Velocity Constraints Based Approach for Online Trajectory Planning of High‑Speed Parallel Robots

High-speed parallel robots have been extensively utilized in the light industry.However,the influence of the nonlinear dynamic characteristics of high-speed parallel robots on system’s dynamic response and stable operation cannot be ignored during the high-speed reciprocating motion.Thus,trajectory planning is essential for efficiency and stability from pick-and-place(PAP)actions.This paper presents a method for planning the equal-height pick-and-place trajectory considering velocity constraints to improve the PAP efficiency and stability of high-speed parallel robots.The velocity constraints in the start-and-end points can reduce vibration from picking and placing,making the trajectory more suitable to complex beltline situations.Based on velocity constraints,trajectory optimization includes trajectory smoothness and joint torque to optimize cycle time is carried out.This paper proposes an online trajectory optimization solution.By using back propagation(BP)neural networks,the solution is simplified and can be solved in real-time.Simulation and experiments were carried out on the SR4 parallel robot.The results show that the proposed method improves the efficiency,smoothness,and stability of the robot.This paper proposes an online trajectory planning method which is velocity constraints based and can improve the efficiency and stability of high-speed parallel robots.The work of this research is conducive to finely applying high-speed parallel robots.

拖挂式移动机器人的多约束避障轨迹规划

基于七次多项式曲线研究了拖挂式移动机器人多约束避障轨迹规划问题,建立了具有非完整约束特性拖挂式移动机器人的前向和后向运动学模型。在速度、加速度、急动度、曲率和曲率导数等多约束条件下,提出基于七次多项式曲线的避障轨迹规划方法。考虑平稳性、舒适性和交通效率等设计了优化目标函数,对七次多项式曲线参数进行优化。仿真结果表明,所提出的基于七次多项式曲线的避障轨迹规划方法,能够得到多约束条件下满足最优避障时间和最优避障距离的避障轨迹规划结果。

基于软边界实时监控的工业机器人轨迹规划算法

针对当前机器人的运动情况复杂化、高速化,为保障运动时的安全性,提出一种基于任务空间约束的机器人轨迹规划算法。为分析任务空间约束对工业机器人轨迹规划的影响,采用DH参数法建立机器人模型,通过矩阵连乘得到运动学正解,获得基于机器人基坐标系的机器人末端位姿;通过代数法求解机器人逆运动学模型,得到机器人当前位姿下的各关节角度。人为设定软边界,并以圆弧轨迹为例,采用反向前瞻正向规划的方法对机器人末端进行速度规划。通过MATLAB仿真分析,对比无边界约束下的机器人轨迹规划算法和基于软边界实时监控的工业机器人轨迹规划算法对末端速度的影响。结果表明:在考虑软边界实时监控的情况下,机器人末端速度能够得到及时调整,在边界前平稳减速并停止,对优化工业机器人任务空间的轨迹规划算法具有参考意义。

基于加速度二阶导数最小化的移动机器人轨迹规划

智能工厂对移动机器人的应用需求越来越多,轨迹规划是移动机器人的研究内容之一,对移动机器人的运动平稳性、连续性具有重要意义。现有的轨迹规划算法通常采用多段轨迹拼接的方法实现,在多段轨迹起始点和目标点拼接时容易导致整条轨迹速度和加速度曲线不光滑连续,尤其是在障碍物比较多的情况下,会产生速度、加速度、加加速度突变,导致移动机器人运动不平稳。通过建立优化系统模型,提出一种以加速度二阶导数最小化为优化目标,增加安全区域约束的多段轨迹拼接方法。仿真结果表明,通过这一方法可以获得一条满足高阶动力学约束的光滑连续轨迹,适用于移动机器人轨迹规划。

基于关节电机性能约束机器人的运动轨迹平滑规划

为了使机器人运动过程平滑,采用机器人的逆动力学特性,通过约束机器人关节电机性能得到一种运动轨迹平滑规划方法。该方法中平滑运动轨迹使用五次样条曲线,以笛卡尔空间粗插补和关节空间精插补相结合,在考虑关节角速度约束和逆动力学得到的关节力矩约束下,建立角速度和关节力矩等关节电机性能与粗插补周期的关系式,便可通过修改粗插补周期得到满足关节电机性能约束的平滑运动轨迹,避免因优化平滑运动轨迹而带来的大量计算,更容易操作。通过与三次B样条曲线插补算法规划的轨迹相比,结果表明:此规划能大大提升机器人关节运动的平稳性,减小冲击和振动对机器人运动的影响。

