检索结果-南通市图书馆

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

冗余机械臂的运动学建模及轨迹规划研究

冗余机械臂的运动学建模及轨迹规划研究

作者：宋盖太原科技大学

学位级别：硕士

巡检机器人上的七自由度冗余机械臂可以应用在多种场景,在巡检机器人到达指定位置后,该机械臂可实现在狭小空间内灵活作业或者递送探头观察复杂空间的功能。七自由度冗余机械臂是在满足末端位姿的前提下增加机械臂的姿态自由度,即使机... 详细信息

巡检机器人上的七自由度冗余机械臂可以应用在多种场景,在巡检机器人到达指定位置后,该机械臂可实现在狭小空间内灵活作业或者递送探头观察复杂空间的功能。七自由度冗余机械臂是在满足末端位姿的前提下增加机械臂的姿态自由度,即使机械臂发生了某些故障或者受到外界干扰,仍可以通过调整冗余自由度来完成任务,从而提高容错性能,在工作期间能避免出现奇异位置和关节极限。本文对七自由度冗余机械臂的逆运动学、轨迹规划和避障路径规划进行了研究,主要内容如下:(1)对七自由度冗余机械臂运动学进行分析。根据数学关系推导出冗余机械臂正运动学公式,采用D-H方法建立冗余机械臂的运动学模型,使用蒙特卡洛法描述冗余机械臂的工作空间。(2)针对七自由度冗余机械臂逆运动学求解问题,提出了改进麻雀搜索算法(ISSA)。该算法利用Halton序列初始化种群,结合蝴蝶优化算法(BOA)提高算法的全局搜索能力,最后进行高斯变异避免出现局部最优解。仿真结果显示,与SSA算法比较,ISSA算法得到的位姿误差降低了98.63%,标准差降低了84.29%,说明ISSA算法在逆运动学求解的精度和稳定性上都优于SSA算法。(3)针对七自由度冗余机械臂3-5-3混合多项式时间最优轨迹规划问题,提出了自适应粒子群算法(APSO)。该算法利用佳点集初始化种群,采用自适应权重和动态学习因子提高算法搜索能力。仿真结果显示,优化后的运行时间缩短了27.56%,证明了该方法的有效性。(4)针对七自由度冗余机械臂避障问题,利用圆柱空间将冗余机械臂连杆包络,障碍物利用球状空间包络。在工作空间中,分别采用RRT算法和RRT-Connect算法进行避障运动,仿真结果显示,RRT-Connect算法在运行时间和路径长度方面都优于RRT算法。在实际环境中搭建试验台,验证了RRT-Connect算法避障性能,冗余机械臂可以快速的避开障碍物到达目标位置。

关键词：冗余机械臂麻雀搜索算法逆运动学时间最优轨迹规划

基于有限时间对偶神经网络的冗余机械臂重复运动规划

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

控制理论与应用 2023年第1期40卷 139-148页

作者：孔颖吴佳佳雷景生胡汤珑浙江科技学院信息与电子工程学院浙江杭州310000

在考虑关节物理极限的情况下,将冗余机械臂的逆运动学解析问题抽象为带约束的重复运动规划(RMP)方案.针对速度层的带约束RMP方案,本文提出了一种新型的递归神经网络,即有限时间对偶神经网络(FTDNN),用以求解该类带约束RMP方案.相比于传... 详细信息

在考虑关节物理极限的情况下,将冗余机械臂的逆运动学解析问题抽象为带约束的重复运动规划(RMP)方案.针对速度层的带约束RMP方案,本文提出了一种新型的递归神经网络,即有限时间对偶神经网络(FTDNN),用以求解该类带约束RMP方案.相比于传统的递归神经网络,该FTDNN模型具有有限时间收敛特性,不仅能够改进收敛的速度,并且能够获得较高的收敛精度.通过李雅普诺夫稳定性定理验证了FTDNN模型的渐近稳定性,并进一步计算出FTDNN模型求解带约束RMP方案最优解的时间上界.基于冗余机械臂PA10的计算仿真结果验证了FTDNN模型求解带约束RMP方案的有效性和可行性.最后在Dobot Magician实物机械臂上的实验结果表明本文提出的有限时间对偶神经网络方法可以有效实现机械臂各关节角的重复运动.

