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基于加速度约束下的Delta机器人动态可行域时间最优速度规划

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信息与控制 2024年

作者：李文鹏杜玉红董广宇天津工业大学机械工程学院天津市现代机电装备重点实验室

针对传统的Delta并联机器人运动控制方法存在工作效率低、稳定性差的问题，在基于可达性分析的时间最优轨迹规划（TOPPRA）的基础上，提出了一种加速度约束动态可行域速度规划方法，用以解决机器人关节力矩约束下的时间最优控制。将T... 详细信息

针对传统的Delta并联机器人运动控制方法存在工作效率低、稳定性差的问题，在基于可达性分析的时间最优轨迹规划（TOPPRA）的基础上，提出了一种加速度约束动态可行域速度规划方法，用以解决机器人关节力矩约束下的时间最优控制。将TOPPRA的全局网格点速度规划调整为局部网格点动态速度规划；通过消除Delta并联机器人动力学模型的偏置力矩，将力矩约束转化为加速度约束以实现自调整加速度，最终完成动态可行域速度规划。实验表明，动态可行域速度规划能够达到全局最优的效果且单次求解速度仅需0.015s，并且通过加速度自调整实现了机器人关节力矩约束下安全稳定高效的时间最优控制。

关键词：运动控制速度规划并联机器人时间最优

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双摆飞行吊挂系统时间最优航迹规划方法

控制工程 2024年

作者：杨钦朝尹健宇吴易鸣东北大学信息科学与工程学院

针对具有双摆效应的飞行吊挂系统提出了一种时间最优的避障航迹规划方法。所提方法基于四旋翼无人机吊挂系统非线性动力学模型，将吊运时长设定为优化目标，最终生成的时间最优航迹能够充分考虑预设的边界条件与状态约束，使双摆飞行吊... 详细信息

针对具有双摆效应的飞行吊挂系统提出了一种时间最优的避障航迹规划方法。所提方法基于四旋翼无人机吊挂系统非线性动力学模型，将吊运时长设定为优化目标，最终生成的时间最优航迹能够充分考虑预设的边界条件与状态约束，使双摆飞行吊挂系统实现安全，平稳，与高效的负载运输。所构建的原始优化问题首先基于高斯伪谱法(Gauss-pseudospectrial method， GPM)被等价转换成一个带约束的非线性规划问题。之后可利用连续二次型规划方法(Sequential quadratic programming， SQP)求解得到全局最优的航迹序列。此外，自行设计并搭建了双摆四旋翼飞行吊挂系统硬件实验平台，通过实验验证了所提时间最优避障航迹规划方法的有效性。

关键词：飞行吊挂系统时间最优航迹规划高斯伪谱法

基于时间最优的三节臂挖掘机斜坡工况轨迹规划

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机械设计 2024年第6期41卷 130-138页

作者：贾旭峰史青录邵荷镜彭丽娜太原科技大学机械工程学院山西太原030024

为了实现对三节臂挖掘末端的精确控制,文中运用解析法对运动学逆解进行求解,依据此方法对普通臂挖掘机和三节臂挖掘机的30°斜坡工况进行作业范围仿真和对比分析,仿真结果表明:该机型平整的斜坡范围比普通臂的增加了7.41%。通过逆解可... 详细信息

为了实现对三节臂挖掘末端的精确控制,文中运用解析法对运动学逆解进行求解,依据此方法对普通臂挖掘机和三节臂挖掘机的30°斜坡工况进行作业范围仿真和对比分析,仿真结果表明:该机型平整的斜坡范围比普通臂的增加了7.41%。通过逆解可以确定出斜坡工况时间最优轨迹规划所经过的6个路径点,根据运动学约束,以4-3-3-3-4分段多项式进行插值,采用粒子群算法对各关节的插值时间进行优化,得到各个关节的位置、速度和加速度曲线。最后,将得到的关节角度信息转化在对应的油缸变化上,为特定工况下的挖掘轨迹控制提供依据。

关键词：运动学逆解粒子群算法时间最优 30°斜坡工况

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基于时间最优的机器人位姿同步轨迹规划方法

组合机床与自动化加工技术 2024年第2期 61-65页

作者：曹钰婷王金涛刘明敏樊志伟中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院沈阳110169 中国科学院大学北京100049 沈阳新松机器人自动化股份有限公司沈阳110168