基于三维点云的双机器人协作打磨轨迹规划研究

针对轮毂工件在单机器人打磨过程中作业空间受限、空间打磨轨迹复杂等问题,本文对夹持轮毂机器人和打磨机器人组成的双机器人协作打磨的轨迹规划展开研究。首先,建立双机器人协作打磨坐标系和待打磨点、打磨工具位姿数学模型,分析双机器人运动学约束关系;其次,将轮毂三维点云模型的点云坐标系姿态标准化,把轮毂表面最大主曲率绝对值作为拟合曲面曲率的估计值,并令其作为衡量标准来提取点云特征线,获得精确的空间打磨轨迹。在Matlab/Simulink上搭建仿真实验平台验证方案的可行性,结果表明:所建立的平台能实现双机器人打磨的轨迹规划和协调运动,且预设打磨轨迹与运动轨迹一致,运动状态连续,满足双机器人协作打磨的要求。

速度约束下PSO的六自由度机械臂时间最优轨迹规划

以六自由度机械臂的运动学正逆解为前提条件,在关节空间中根据插值点设计机器人的运动轨迹,为使机械臂在不同的速度约束下以最短时间运行,提出了粒子群优化速度约束下的时间最优3-5-3多项式插值轨迹规划方法。粒子群算法结构简单、实现容易,参数易调整,直接选择以多项式插值时间为变量的搜索空间中进行PSO优化,并且对不符合速度约束条件的插值时间进行筛选。通过离化得到六自由度机械臂限速运行下的最短时间,在机器人控制平台上进行实时实验,得到关节运动位置、速度、加速度曲线,证明了该方法能够准确地实现任意速度约束的时间最优轨迹规划。

基于模型预测控制的轮式移动机器人轨迹规划

针对轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robot-WMR)自身欠驱动的特点,并考虑到实际工作时的各种约束和限制,提出了一种基于模型预测控制(Model Predictive Control–MPC)的多约束轨迹规划方法。可以对车体自身的运动学约束、物理约束以及避障等约束进行集中有效的处理,可以生成符合车体自身模型特点并满足各种约束的可行轨迹,充分保证了轮式移动机器人自主行驶的可行性,安全性,高效性。仿真结果充分验证了该方法的有效性。

基于动力学约束的机器人无碰运动规划

本文旨在通过分析机器人系统的动力学特性来研究机器人在其工作环境中如何避开障碍物且按照预定路径运动的轨迹规划问题.文中提出了一种综合考虑多种约束条件的线性规划算法,该算法能够连续地调整系统的内能,且给出预期的运动轨迹.该算法已在IBM-PC2/80机上实现,成功地应用于我国某核电站的一反应蒸发器中检测机器人的无碰三维运动规划.文中给出了这一规划的结果及其图形仿真.

基于多约束的机器人关节空间轨迹规划

当机器人进行快速运动且运动时间确定时,由于受到驱动机构性能等因素的制约,机器人进行运动轨迹规划时需要考虑角加速度约束、角速度约束和角度约束等多个约束条件。通过对运动约束进行分析,提出基于梯形速度曲线的多约束条件下机器人关节空间轨迹规划方法。根据无约束条件下规划出的最小加速度运动轨迹,在角加速度满足约束的情况下对其进行优化,获得满足角速度约束和角度约束的最小角加速度运动轨迹。对加速度达到最大时的轨迹也无法满足约束条件的情况进行讨论。该轨迹规划方法兼顾机器人的运动平稳性与约束要求,并且能够充分发挥机器人关节的驱动性能。仿真结果表明了该方法的可行性。

工业机器人最优轨迹规划算法

为优化机器人的工作性能,在分析工业并联机器人工作特性的基础上,将执行时间最优、跃度最小、能量最小、运动学和动力学约束为目标函数,应用惩罚函数法并加入初始速度、加速度、跃度和力矩约束,且目标约束条件中加入谐振频率限制,依据所建立的目标函数进行了遗传算法优化求解,对所得结果进行了三次样条插值,并在一台三自由度的工业搬运并联机械手上进行了实验。结果表明,在保证工作效率和节约能量的条件下,该轨迹规划方法可以减少机械部分的跃度,避免机械部分的谐振,降低机械和电机的磨损。

灵长类仿生机器人飞跃轨迹规划及控制策略

运动模式耦合和欠驱动动力学特性是实现灵长类仿生机器人悬臂飞跃的难点.针对运动模式耦合问题,本文通过建立灵长类仿生机器人分段运动模型,在运动学分析的基础上,结合目标约束条件和切换条件,提出了灵活完整的、适应不同飞跃距离的飞跃轨迹规划方法,以此获得系统飞跃的起始和终止姿态.针对欠驱动问题,采用基于虚约束的轨迹规划和跟踪控制方法来保证系统可以准确达到飞跃起始姿态.最后,搭建了悬臂飞跃仿真模型,仿真结果验证了轨迹规划和控制策略的有效性.