关键词：对偶神经网络有限时间冗余机械臂关节物理限制重复运动规划

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

柔性基座冗余机械臂的最优反作用控制

中国空间科学技术 2023年第2期43卷 144-154页

作者：尹旺王翔王为刘冬雨北京空间飞行器总体设计部北京100094

针对柔性基座冗余机械臂的末端轨迹跟踪问题,提出一种反作用最优控制方法,该算法将轨迹跟踪视为高优先级任务,而反作用优化控制在高优先级任务零空间内进行。由于冗余机械臂的自运动能在不影响末端运动的前提下改变关节运动,利用冗余机... 详细信息

针对柔性基座冗余机械臂的末端轨迹跟踪问题,提出一种反作用最优控制方法,该算法将轨迹跟踪视为高优先级任务,而反作用优化控制在高优先级任务零空间内进行。由于冗余机械臂的自运动能在不影响末端运动的前提下改变关节运动,利用冗余机械臂的自运动消除振动系统中的低阶模态力,使机械臂在完成轨迹跟踪的同时激起的弹性振动大幅减小,从而提高了系统的稳定性。以平面3自由度柔性基座机械臂和空间7自由度柔性基座机械臂为例进行数值仿真,证实了方法的有效性。

关键词：柔性基座冗余机械臂自运动反作用优化振动抑制轨迹跟踪

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

冗余机械臂灵活性最优化的实时控制系统

控制工程 2021年第10期28卷 2012-2020页

作者：马文静张松张彤晓朱海荣张慧江苏工程职业技术学院机电工程学院江苏南通226007 中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221008

冗余机械臂实时完成路径追踪及避障任务时,为了应对动态的路径和障碍物分布环境,姿势需实时保持着最佳的灵活性,其评估标准为灵活性椭圆。超前预览控制利用一个或多个仅体现在计算机程序代码中的假想机械臂,时刻领先实际机械臂固定的时... 详细信息

冗余机械臂实时完成路径追踪及避障任务时,为了应对动态的路径和障碍物分布环境,姿势需实时保持着最佳的灵活性,其评估标准为灵活性椭圆。超前预览控制利用一个或多个仅体现在计算机程序代码中的假想机械臂,时刻领先实际机械臂固定的时间身位,相当于假想机械臂提前探索到未来的环境信息,并利用单步遗传算法实时地计算出机械臂姿势最优解,身后的实际机械臂在假想机械臂的引导下,逐步向其最佳姿势过渡,超前预览控制方案增强了安全程度。最后,二维平面内的四关节机械臂和三维空间内的七关节机械臂的仿真及实验结果验证了所提出算法的正确性和控制系统的有效性。

关键词：冗余机械臂路径追踪避障灵活性椭圆超前预览控制

基于最小运动变换的臂角参数化冗余机械臂逆运动学求解方法

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

机械工程学报 2023年第15期59卷 40-49页

作者：钟献有王鹤霖刘成菊陈启军同济大学电子与信息工程学院上海201804

传统臂型角参数化方法在求解七轴冗余机械臂的逆运动学问题上存在算法奇异问题,一般采用奇异情况特殊处理或者增加冗余参数的方式解决。针对这一问题,提出了一种新型的逆运动学求解算法,该方法基于最小运动变换模型来重新定义臂型角参... 详细信息

传统臂型角参数化方法在求解七轴冗余机械臂的逆运动学问题上存在算法奇异问题,一般采用奇异情况特殊处理或者增加冗余参数的方式解决。针对这一问题,提出了一种新型的逆运动学求解算法,该方法基于最小运动变换模型来重新定义臂型角参数。在给定待求解的目标构型的前提下,定义七轴机械臂的基准构型,建立从基准构型到目标构型的二阶段最小运动变换模型。根据基准角运动和臂角自运动的两个阶段运动模型,求解参考臂平面和特定臂角参数对应的肩、肘、腕部关节点的位置。根据几何关系求解各关节角度关于臂角参数的解析公式。通过逆解仿真实验对该算法进行了验证,结果表明该算法在求解精度、计算效率、算法稳定性等指标上具有良好结果,证明了该算法的有效性。