为提高工业机器人在工作空间的运行效率,提出了一种在笛卡尔空间实现位姿同步的时间最优轨迹规划方法。该方法采用三次均匀B样条曲线对机器人末端路径点进行位姿同步的路径插值;以减小运动时间为优化目标,在满足关节运动学约束的条件下... 详细信息

为提高工业机器人在工作空间的运行效率,提出了一种在笛卡尔空间实现位姿同步的时间最优轨迹规划方法。该方法采用三次均匀B样条曲线对机器人末端路径点进行位姿同步的路径插值;以减小运动时间为优化目标,在满足关节运动学约束的条件下,采用线性规划对离散后的笛卡尔空间参数化轨迹进行逆向与正向递推,求解路径参数的相平面图。基于路径参数的相平面图,通过雅可比矩阵计算关节速度进行时间最优速度规划。针对所提方法进行实验验证,结果表明该方法在满足机器人实际运动性能的前提下达到了时间最优。

关键词：工业机器人时间最优路径插值速度规划

农业物料移运机器人协同作业时间最优轨迹规划方法

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农业机械学报 2024年第1期55卷 22-38页

作者：郭万金李儒郝钦磊曹雏清赵立军长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710064 芜湖哈特机器人产业技术研究有限公司博士后工作站芜湖241007 长三角哈特机器人产业技术研究院芜湖241007 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001

为了解决机器人将农产品从收获场所转移到仓库或运输车辆存在的移动轨迹和作业轨迹相对独立且耗时长的问题,本文设计一种物料移运机器人,并提出一种物料移运机器人协同作业时间最优轨迹规划方法,获得机器人作业系统和行驶系统协同作业... 详细信息

为了解决机器人将农产品从收获场所转移到仓库或运输车辆存在的移动轨迹和作业轨迹相对独立且耗时长的问题,本文设计一种物料移运机器人,并提出一种物料移运机器人协同作业时间最优轨迹规划方法,获得机器人作业系统和行驶系统协同作业的时间最优轨迹。该方法建立机器人协同作业的运动学模型和动力学模型,对物料移运机器人开展时间最优轨迹规划,并基于Lyapunov理论设计控制律减少跟踪误差,最后通过Matlab/Simulink和ADAMS联合仿真验证方法的有效性。结果表明,提出的轨迹规划方法可使机器人在抓放料协同作业和避障协同作业中取得平滑且时间最优的运动轨迹,机器人各关节的位移、速度、加速度、力/力矩曲线变化平缓,两履带牵引力满足机器人的要求且可快速稳定跟踪时间最优路径。

关键词：物料移运机器人轨迹规划时间最优协同作业 A*算法

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一种变胞式工业机器人时间最优轨迹规划

机械工程学报 2023年第5期59卷 100-111页

作者：王汝贵董奕辰陈辉庆广西大学机械工程学院南宁530004 桂林理工大学机械与控制工程学院桂林541006

根据变胞式工业机器人工作原理,建立了其工作轨迹模型,并基于该模型提出了一种变胞式工业机器人时间最优的轨迹规划方法。该方法着重考虑机器人构态变换过程,将轨迹规划问题转化为内外层嵌套的优化问题进行分析。分别给出该优化问题的... 详细信息

根据变胞式工业机器人工作原理,建立了其工作轨迹模型,并基于该模型提出了一种变胞式工业机器人时间最优的轨迹规划方法。该方法着重考虑机器人构态变换过程,将轨迹规划问题转化为内外层嵌套的优化问题进行分析。分别给出该优化问题的设计变量、目标函数以及约束条件,得到了变胞式工业机器人时间最优轨迹规划问题的数学模型。运用所提出的方法对本课题组自研制的变胞式码垛机器人进行轨迹规划研究,根据其工作轨迹模型,建立了优化设计问题数学模型,在给出关节角度插值函数系数的确定方法后,采用嵌套粒子群算法对该优化问题进行求解,得到了优化后的关节角度函数以及理论工作轨迹,与实验所得的实际工作轨迹进行对比,验证了所提方法的可行性。该研究工作为变胞式机器人的运动规划研究提供了参考。

