沈悦[1]2017年在《六自由度工业机器人轨迹规划及控制算法研究》文中认为在日益现代化的工业制造领域,对工业机器人有着日益强大的应用需求。其中,工业机器人的轨迹规划与轨迹跟踪控制算法是工业机器人研究的核心内容,该方面的研究可为工业机器人平稳运行、提高工作效率等提供技术支持。本论文以GRB4016型六自由度机器人为蓝本,从六自由度工业机器人的数学建模、轨迹规划、控制算法、虚拟样机的设计及联合仿真这几个方面进行了探索性研究,以期为工程应用中机器人轨迹规划及轨迹跟踪控制算法实现等提供技术参考,达到了节约成本,提高研发效率的目的。本论文所做工作及成果如下:1)六自由度工业机器人的数学建模以GRB4016型六自由度机器人为研究对象,建立了 GRB4016型六自由度机器人的数学模型。首先,讨论了机械臂建模所需的位姿描述、坐标变换等数理基础;然后,对GRB4016型六自由度机器人进行了标准D-H法和改进D-H法的建模;最后,运用数理基础中的坐标变换相关知识,对其进行运动学方程的建立和求解。2)六自由度工业机器人的轨迹规划提出了一种基于PSO的非均匀五次B样条六自由度工业机器人轨迹规划方案。首先,运用了五次非均匀B样条插值法,实现关节空间的轨迹规划,这种插值法相较于高阶多项式插值法,具有凸包性和局部支撑性等优点;然后,通过PSO算法对规划出的轨迹进行时间-脉动最优的优化,研究结果表明,本论文提出的基于PSO优化算法的五次B样条轨迹规划方案,能够得到时间-脉动较优的轨迹,实现了六自由度机器人高运行效率和好平稳性的预期目标;最后,结合工程中叁种工件运送需求背景,运用所提方案实现了不同场景下的机器人轨迹规划,验证了所提出方法的有效性。3)六自由度工业机器人的轨迹跟踪控制及联合仿真以轨迹规划后得到的最优轨迹为期望轨迹,作为六自由度工业机器人轨迹跟踪控制系统的期望输入,设计了相应的PID和模糊PID控制策略。首先,对GRB4016型机器人进行虚拟样机的设计,完成SolidWorks+MATLAB/SimMechanics仿真平台的搭建;然后,为验证所提六自由度工业机器人的轨迹跟踪控制方法的有效性,在仿真平台上进行仿真实验。仿真结果表明,所给出的轨迹跟踪控制算法是有效的,达到了预期目标。
田西勇[2]2008年在《机器人轨迹规划方法研究》文中提出轨迹规划对机器人高效、稳定的运行有重要影响,通过轨迹规划使机器人运动平滑、平稳,减少冲击和振动,提高机器人的稳定性、可靠性、工作效率有重要意义。本论文以实验室开发的叁自由度机械臂为研究对象,深入研究了基于关节空间的轨迹规划方法。在本论文中,将组合曲线、非对称化以及连续jerk函数的概念引入到轨迹规划中来,并通过分析和研究几种具体的组合曲线,指出了关节空间轨迹规划的基本原则和衡量轨迹规划曲线特性的主要指标,提出了轨迹规划曲线的高阶导数要连续,同时要保证使规划出的曲线不仅要保证位移、速度、加速度连续,而且还能保证冲击连续。本文使用Pro/Engineer软件对所在实验室开发的叁自由度机械臂进行了叁维造型设计,使用Matlab软件对轨迹规划好的机器人运动进行仿真,用Visual C++软件编写机器人控制软件,并结合叁自由度机械臂实验平台验证了轨迹规划得到的组合曲线是切实可行和有效的。
李精伟[3]2016年在《PR1400焊接机器人轨迹优化》文中研究表明机器人可以被看作是一种能够扩展人类工作能力的有效工具,在人类改造世界的过程中,机器人发挥着越来越举足轻重的作用。焊接机器人是机器人家族中的一个重要分支,是机器人领域的重要研究方向。关节型焊接机器人以其工作范围大、动作灵活、结构紧凑等特点在焊接机器人研究中备受设计者和使用者青睐。对关节型焊接机器人运动轨迹规划和控制的研究,一直受到学者的普遍关注。本文,首先对机器人的定义、研究现状、及其发展前景作了介绍。针对熊猫集团的PR1400焊接机器人,通过对其参数结构进行分析,确定其工作范围,并采用粒子群算法对该机器人工作范围内的某焊接任务的焊接路径进行了优化求解,力求得到一条最短焊接路径。其次,介绍了关节型机器人的空间位姿表示方法,并采用D-H法建立了 PR1400焊接机器人的连杆坐标系,对其进行了正逆运动学分析,为PR1400焊接机器人的轨迹规划做准备。再次,研究了焊接机器人轨迹规划的一般方法。在关节空间,针对不同的约束条件,分别对PR1400焊接机器人进行了叁次多项式插值的轨迹规划、高次多项式插值的轨迹规划、和抛物线过渡的线性插值的轨迹规划;在笛卡尔空间深入研究了 PR1400焊接机器人的直线轨迹规划和圆弧轨迹规划,并分析了不同轨迹规划的优缺点。最后应用虚拟建模技术,在MATLAB中建立PR1400焊接机器人的仿真模型,按照已经规划好的末端焊枪运动轨迹,对焊接过程进行轨迹规划仿真,并研究了该焊接机器人的运动学指标在仿真运动过程中的变化情况。从理论分析和仿真实验结果的一致性,证明了所采用的轨迹规划算法的有效性、合理性和在轨迹规划方面的可行性。