关键词：冗余机械臂逆运动学臂型角参数化最小运动变换模型

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

冗余机械臂运动学建模与轨迹规划分析

湖南工业职业技术学院学报 2024年第1期24卷 14-19页

作者：季晓明江苏安全技术职业学院智能制造与应急装备学院江苏徐州221011

针对七自由度冗余机械臂运动规划问题,提出了一种改进的运动学建模方法和轨迹规划方法。首先,通过改进的DH参数法建立冗余机械臂的正向运动学模型,描述从关节空间到笛卡儿空间的变换。然后,提出加权最小二乘法建立冗余机械臂的逆向运动... 详细信息

针对七自由度冗余机械臂运动规划问题,提出了一种改进的运动学建模方法和轨迹规划方法。首先,通过改进的DH参数法建立冗余机械臂的正向运动学模型,描述从关节空间到笛卡儿空间的变换。然后,提出加权最小二乘法建立冗余机械臂的逆向运动学模型,快速求解笛卡儿空间到关节空间的变换。接着,利用五阶多项式插值函数对冗余机械臂进行关节空间轨迹规划,提高机械臂运动的平坦性。最后,在仿真中验证了本文所提方法的有效性,结果表明该方法能够有效解决冗余机械臂的运动规划问题,具有一定的实际应用参考价值。

关键词：冗余机械臂运动规划运动学建模轨迹规划

基于卷积神经网络的冗余机械臂运动学逆解求解

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

载人航天 2022年第1期28卷 10-15页

作者：刘世平夏文杰陈萌马梓焱黄元境张文奇上海市空间飞行器机构重点实验室上海201108 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

针对7自由度冗余机械臂运动学逆解求解时间过长以及通用性差等问题,通过对LeNet模型进行改进,对卷积核、激活函数、损失函数、优化算法、模型结构与初始参数等进行设计与选择,建立了卷积神经网络模型来进行求解。对卷积神经网络模型进... 详细信息

针对7自由度冗余机械臂运动学逆解求解时间过长以及通用性差等问题,通过对LeNet模型进行改进,对卷积核、激活函数、损失函数、优化算法、模型结构与初始参数等进行设计与选择,建立了卷积神经网络模型来进行求解。对卷积神经网络模型进行轨迹跟踪实验验证,结果表明:所得到的机械臂关节角度平滑,轨迹跟踪最大误差小于3 mm;所建立的模型是有效的且精度较高;此方法可求解机械臂运动学逆解问题。

关键词：卷积神经网络 7自由度冗余机械臂运动学逆解

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

冗余机械臂动态避障规划

冗余机械臂动态避障规划

作者：谢龙浙江大学

学位级别：硕士

将机械臂用于复杂的工作环境实现多机协作甚至人机协作已经成为了一种趋势,这就要求机械臂能够在复杂多变的环境下执行目标任务的同时保证不与空间中动静态障碍物碰撞。而传统的工业机器人示教编程只能完成单一重复的流水线型任务,当工... 详细信息