关键词：变胞机构工业机器人轨迹规划时间最优嵌套粒子群算法

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双种群粒子群算法的时间最优轨迹规划研究

机械科学与技术 2022年第10期41卷 1530-1535页

作者：陈波刘有余高端装备先进感知与智能控制教育部重点实验室安徽芜湖241000 安徽工程大学机械工程学院安徽芜湖241000

针对以时间为目标的轨迹规划问题,提出一种工业机器人时间最优轨迹规划方法。将路径规划生成的关键点,两两之间通过3次多项式连接;以时间为优化目标,以运动学特征为约束,通过罚函数法构建适应度函数;提出双种群粒子群算法进行优化。以6... 详细信息

针对以时间为目标的轨迹规划问题,提出一种工业机器人时间最优轨迹规划方法。将路径规划生成的关键点,两两之间通过3次多项式连接;以时间为优化目标,以运动学特征为约束,通过罚函数法构建适应度函数;提出双种群粒子群算法进行优化。以6自由度机械臂为例,仿真发现所提算法解的质量优于粒子群算法和量子粒子群算法,最优值分别减少43.83%和1.75%、平均值分别减少54.62%和17.05%、标准差分别减少91.38%和83.80%;结果表明所提方法能使机械臂各关节轨迹平滑,速度、加速度和加加速度最大值77.78%处于50%最大约束左右。所提方法在机器人最优时间轨迹规划中具有较强实用性,能够延长机器人使用寿命。

关键词：时间最优双种群粒子群算法轨迹规划

多策略改进麻雀算法在机械臂时间最优轨迹规划的应用

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机械科学与技术 2023年

作者：邱冰李小兵石志新罗玉峰南昌大学先进制造学院

针对六自由度柑橘采摘机械臂时间最优轨迹规划问题，提出一种多策略改进麻雀算法（multi-strategy improved sparrow search algorithm， MISSA）的轨迹规划方法。首先，利用改进D-H参数法建立机械臂的运动学模型，并对其正、逆运动学... 详细信息

针对六自由度柑橘采摘机械臂时间最优轨迹规划问题，提出一种多策略改进麻雀算法（multi-strategy improved sparrow search algorithm， MISSA）的轨迹规划方法。首先，利用改进D-H参数法建立机械臂的运动学模型，并对其正、逆运动学进行求解，然后利用3-5-3多项式插值建立机械臂关节空间的运动轨迹。最后针对普通麻雀算法，利用Logistic混沌映射均匀化种群，并融合改进正余弦策略平衡算法的局部与全局搜索能力后，得到了改进麻雀算法，并利用该算法对机械臂进行时间最优轨迹规划，再与GA、PSO、SSA算法进行对比。结果表明，多策略改进麻雀算法相比于其他三种算法在收敛速度和精度上均有明显提高，关节运行时间缩短46.7%，且优化后得到关节运动学曲线均光滑无突变，验证了算法的有效性。

关键词：采摘机械臂多项式插值轨迹规划时间最优多策略改进麻雀算法

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电能表检验台体串联机械臂时间最优轨迹规划

计算机工程与应用 2022年第6期58卷 250-255页

作者：欧新周璐张鸷吴月家赵云斌贵州电网有限责任公司贵阳供电局贵阳550002

时间最优轨迹规划有助于缩短机械臂运动时间,提高工作效率,在机械臂实际应用场景中起着至关重要的作用。针对串联机械臂点到点运动的时间最优轨迹规划问题,提出一种基于改进多种群遗传算法的最优轨迹规划方法。通过五次多项式插值对机... 详细信息

时间最优轨迹规划有助于缩短机械臂运动时间,提高工作效率,在机械臂实际应用场景中起着至关重要的作用。针对串联机械臂点到点运动的时间最优轨迹规划问题,提出一种基于改进多种群遗传算法的最优轨迹规划方法。通过五次多项式插值对机械臂运动路径进行拟合,利用改进的多种群遗传算法对机械臂运动时间进行优化,改进之处包括:设计含有惩罚项的适应度函数,降低不满足运动学约束条件的个体被选择的概率;引入贪婪选择策略,按照比例保留父代种群优秀个体,替换子代种群较差个体;自适应调整交叉和变异概率,加快算法收敛速度。以ER-4iA机械臂为实验对象,通过仿真实验验证所提算法的可行性,并将所提算法与蚁群算法、粒子群算法、标准遗传算法和标准多种群遗传算法进行比较,结果表明所提算法具有更优的性能。

关键词：时间最优轨迹规划串联机械臂多种群遗传算法