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[期刊] 工业工程  [作者] 何兆楚  何元烈  曾碧  
针对人工势场法在工业机械臂避障路径规划中容易陷入局部极小值的缺陷,利用改进的快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree,RRT)算法与人工势场法结合进行避障路径规划。首先,利用人工势场法进行局部路径规划,当陷入局部极小值时,使用改进的快速扩展随机算法自适应地选择临时目标点,使搜索过程跳出局部极小值点;当机械臂逃离局部极小值点时,切换回人工势场法进行规划。该算法不仅能够实现工业机械臂末端执行器的避障,同时能够防止杆端与障碍物产生碰撞,最终到达目标点。仿真实验表明,该方法实现简
[期刊] 工业工程  [作者] 何兆楚  何元烈  曾碧  
针对人工势场法在工业机械臂避障路径规划中容易陷入局部极小值的缺陷,利用改进的快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree,RRT)算法与人工势场法结合进行避障路径规划。首先,利用人工势场法进行局部路径规划,当陷入局部极小值时,使用改进的快速扩展随机算法自适应地选择临时目标点,使搜索过程跳出局部极小值点;当机械臂逃离局部极小值点时,切换回人工势场法进行规划。该算法不仅能够实现工业机械臂末端执行器的避障,同时能够防止杆端与障碍物产生碰撞,最终到达目标点。仿真实验表明,该方法实现简单,能够适应环境的变化,在复杂的环境下依然有效,满足机械臂避障的要求。最后,通过进行实际实验表明了实际与仿真实验的一致性。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 左国玉   李宓   郑榜贵  
轨迹规划是机械臂运动控制的关键环节,通过向控制器提供时间最短且稳定的参考轨迹,能够减少机械臂的运动时间以及关节振动。针对多自由度机械臂的时间、冲击最优轨迹规划问题,提出了一种基于改进多目标粒子群算法(improved adaptive multi-objective particle swarm optimization, IAMOPSO)的机械臂轨迹规划方法。首先,利用5次B样条曲线对给定的关节路径点进行插值,获得位置、速度以及加速度等物理量连续的运动轨迹;然后,建立以机械臂的运动时间和关节冲击为优化目标的数学模型,将机械臂的关节运动学约束作为优化问题的约束条件;最后,为提高非支配解集的多样性同时避免局部极值的可能性,采用变异算子、自适应权重以及动态学习因子的混合策略改进多目标粒子群算法,再优化求解目标函数,并利用归一化函数选取平均最优解。实验结果表明,使用5次B样条曲线插值能够满足机械臂关节轨迹平滑以及连续性要求,基于IAMOPSO算法的最优轨迹规划方法能获得收敛性较好的Pareto前沿面,依据平均最优准则所选取的时间、冲击最优轨迹,能有效提高机械臂的作业效率与稳定性。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 王新  王新庆  文岩  李世庆  王继荣  
文章利用MATLAB图形用户界面功能,将机械臂的建模、运动学、动力学、运动控制算法和实时仿真集成到虚拟仿真软件中。并在机械臂仿真实现基础上,通过ROS网页交互功能连接真实机械臂,开发出机械臂远程控制实验平台。最后,通过UR3机械臂的远程控制验证了该实验平台的可行性。以虚拟仿真软件进行机械臂仿真,是对“机器人学”课程理论基础知识的具体运用,而通过网页的机械臂远程控制实验,则使机械臂仿真与实物实验结合起来,对“机器人学”课程教学改革起到促进作用。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 王倩男  何文辉  赵颖  
针对“机械原理”课程的在线实验教学,文章以ROS平台为依托,设计了机械臂在线实验系统。该系统由Windows软件客户端、ROS主机和六自由度机械臂、实验台及实验装置构成。其中,客户端软件基于ROSBridge协议,用Python语言编写,实现了人机交互及发送障碍物信息和目标位置信息,ROS主机接受到信息后控制机械臂运动并避障,通过远程控制机械臂,结合视频监控和实验数据读取来完成实验。文章在实验室环境采用安诺机器人进行了综合测试,结果证明该系统的设计完全可行。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 倪建云  李浩  谷海青  杜合磊  吴杰  薛晨阳  
针对B-RRT算法在进行路径规划时存在的采样效率低、路径冗长且不光滑,以及无法实时避障等问题,该文提出了基于改进的可变采样区域双向RRT(VSRB-RRT)和DWA的避障路径规划融合算法。在全局规划过程中,改进VSRB-RRT算法使用可变采样区域和目标偏置策略相结合的方法,加快了收敛速度并提高了采样效率,并使用贪婪优化、迭代优化和关键点优化生成代价低且光滑可执行的路径。在局部规划过程中,以改进VSRB-RRT算法规划的路径为指引,选取路径上的关键点,并使用改进DWA算法在关键点分段路径上分段规划。仿真实验表明:改进VSRB-RRT算法具有较好的搜索效率,能够以最少的时间和最稳定的效率获得最优路径,同时也验证了融合算法在实时避障路径规划时的有效性。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 杨振舰   庄亚楠   陈亚东  
