基于改进遗传算法的柔性抛光工业机器人抛光时间优化

为实现抛光时间最优的目标，课题组对自主研发的柔性抛光工业机器人抛光轨迹进行了合理规划。从表壳的表耳处取得一系列工业机器人机械臂工作的位置点，通过求解逆运动学方程得到相应的关节位置，采用三次B样条曲线拟合的方法得到各关节的轨迹曲线；用B样条曲线的控制定点约束代替运动学约束，并基于改进的遗传算法，求解出时间最优的时间节点；在此基础上，规划得到满足时间最优的非线性轨迹曲线。研究表明：基于改进的遗传算法，能够很好地避免传统遗传算法的“退化”现象，更快地求得最优解，即抛光工业机器人的抛光工作时间达到最优。     

基于改进蝙蝠算法的机械臂时间最优轨迹规划

为了对SCARA 6自由度机械臂的运动过程实现时间最优轨迹规划，课题组提出一种基于改进蝙蝠算法的时间最优3 5 5 3分段多项式插值轨迹规划算法。首先对机械臂构造3 5 5 3分段多项式；然后在角度、角速度和角加速度的约束条件下，以时间最短作为优化的目标函数，采用改进的蝙蝠算法对分段多项式的结果进行优化；最后在MATLAB软件中进行模拟运算。仿真结果表明：改进的蝙蝠算法在收敛性以及优化性方面均优于传统的蝙蝠算法，而且在局部收敛方面也有明显的改善；各关节的角位移、角速度和角加速度曲线相对平滑，不存在突变等情况的发生，充分证实改进算法具有可行性。     

螺丝锁付装置取放料时间寻优轨迹规划

为提高螺丝锁付装置的锁付效率，课题组针对锁付过程中最频繁的取放料操作进行时间寻优轨迹规划。课题组以旋量理论建立运动学模型，基于运动合成的思想，采用多段六次多项式插值算法进行规划轨迹，并结合改进粒子群算法得到时间插值节点的优化解。仿真实验结果表明：采用改进粒子群算法，在迭代约40次时算法达到收敛，轨迹所需时间相对于优化前缩短了约30%；关节空间下各关节的位置、速度和加速度曲线连续平滑，无明显突变，末端笛卡尔空间下轨迹满足取放料轨迹的设计要求。该时间最优轨迹规划的方法有效提高了螺丝锁付装置的工作效率。 〖HT5”H〗关键词：螺丝锁付；轨迹规划；旋量理论；改进粒子群算法；六次多项式插值算法     

一种新型并联机床的最优轨迹规划

提出了一种新型并联机床的最优轨迹规划方法,其过程是在参数空间进行轨迹规划,再将参数空间的运动轨迹映射到关节空间。在轨迹规划中,以雅可比矩阵条件数的倒数作为适应度函数,利用遗传算法优化了并联机床的多余自由度。仿真计算结果表明:最优轨迹规划方法既能给出并联机床加工过程中的灵巧构型,又可使得并联机床获得平稳的运动性能。     

六自由度机械臂的建模与MATLAB仿真

针对六轴机械臂的运动特性,使用D-H法创建各关节坐标系,求得其参数,并推导出正逆运动学方程.使用MATALB Robotics工具箱创建该机械臂的仿真模型,对其正逆运动、轨迹规划进行仿真.通过仿真,在关节空间规划下,求得机械臂模型运动过程中各关节参数随时间变化的关系图.在笛卡儿空间规划下,得到了机械臂末端的直线运动轨迹.通过对比理论数据和仿真结果,验证机械臂模型建立的正确性及正逆运动公式的准确性.     

一种新型服务机器人的设计与分析

随着老龄化社会的到来和机器人技术的发展，服务机器人成为了机器人领域的研究热点之一。以提高服务的舒适性为切入点，设了一款新型服务机器人并对其机械臂轨迹规划进行了研究。首先，结合轮式与足式的优点，设计了一种新型轮足式的服务机器人底盘，并且采用麦克纳姆轮进一步提高服务机器人的运动性能；其次，以人臂为参考对象，确定了服务机器人机械臂的自由度，并建立了服务机器人整体三维模型；最后，在MATLAB中建立机械臂模型，分析了其直线插补运动与曲线插补运动。仿真实验表明，机械臂运动时各关节的角位移、角速度和角加速度都是光滑、无跳变现象，即所设计的机械臂无论是做直线运动还是曲线运动都能够平稳的工作。     

