进行野外自然环境行走测试,各关节按预定轨迹平稳运动,足端受力合理。仿真结果与试验结果具有较好的一致性,验证了提出的运动规划方法合理可行。

地块尺度下海绵措施低冲击布设优化研究

针对我国海绵城市低冲击开发(LID)普遍缺乏规划指引的问题,制定一种综合考量径流水量削减、水质控制、措施布设潜力等多重影响因素的低冲击布设优化框架,主要包含基于地理信息系统(GIS)的地理分析与空间规划模块,该模块借助GIS水文分析、矢量计算和空间聚合等工具,获取研究区域的水文、用地、水环境约束及措施布设潜力描述、基于模糊综合评价法(FCE)的评级模块,该模块用于构建优先级排序系统,协助海绵城市建设目标在地块内的调控和分配、基于遗传算法(GA)的优化模块,该模块通过计算满足多个目标函数的帕累托(Pareto)最优解集,描述不同分配方案之间的权衡关系,完成地块内LID布设的优化配置。示范区结果表明,提出的规划框架能够实现地块尺度下LID措施的科学选择和布局优化,可为海绵城市建设提供指引。

一种机械臂时间-冲击轨迹的快速求解优化方法

针对NSGA-II算法优化机械臂轨迹耗费计算时间的问题,提出一种时间-冲击轨迹规划优化方法。采用均匀五次B样条函数在关节空间内构造插值曲线,在运动学约束的条件下,利用牛顿法对目标函数进行迭代求解。仿真结果表明:结合牛顿法与埃特金加速法对五次B样条函数插值轨迹规划的时间和冲击进行优化求解,寻优时间短,保证在运动学约束下产生较小的冲击以及缩短机械臂的运动时间,使得机械臂的运动控制性能得到提高。

四足机器人单自由度腿部优化设计及仿真

基于仿生原理的四足机器人是当今国内外众多学者研究的热点。针对四足机器人运动平稳性的要求,提出了一种竖直方向改进型等速运动规律和前进方向仿生运动规律相结合的无冲击足端轨迹形式,推导出分段函数表达式;针对四足机器人存在的驱动多、腿部刚度弱的情况,构思了一种由两个曲柄摇杆机构、同步带传动和一对外啮合圆柱齿轮传动组成的单自由度的新型腿部机构,并建立该机构的运动学模型,推导了其足端的坐标;综合利用遗传算法和非线性优化一般方法,以无冲击的足端轨迹的逼近度为目标,优化计算了机构各构件的最佳运动尺寸和初始位置;使用三维建模软件搭建简化的虚拟样机模型,并导入到Adams软件中进行了Trot步态仿真试验,运动效果达到了预期设计。所提出的无冲击轨迹可以为其他足式机器人的足端轨迹规划提供参考,由两个曲柄摇杆机构组成的多连杆腿部机构优化设计方法为足式机器人腿部设计提供了基础和创新思路。

大型伺服压力机拉深工艺轨迹规划及优化设计

建立起轨迹划分为4个区间段的高效拉深工艺模式,并且通过设置关键点参数来控制拉深工艺参数。以冲压生产节拍最大为优化目标,建立了伺服压力机高效拉深工艺轨迹优化设计数学模型,采用惩罚函数和复合形相结合的优化算法进行求解,获得了满足传输机械手空间和时间、伺服电机动态限和热极限以及压力机最大速度和最大加速度等约束条件的最佳拉深工艺轨迹。通过实例,验证了伺服电机加减速控制算法和拉深工艺轨迹优化设计方法的正确性和有效性。

包装机械手轨迹规划和控制系统设计

目的为提高花卉类包装的自动化程度,解决运动冲击、低执行率等问题,以包装机械手为研究对象,设计一种花卉包装机械手时间和冲击最优轨迹规划方法。方法采用5次B样条插值函数实现关节曲线构建。采用改进遗传算法实现机械手运动过程优化,不仅可以提高机械手执行效率,而且能够确保其运行过程中不会出现冲击问题。通过改进罚函数和自适应交叉变异概率来解决不等式约束和局部最优问题。另外,设计花卉包装机械手的运动控制系统,包括基于STM32芯片的控制器以及触摸屏控制界面。结果通过仿真和实验验证了所述方法的有效性,结果表明包装机械手执行效率大约提高了10%,抓取速度可以达到60次/min;机械手抓取迅速、运转平稳,并没有出现明显的冲击问题。结论所述轨迹规划方法和控制系统可以提高包装机械手控制性能,能够满足花卉包装、分拣要求。

Delta并联机器人抓放轨迹优化

在Delta并联机器人门形抓放轨迹的基础上,阐述了采用正弦修正梯形加速度曲线进行轨迹规划和门形路径合成的方法。从减小机构震动和冲击的角度出发,以降低Delta机器人主动臂驱动轴端的最大角加速度为目标,对门形轨迹的相关运行参数进行了优化。针对正弦修正梯形加速度曲线规划方式中运动始末端存在跃度突变,导致柔性冲击的问题,提出了改进型的正弦修正梯形加速度曲线,使得整个运行周期内跃度曲线变得连续,消除了系统的柔性冲击。

基于OCC的汽车智能打磨机器人控制系统构建与应用

为了实现汽车压铸件的高效低冲击打磨生产,基于Open CASCADE(OCC)软件平台开发了汽车智能打磨机器人控制系统,该系统结构分为用户界面层、算法层、数据结构层和三维核心层4层,主要由运动仿真、三维显示仿真、轨迹规划与优化、后置代码以及动力学仿真等5大模块构成,内含多种插补算法和轨迹优化算法,可实现高效低冲击轨迹的规划与优化。将系统应用于汽车发动机的打磨仿真模拟,结果表明,系统可以在利用时间-冲击优化轨迹时,保持打磨轨迹的平稳性,减少对于打磨机器人关节的冲击,还可以提升33%的加工效率,系统确保了汽车构件打磨加工过程的平稳性和效率性。

复杂网格曲面高效加工数控编程策略研究与应用

为了提高复杂网格曲面数控加工的效率和品质,研究了复杂网格曲面高效加工数控编程策略。从刀轨规划方式、数控程序量、多轴刀轴规划和进给速度优化等方面阐述了现有方法的不足和应采取的策略。将文中的策略应用到口腔修复体网格曲面的高效加工中,实例结果表明了文中所研究策略的正确性和有效性。