仲军[4]2015年在《气动肌肉驱动的仿青蛙跳跃机器人及其关键技术的研究》文中提出跳跃机器人可以广泛地应用于考古、星际探测、反恐和资源勘探等领域。相对于轮式和行走式机器人,跳跃式机器人的特点是利用跳跃运动前进,具有移动速度快、越障能力强的特点。但是跳跃机器人的运动过程中与地面间的接触情况不断变化,存在着与地面碰撞冲击,使得机器人的动力学过程存在着连续状态和碰撞离散状态相混杂的特点,具有高度的非线性。另外在给定特定任务的情况下,如何合理规划任务空间和关节空间的轨迹,也是一个难点。传统的跳跃机器人多采用“电机+弹簧”的方式为跳跃运动提供动力,这种传动方式采用齿轮、棘轮等复杂的传动机构,容易出现卡死等故障,本文针对这种不足,采用气动人工肌肉作为动力装置,利用气动肌肉的输出力大、传动装置简单的优点,进行跳跃机器人的机构设计。但是气动肌肉具有高度的非线性,力-位移存在滞环特性,力学模型的建立是一个难点。由于力学模型非线性和气体可压缩性特点,精确的位置控制方法的研究也是一个难点。本文在课题组对青蛙的生理结构和跳跃特点已经进行深入研究的基础上,以气动肌肉作为驱动器,构建仿青蛙跳跃机器人本体,对机器人的运动学和动力学特性、气动肌肉的力学模型、实现规则地形下的特定跳跃任务时的轨迹规划、气动肌肉驱动关节控制策略和机器人运动控制器等问题进行研究。本文首先简要分析青蛙的生理结构和跳跃运动特点,建立青蛙跳跃运动等效六杆模型,在ADAMS中对六杆机构进行优化仿真,为机器人机构设计提供参考；对机器人的后肢进行设计,并设计出前肢和整机；根据机器人的状态信息采集的需要,选用相关传感器。分析机机器人跳跃过程的欠驱动特性,将跳跃过程划分为不同的子相,建立统一的运动学模型；对跳跃过程的动力学特性进行分析,基于拉格朗日方程分别建立连续动力学方程和碰撞离散相动力学方程,并分析不同子相运动状态切换的条件。气动人工肌肉的力学特性是机器人设计和控制的基础,因此对气动人工肌肉的力学特性进行研究。采用机理建模和实验建模两种手段对气动肌肉的力学行为进行建模。机理模型以Chou理想模型为基础,考虑橡胶壁弹性、纤维网弹性和内部摩擦等因素的影响；为了实际控制的需要,利用实验手段了建立现象模型；对于PAM内部复杂的充气和排气过程,利用实验数据建立了排气阶段和充气阶段的现象模型。以规则地形下的给定跳跃高度和远度为任务目标,研究轨迹规划问题。对欠驱动关节的求解问题进行深入分析。以地面对机器人反作用力最大值最小为目标,对任务空间的轨迹进行优化；在任务空间轨迹规划的基础上,以消耗的主动力矩最小为目标,对关节空间进行轨迹优化,并进行仿真。设计机器人的运动控制器。对气动肌肉驱动关节的位置控制策略进行研究,构建单自由度的气动肌肉驱动关节实验平台,以实验平台动力学模型和所建立的气动肌肉实验模型为基础,进行PID串级位置控制方法和RBFNN-PID串级位置控制方法的研究。基于气动肌肉驱动关节的位置控制策略,建立机器人的控制器,使用RBFNN-PID串级控制方法对各个关节分别进行控制,并进行matlab/adams联合仿真。设计了机器人的控制系统,并进行位姿调整和跳跃运动的实验研究。以嵌入式微控制器为核心,构建机器人的控制系统。对单条后肢的位姿调整性能和跳跃性能进行实验研究,验证气动肌肉驱动关节控制策略的有效性和轨迹规划方法的正确性；对机器人的位姿调整和跳跃性能进行实验研究,验证机器人控制器的有效性、轨迹规划方案的可行性以及采用气动肌肉作为驱动器构建跳跃机器人的可行性。