基于模型预测控制的协作焊接双机械臂轨迹跟踪算法

焊接双机械臂协作焊接时,存在从动机械臂对主机械臂末端位置的轨迹跟踪的精确性问题,课题组提出了基于模型预测控制算法的主/从位置协调控制方法。根据所建立的六自由度双机械臂的运动学模型,建立末端位置与关节角度的变换关系以及机械臂的运动预测模型;通过上述模型,对主机械臂采用位置控制方法,并通过从动机械臂末端的三维激光扫描仪测距传感器所获取的主机械臂位置及方向,对从动机械臂采用基于模型预测控制算法的位置控制;根据机械臂关节角度变换旋转运算序列及末端位置的预测模型,通过动态矩阵控制算法,由当前时刻的位置状态及下一时刻位置输入状态对未来某时域内的位置输出状态进行预测,从而实现期望的位置跟踪。最后,采用仿真实验测试来验证该算法的实用有效性,结果表明：从动机械臂末端在有较小超调的情况下快速达到稳态,实现对期望轨迹的跟踪;与传统PID控制算法相比,模型预测控制算法能够更快速、更稳定地达到对期望轨迹的跟踪效果;该算法对期望轨迹的跟踪误差在有小幅波动的情况下可保持在±0.05 mm之内,在无波动的情况下可迅速趋近于零。基于该算法,从动机械臂可根据主机械臂末端动态位置信息更加有效地实现对期望轨迹的实时跟踪。     

区域快速优化下的无人机在线轨迹规划方法

针对传统基于梯度的规划方法需预先构建欧式符号距离场(euclidean signed distance field, ESDF)导致障碍物信息冗余度高、规划效率受限问题,提出了一种基于区域快速优化的实时轨迹规划方法。所提方法设计碰撞控制点替换策略用于加快碰撞区域的轨迹优化收敛速度从而降低轨迹规划时间,并定义提取与轨迹规划相关的局部障碍物信息方法,避免构建ESDF过程,从而提高规划效率;之后考虑轨迹安全性、平滑性及动态可行性,建立多目标优化函数,进一步优化轨迹。仿真实验表明,该方法可有效实现无人机在线轨迹规划,且与前沿方法相比,轨迹规划时间平均缩短了36.1%,轨迹优化收敛速度平均提高了33.1%,实现了更高效的规划。     

基于LazyPRM算法的工业机械臂动态避障和轨迹规划及协调作业研究

针对6自由度关节串联型工业机械臂在动态作业环境中的实时智能避障问题,首先提出了一种基于改进LazyPRM算法的实时路径规划方法。该方法在传统的LazyPRM算法的基础上,引入了节点代价来对最短路径进行代价评估,通过优先选择最小代价的最短路径来避开发生碰撞的路径;然后通过仿真实验对比了传统的路径规划方法与所提出方法的性能优劣,结果表明所提出的方法满足工业机械臂在动态环境中的实时避障规划要求,避障性能优于传统方法;接着利用五次多项式轨迹插补方法对工业机械臂进行关节空间的轨迹规划,仿真表明:采用五次多项式插补法可以得到平滑的关节角度、角速度及角加速度变化曲线;最后利用装配有五指灵巧手的工业机械臂进行单手和单臂、双手和双臂协调配合,进行抓、夹、插剪、推、锤等作业,仿真实验确认了本文所提方法的有效性。     

考虑5指差异化的外骨骼康复机械手结构设计

针对传统外骨骼康复机械手结构臃肿、适配性低的问题，课题组设计了一款考虑人手5指差异化的连杆滑槽式外骨骼康复机械手。课题组根据人手生物学特征设计了单根手指的结构，并通过分析各关节间的运动关系，构建了单根手指的数学模型；以机械手指关节和人手指关节的旋转中心在运动过程中始终保持重合，及人手运动特性为约束，把机械手指各杆长之和最短作为优化目标，设计了求解该模型的粒子群算法，得到满足康复训练需求且结构紧凑的手指尺寸最优解；在单指优化的基础上改变近端指节长度，保持各手指运动特性不变前提下做出5指差异化设计，经过多次算例计算后得到5指尺寸最优解；最后根据优化结果构建了样机模型，并对模型进行运动学仿真。仿真结果表明：设计的外骨骼机械手指的运动参数符合设计要求，指间运动轨迹特征符合人手运动规律。该机械手满足康复训练要求。