基于几何分析的机械臂运动路径规划问题研究

设计了分步-搜索逼近算法,解决了六自由度机械臂的位姿逆运算问题,使机械臂完成指尖到达指定目标点、沿指定曲线轨迹移动等动作.针对避障问题,设计了扫描截面的避碰算法.在此基础上,给出了机械臂作业的通用算法,并对所建模型和算法进行了实际检验.最后,分析了机械臂的设计参数,并提出了改进建议.     

机械臂运动路径设计

采用D-H方法推导出了机械臂角度姿态与指尖空间位置的关系,以距离偏差为目标,建立了给定位置求机械臂参数的优化模型,并提出了二分步长接近式搜索算法求解该模型.进一步从实际工程精度要求出发,提出了确定精度求指令的方法.针对按照确定曲线运行的问题,采取了离散曲线而且相邻离散点之间一条指令可达的方法,并用改进的二分步长接近式搜索算法来求解.提出了解决避障问题的启发式算法和位姿空间变换法.还对机械臂结构进行了理论分析及论证,根据分析结果,针对旋转角度范围、角度量化、杆长选择等方面提出了一些建议.     

机械臂运动路径设计问题

针对机械臂运动的逆问题,提出了无障碍空间的牛顿迭代算法.并对牛顿迭代法进行了改进,建立了有障碍空间中避碰问题的一般模型,并对问题进行了求解.对于求出的机械臂指尖的姿态,先采用最大步长调整,再对剩余部分采用一次微调的方法生成指令序列,使生成的序列尽可能的短.针对具体问题①,给出了达到目标点的一个指令序列,步数为89步,精度为0.179mm;对于问题②,离散化裂纹,应用大步长调整的牛顿迭代法,给出了一个运动序列,实现了避碰焊接,各点的平均精度达到0.188mm,并对最低点附近在1mm误差范围内不可达到的区域进行了讨论,用解析和仿真的方法证明和验证了最低点不可达;对于问题③,改进了避碰问题的一般模型和算法,用试探法实现了四个焊接点的无碰焊接,并对圆台内表面在1mm误差范围内不可焊接的区域进行了分析.     

基于小波分析的空间机械臂运动规划的最优控制

讨论了空间机械臂系统非完整运动规划的最优控制问题.利用小波分析方法,将离散正交小波函数引入最优控制,由小波级数展开式逼近替代传统的Fourier基函数,提出基于小波分析的最优控制数值算法.仿真结果表明,该方法对求解空间机械臂非完整运动规划问题是有效的.     

六关节机械臂运动路径设计

就关节式机械臂指尖在任意两点间移动、沿固定曲线移动、机械臂绕开障碍物执行任务以及参数优化等问题展开研究.首先确定了自由度组合到指尖空间位置的映射,建立了求解上述问题的最小二乘模型、泛函条件极值模型,并给出了数值解法.最后,结合图像处理等技术,对各参数的优化设计提出了改进措施.     

基于五次Hermite插值的机械臂最短路径规划研究

为了保证机械臂高效率和平稳的运行,机械臂运动轨迹曲线一般需要具有C~2连续性,且运动路径具有最优性.采用五次Hermite插值函数方法,构造机械臂的运动轨迹.求解最优化问题得到连接点处二阶导数信息,构造满足上述条件的曲线轨迹,最后给出了两个实例来验证该方法的有效性.     

变循环发动机模型的求解算法研究

采用部件法建立了变循环发动机的多维非线性隐式方程组模型,模型具有隐式性,因而求解过程复杂,收敛困难.针对上述问题,采用遗传算法和牛顿-拉夫逊法进行模型求解,提出了算法的有效性评价指标:初值敏感性、收敛性和稳定性.对两种算法进行有效性评价.针对发动机工作性能最优化问题,建立了多目标模型,用遗传算法进行求解,并分析了相关变量随马赫数变化的规律.结果可为变循环发动机模型求解算法的选择与设计提供参考.     

六自由度机械臂的运动规划

为了使六自由度机械臂完成特定的动作,需要设计计算相应的指令序列.首先计算了机械臂位姿与指尖位置之间的关系公式,然后针对机械臂的到达问题、沿曲线运动问题和避障问题,分别提出目标位姿预测、曲线离散到达和受限目标到达三种解决方法,其中涉及的关键算法是自适应搜索法,该方法具有效率高、精度高、适用范围广的特点.在产生指令序列时采用贪心算法.通过以上方法得到的执行结果误差很小(<0.8mm),同时搜索收敛速度也很快.     

线性约束三次规划问题的全局最优性必要条件和最优化算法

讨论了带线性不等式约束三次规划问题的最优性条件和最优化算法. 首先, 讨论了带有线性不等式约束三次规划问题的 全局最优性必要条件. 然后, 利用全局最优性必要条件, 设计了解线性约束三次规划问题的一个新的局部最优化算法(强局部最优化算法). 再利用辅助函数和所给出的新的局部最优化算法, 设计了带有线性不等式约束三 规划问题的全局最优化算法. 最后, 数值算例说明给出的最优化算法是可行的、有效的.     

区域约束环境下柔性关节机械臂的一致性控制

文章研究了柔性关节机械臂在区域约束条件下的一致性控制问题,提出了一种基于区域势函数约束环境下的柔性关节机械臂一致性控制算法,该算法能够有效控制柔性机械臂同步态的范围,无需计算最终的同步态,因而适用于实际多柔性关节机械臂区域内的协同控制和应用.进一步地,基于网络拓扑结构特征,给出了实现柔性关节机械臂区域可达一致性控制的充分条件.最后,文章给出了数值模拟以验证所提算法的有效性和正确性.