丁磊宇[5]2017年在《工业机器人运动仿真及轨迹规划研究》文中进行了进一步梳理工业机器人与工业自动化水平联系紧密,凭借自动化水平不断提高,工业机器人技术在制造业等领域的使用也越来越广泛。根据工作场合不同,工业机器人的结构也各有千秋,正确的结构形式可以提高机器人的效率精度和灵活性。机器人运动学是研究各连杆与关节彼此间相对位置及相对运动的规律;机器人轨迹规划是将工作人员输入的任务描述转换成详细的运动轨迹描述。只有合理的结构设计、正确的运动仿真和完整的轨迹规划才能使机器人顺利完成工作任务。本文研究从上述叁个方面入手:首先,根据工作任务要求与技术参数,本文完成了一个六关节的工业机器人本体结构的初步设计,建立其叁维模型,并对机器人的主要部件进行研究设计。之后,根据材料要求,确定主要部件的使用材料。结构与材料设计完成后,结合有限元法对机器人的臂部件进行强度校核。此外,论文对机器人的驱动系统和传动机构进行了研究。其次,本文对机器人运动学进行研究。在机器人运动学中,D-H理论是推导运动学方程的基础,研究先围绕D-H理论展开并创建机器人的D-H运动模型,通过坐标变换推导出运动学方程,再计算其正解与逆解及雅克比矩阵。工作空间是衡量机器人工作性能的重要指标,本文先对工作空间的理论进行研究,再利用软件进行仿真,得到工作空间的叁维点云。章节最后对机器人正逆运动学两种情况分别进行仿真比较。最后,本文对机器人的轨迹规划进行研究,对机器人的轨迹和路径等概念进行阐述。轨迹规划分为关节空间和笛卡尔空间两种情况,故分别对两种情况下的轨迹插值方法进行研究,并对关节空间下的叁次多项式插值与五次多项式插值两种方法进行仿真,对二者的优缺点进行比较。
周际[6]2017年在《双臂工业机器人结构设计与运动分析》文中研究指明双臂工业机器人作为智能装备自动化程度很高的拟人化操作机,在制造业和生活服务领域具有良好的应用前景,同时在推动机器人产业成为新兴科技产业的进程中起着至关重要的作用。双臂工业机器人相比于单臂机器人在灵活性、适应环境能力、以及工作空间利用率等方面具有较大优势,为了实现这些优势对双臂工业机器人进行理论应用研究有着重要的意义。本文根据双臂机器人作业任务特点,设计了双臂机器人结构,并对其进行了运动分析。首先,根据作业任务特点以及工作参数对双臂工业机器人的结构进行了设计并对各关节驱动系统进行选型;采用了有限元分析软件ANSYS Workbench对机器人大小臂进行了静力分析和模态分析,验证了设计的合理性。其次,根据D-H法建立了双臂工业机器人正、逆运动学方程,并基于Matlab Robotics Toolbox工具箱对运动学方程进行了仿真分析,求出了机器人工作空间。然后,采用关节空间五次多项式插值法在Matlab Robotic Toolbox工具箱中编制程序完成了对双臂工业机器人的轨迹规划及仿真。此外,运用ADAMS软件对双臂工业机器人进行参数化建模并对大小臂关节和末端执行装置进行了动力学分析。最后,根据作业任务特点研究了双臂协调运动过程中的约束关系并建立了运动学方程,针对两种典型装配任务中遇到的计算量大、难以保证末端位姿、时间和速度约束关系等问题提出了可行的解决方案。
付晓龙, 何建萍, 王付鑫[7]2015年在《焊接机器人轨迹规划的研究现状》文中进行了进一步梳理为了提高焊接效率、改善焊接质量的实际生产需求,对焊接机器人空间轨迹规划的方法及研究现状进行了综述,对关节轨迹规划法和笛卡尔轨迹规划法做出了比较,指出了轨迹规划中存在的问题即如何更便捷地实现最优轨迹规划和多种最优算法的统一,认为空间轨迹同焊接工艺参数进行联合规划将是未来研究的重点和方向。
高岩[8]2014年在《工业机器人轨迹规划算法的研究与实现》文中提出目前工业机器人已成为现代工业不可或缺的一部分，对其进行轨迹规划的研究十分重要。本文正是立足于这一背景，研究了基于840D数控系统的SCARA工业机器人的轨迹规划过程。西门子840D系统是一种非常成熟的数控系统，对于工业机器人的控制和轨迹规划有一整套完整的解决方案。SCARA机器人作为在装配领域举足轻重的工业机器人，市场份额将会在未来的几年内飞速增长。以SCARA机器人作为研究对象对于未来中国机器人市场的发展有着重要的意义。首先，研究分析了工业机器人空间位姿的一般描述方法，介绍了建立齐次变换矩阵的数学背景。讨论了工业机器人的DH参数，并根据DH参数建立了变换矩阵，研究了正逆运动学问题的求解。