一种新的机器人轨迹规划方法

本文针对机器人最小时间轨迹规划问题提出了一种二次规划的优化方法。根据轨迹作预规划 ,在此基础上用机器人关节速度及驱动力矩的约束条件作修正规划 ,得到最小时间轨迹的优化解。该规划方法简单实用 ,对跟踪路径无特殊要求。在作者等自行研制的直接驱动机器人DDR -

移动机器人运动规划算法研究进展

移动机器人运动规划旨在考虑机器人运动学、动力学和时间约束的同时,在复杂环境中找到最佳且无碰撞的路径。近年来运动规划算法逐渐向高效、实时生成高质量的可执行路径发展。综述了基于运动学约束的一系列运动规划算法,分析并比较了其理论上的优势和不足;对算法的实时性能、优化性能以及对环境模型的依赖性进行分析;将运动规划拆分成前端路径搜索和后端轨迹优化;总结了运动规划算法的研究状况。

基于PSO算法的双臂机器人时间最优轨迹规划

依据双臂机器人运动学约束条件,将已完成无碰撞路径规划的由两个5自由度机械臂构成的双臂机器人作为一个具有10自由度的单臂机器人,采用多段样条多项式插值对其一般时间最优轨迹规划问题进行研究,并以4-3-3-4次多项式插值为例,运用PSO算法对双臂机器人各段插值时间进行优化,得到满足速度约束条件下的最优插值时间,并由此得到双臂机器人各个关节的运动位置、速度和加速度曲线,仿真结果表明,该方法能够有效实现指定速度约束下已完成无碰撞路径规划的双臂机器人时间最优轨迹规划。

一种基于运动学约束的工业机器人轨迹规划算法

为了能够实现多自由度工业机器人运动的柔性化,并满足实时性要求,提出一种基于运动学约束的工业机器人轨迹实时规划算法,该算法以机械臂运动时的速度、加速度和加加速度(加速度对时间的导数)为约束条件,可实现在线实时生成点到点的多自由度运动轨迹。采用三次多项式表达机器人的运动轨迹,保证机器人运动的柔性。将提出的轨迹生成算法运用到AuBo-i5工业机械臂上进行验证。本方法不涉及优化算法,运动轨迹可由多项式直接计算生成并发送至机器人控制器,所需计算时间极短,保证轨迹可以在一个控制周期(约1 ms)内完成,因此,该算法可快速集成在视觉或力觉的闭环反馈系统中。此外,提出一种简单有效的时间同步策略,以减小机器人轨迹跟踪时的误差。

六自由度机械臂轨迹规划与协调仿真研究

先用D-H法建立了基于MATLAB的六自由度机械臂仿真模型,在关节空间分别采用三次多项式、五次多项式插值进行轨迹规划理论分析,然后调用MATLAB Robotics Toolbox工具箱进行了轨迹规划仿真。从仿真结果可知,五次多项式插值能得到关节空间各关节平滑的轨迹曲线,能够很好的解决机械臂角加速度突变的问题。介绍了双机械臂协调运动学,通过对机械臂紧协调运动学约束关系的分析,并使用MATLAB机器人工具箱对机械臂主/从紧协调搬运进行仿真实验,验证了主/从机械臂紧协调运动学约束关系的正确性。

安全扭矩约束下的多关节机器人轨迹跟随方法

为了减轻机器人与环境碰撞产生的不良影响,常需要机器人在跟随指令轨迹的同时约束各关节的最大扭矩。针对多关节机器人动力学约束下的笛卡尔空间路径保持与快速跟随问题,分析机器人关节空间力矩约束对笛卡尔空间轨迹的速度和加速度的影响,在机器人保持原笛卡尔路径不变的同时,实时分析当前允许的最大加速度,并计算得到相应的速度和位置,实现指令轨迹的快速跟随,达到安全作业的目的。该方法在一台自研六自由度轻量化机械臂平台上进行了验证。结果表明,该方法能够将扭矩约束到设定范围内,重新规划后的轨迹保持笛卡尔路径不变,且能够快速跟随指令轨迹。

农业采摘机械臂轨迹跟踪控制

以苹果采摘机械臂为研究对象,采用分步迁移控制策略和分步空间约束策略对其运行轨迹进行规划模拟。通过基于深度梯度控制算法的分步空间约束和分步迁移控制策略解决非结构化场景和苹果分步无规则的问题,然后对机械臂的采摘轨迹进行规划仿真。仿真结果表明:该算法的应用有效提高了机械臂的采摘性能和训练效率,验证了该控制策略的轨迹跟踪有效性。

自主移动机器人动态避障轨迹规划方法

本文提出一种基于时间弹性带的轨迹规划方法,用于求解移动机器人动态避障问题。轨迹规划需要考虑环境中不确定障碍等因素,因此该方法包含机器人运动速度、运动状态、障碍物等多种约束条件。结合多种约束条件,完成从起始点到目标点的无碰撞轨迹规划,移动机器人实现平稳无碰撞运动。实验结果表明,该方法具有优越的运动学特性和良好的避障规划效果。