将机械臂用于复杂的工作环境实现多机协作甚至人机协作已经成为了一种趋势,这就要求机械臂能够在复杂多变的环境下执行目标任务的同时保证不与空间中动静态障碍物碰撞。而传统的工业机器人示教编程只能完成单一重复的流水线型任务,当工作环境变换时需要重新编程,对环境的适应性较差。冗余机械臂是一种自身自由度大于任务空间自由度的机械臂,其冗余的特性决定了其更加灵活,能够完成许多传统工业机械臂完成不了的任务,但同样其规划难度也更大。因此研究冗余机械臂的动态避障规划具有现实意义。大多数路径规划算法在高自由度条件下由于计算复杂度过高而无法实现,但人工势场法和快速搜索随机树法不存在这种问题,因此本文以冗余机械臂为研究对象研究其动态避障规划问题,在传统人工势场法和快速搜索随机树算法的基础上针对冗余机械臂的特点提出了改进算法。本文主要研究工作如下:1.机械臂控制在关节空间中实现,而环境信息往往在笛卡尔空间中获取,因此需要通过机械臂逆运动学实现笛卡尔空间到机械臂关节空间的映射,但冗余机械臂逆运动学目前没有统一的求解算法。因此本文研究分析了目前常用的一些冗余机械臂逆运动学求解算法,包括数值解法和解析解法,介绍了不同算法的优点与不足。在路径规划时依据不同规划算法的特点选择合适的逆运动学求解方法。2.针对冗余机械臂自由度过高,无法在构型空间中构造人工势场以达到动态避障目标的问题,本文提出了一种改进的人工势场法。通过直接在机械臂末端定义吸引速度,在机械臂与障碍物的最近点处定义排斥速度,并利用冗余机械臂逆运动学通用的数值解法将两种速度在机械臂关节空间合成,从而将人工势场法用于高自由度机械臂,避免了构型空间的构造。针对机械臂运动速度可能低于障碍物运动速度而导致无法避开障碍物的问题引入了 Pivot算法,使其能够避开速度过快的障碍物。对于人工势场法中常有的局部极小值问题,通过在最近点与目标的连线处构造虚拟障碍物以达到跳出局部极小值的目的。通过仿真实验证明了该算法的有效性。3.人工势场法虽然能够实现冗余机械臂动态避障规划,但机械臂在运动到障碍物附近时容易抖动,且由于机械臂的运动轨迹无法预先得到因此无法对轨迹进行优化处理。为解决该问题,本文提出了一种改进的快速搜索随机树算法,包括离线规划和在线规划两部分。离线规划部分首先利用冗余机械臂逆运动学的解析解法结合人工势场法确定最优目标状态,然后以该目标状态为目标构建搜索树,得到一条从初始状态到目标状态的无碰路径,解决构建搜索树时计算复杂度过大而无法用于在线规划的问题。在线规划部分在离线规划得到的搜索树上依据机械臂当前状态切换根节点,并依据当前环境扩展和更新搜索树,实时得到一条从当前状态到目标状态的路径,达到避开动态障碍的目的。当原目标状态被动态障碍物遮挡导致目标不可达时切换目标节点重新搜索一条新的路径。通过仿真实验证明了该算法的有效性。

关键词：冗余机械臂动态避障规划人工势场法快速搜索随机树

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于构形平面的冗余机械臂轨迹规划方法

北京航空航天大学学报 2018年第9期44卷 1991-1997页

作者：王安琪魏延辉韩寒徐丽学哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001

针对冗余机械臂在空间轨迹规划过程中构形多样但不唯一的问题,提出了一种快速求解冗余机械臂在空间轨迹规划过程中的最优构形的方法。受机械臂关节约束和空间障碍的限制,冗余机械臂的轨迹规划是一个复杂的过程。而为了保证机械臂运动的... 详细信息

针对冗余机械臂在空间轨迹规划过程中构形多样但不唯一的问题,提出了一种快速求解冗余机械臂在空间轨迹规划过程中的最优构形的方法。受机械臂关节约束和空间障碍的限制,冗余机械臂的轨迹规划是一个复杂的过程。而为了保证机械臂运动的平稳性,冗余机械臂工作构形由多个机械臂关节轴线依次连接形成的构形平面组成。从构形平面入手,利用空间几何的方法,对冗余机器人进行空间轨迹规划,通过空间矢量引导、避障路径的比较,快速找到空间优化的路径,实现多目标轨迹规划方法。该方法用于一个7自由度冗余机械臂,结果表明该技术能够快速直观解决路径规划问题,不依赖具体的机械臂工作构形,适用于更多自由度的冗余机械臂。

关键词：冗余机械臂构形平面空间几何轨迹规划空间避障