文中介绍了两种常用的轨迹规划方法：笛卡尔空间和关节空间轨迹规划，指出了在笛卡尔空间中进行轨迹规划存在的种种困难，提出了一种基于840D数控系统的在关节空间进行轨迹规划的实现方法。对特定的SCARA机器人进行了数学建模的分析，指出SCARA机器人可以分为一个Z轴方向的平移关节和四自由度的子机器人。并用五次多项式函数曲线对其进行了轨迹规划的研究，绘制了SCARA机器人各个关节角位置、速度、加速度和末端执行器的运动轨迹。最后通过改进机器人工具箱以适用于五自由度SCARA机器人，对提出的轨迹规划算法进行了仿真，验证了该算法的可行性和正确性。然后系统介绍了基于840D数控系统的机器人运动学模块的设计和配置，并对特定的SCARA机器人进行自定义配置。
余冬冬[9]2017年在《移动机器人避障与轨迹规划》文中研究说明导航规划作为移动机器人的核心算法,为机器人提供了基于感知移动作业的能力,是学术界和工业界的热点问题。机器人的导航规划一般分为构建地图、自定位、路径规划和轨迹规划四个部分。本文主要研究其中的路径规划和轨迹规划部分。本文内容和研究成果如下:1.实现了基于泰森多边形(GVD,GeneralizedVoronoiDiagram)的栅格地图与混合A*算法的全局路径规划改进算法。该方法与传统的全局路径规划算法相比,考虑了机器人的几何约束,即最小转弯半径,同时引入Reeds-Shepp最优轨迹加速算法速度用以跳过大量开阔的搜索空间,并用梯度下降法优化了混合A*规划出来的路径,使最后的规划路径更加平滑合理。2.提出了一种基于图优化的轨迹规划方法TEB(TimedElasticBand)的改进算法。本文用混合A*算法得到的全局路径作为TEB算法的初值进行优化,且在计算下发速度时变换了思路,采用轨迹跟踪的算法跟踪TEB优化后的轨迹替换原来的速度计算。此外,相比TEB算法最大速度与最大角速度的约束,在原有算法的基础上进一步增加了速度与角速度的联合约束,使整个算法更加合理。3.提出了一种采用PD控制器和非线性模型预测控制(NMPC,Nonlinear Model Predictive Control)优化的路径追踪方法。其中基于NMPC的轨迹跟踪方法考虑了机器人本身的模型信息,有效提高了轨迹跟踪的精度,轨迹规划的控制周期能时刻保持在40ms以内。
李黎, 尚俊云, 冯艳丽, 淮亚文[10]2018年在《关节型工业机器人轨迹规划研究综述》文中研究说明关节型工业机器人凭借其良好的灵活性和高效率的工作模式被广泛地应用于现代工业自动化生产之中,例如搬运、码垛、焊接、切割等。轨迹规划是工业机器人运动控制的基础研究领域,决定着其作业效率和运动性能。工业机器人的轨迹规划是指综合考虑作业需求和机器人性能,在笛卡尔空间或关节空间内得出指导机器人末端执行器运动的轨迹。阐述了工业机器人轨迹规划的概念及其分类,就各个领域的轨迹规划算法进行了全面综述,包括基本轨迹规划和最优轨迹规划,指出了各类轨迹规划算法中所存在的问题和未来的发展方向。
参考文献：
[1]. 六自由度工业机器人轨迹规划及控制算法研究[D]. 沈悦. 南京理工大学. 2017
[2]. 机器人轨迹规划方法研究[D]. 田西勇. 北京邮电大学. 2008
[3]. PR1400焊接机器人轨迹优化[D]. 李精伟. 南京理工大学. 2016
[4]. 气动肌肉驱动的仿青蛙跳跃机器人及其关键技术的研究[D]. 仲军. 哈尔滨工业大学. 2015
[5]. 工业机器人运动仿真及轨迹规划研究[D]. 丁磊宇. 沈阳工业大学. 2017
[6]. 双臂工业机器人结构设计与运动分析[D]. 周际. 合肥工业大学. 2017
[7]. 焊接机器人轨迹规划的研究现状[J]. 付晓龙, 何建萍, 王付鑫. 轻工机械. 2015
[8]. 工业机器人轨迹规划算法的研究与实现[D]. 高岩. 中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所）. 2014
[9]. 移动机器人避障与轨迹规划[D]. 余冬冬. 浙江大学. 2017
[10]. 关节型工业机器人轨迹规划研究综述[J]. 李黎, 尚俊云, 冯艳丽, 淮亚文. 计算机工程与应用. 2018
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