针对建筑机器人在施工现场获取地图信息时间长且需要规划出一条全局的、能实时避障的路径等问题,该文提出了一种应用建筑信息模型(building information model,BIM)技术建立导航地图并进行路径规划的算法。根据BIM模型中的信息对传统RRT算法进行优化改进,提出了IRRT(Improved Rapid-exploration Random Tree)算法。首先将原有的固定步长改为动态步长,通过判断与目标点的远近界定步长大小,避免了节点的盲目扩张;其次,对随机采样点的生成范围进行了约束,并设置一个同时考虑目标点和随机点的权重来解决传统RRT算法中新生成点仅由随机采样点单一决定的问题;算法陷入最小值时选取随机扰动策略进行逃脱;最后在全局路径的相邻节点间使用动态窗口法进行局部避障。实验仿真结果表明IRRT算法比传统RRT算法在搜索速度上快了3倍多,平均路径比改进前减少25.56%,平均节点减少8.92%,加入动态窗口法后有效提高了机器人实时避障能力,更适合多变室内环境使用。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 殷孝雎   周莉   孙志强   郑闯   李波  
为了使机械臂适应智能制造业高灵活度的要求和不断变化的场景需求,该文设计了一套人机结合的实验装置。该装置使用双摄像头采集图像,嵌入式核心模块处理人体手臂动作图像,提取标识点,确认坐标值并将其输入运动数学模型。基于模糊控制理论驱动4个小型直流伺服电机,实现4自由度的机械臂随动功能。该装置可作为机器人工程和智能制造工程等专业的实验教学设施,有助于帮助学生深入理解控制理论,并提高学生的动手能力。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 赵海滨  刘冲  陆志国  颜世玉  于清文  
根据动力学方程,利用Matlab/Simulink建立了欠驱动两杆机械臂Pendubot的仿真模型和控制器。控制器包括摆起控制器、平衡控制器和切换控制器。摆起控制器采用部分反馈线性化方法,平衡控制器采用线性二次型调节器(LQR)。首先进行Pendubot系统的摆起控制,然后当接近竖直向上的位置时,将控制器转换为平衡控制器。该仿真实验有利于培养学生的实际动手能力、独立思考能力和创新能力。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)  [作者] 胡奎  张继文  董云飞  吴丹  
为解决机械臂运行过程中避让关节限位的问题,该文以SGRGS构型的7自由度机械臂为对象,提出了一种机械臂逆运动学优化算法.首先,引入臂角变量,推导得到含臂角变量的逆运动学封闭解,并在此基础上,将关节限位和臂角可行范围进行映射;其次,定义一种包含权重函数的避限位优化目标函数,其中权重函数取值与关节实际位置有关;最后,通过线性展开方法简化臂角与关节位置的关系式,从而将原有复杂形式的优化目标函数简化为二次函数,结合求得的臂角可行范围完成优化求解,实现关节避限位.计算结果表明:该算法可以有效避让关节限位,且直观、简单、运算效率较高,可以进行实时运算.
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 谢银波  魏天奇  田元  严志聪  陈世增  
设计了一种基于人体手臂同步控制的智能机械车系统。该系统采用低功耗异构多处理器、多核机电系统,通过优化的游戏引擎人机交互图形控制界面,辅以可穿戴式肌电信号和手臂姿态传感器,以手势及手臂姿态无线远程控制智能车的行进、机械臂的同步伸展和机械手的抓取等动作,车载高速激光雷达系统和摄像头系统实现,在复杂未知环境下,远控机车的定位、二维和三维场景快速重构、无缝切换显示,实验结果标明,系统鲁棒性好、实时性能满足应用要求,具有较好的应用价值前景。
[期刊] 北京林业大学学报  [作者] 李文彬  安静贤  
操作振动机具时,人体的不适感以及振动对人体的伤害程度与人体吸收耗散的振动能量相关,吸收振动能量越多感觉越不舒适.该文从理论和实验两方面分析了人体手臂的机械阻抗与振动能量吸收问题.理论分析表明,机械阻抗的实部与手臂对振动能量的吸收耗散相关,机械阻抗的实部值越小,手臂所吸收耗散的振动能量就越小.实验结果表明,在20~50Hz和120~240Hz范围内手臂机械阻抗的实部出现峰值,而在50~90Hz范围内机械阻抗的幅值和实部都较小,因此机械的发动机工作转速应控制在3 000~5 500r/min范围内.此外,随着手对手柄的握紧力的增大,阻抗曲线向高频段有所平移,并且阻抗的幅值也有所增大,这说明手臂肌肉...
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 沙林秀  曾童年  
为降低油田开采过程中钻井人员的重复性工作强度及高危环境下面临的风险,需要在钻井平台上引入智能机械臂。该文提出了一种基于深度强化学习的机械臂动态目标跟踪控制方法。在虚拟钻井仿真环境中构建机械臂的数字孪生体,运用机器学习代理(machine learning agents, ML-Agents)框架并基于近端策略优化(proximal policy optimization, PPO)算法进行多智能体并行训练。将训练理想的算法模型部署至虚拟钻井平台上的虚拟机械臂,通过串口通信“以虚控实”,实现虚实机械臂同步跟踪动态目标。实验结果表明:虚实机械臂同步跟踪动态目标可行且准确,为油气行业的数字孪生应用提供了新思路。
[期刊] 工业工程  [作者] 陈琦  赵涛  
灰关联分析属非函数型的序列模式,能有效处理杂散数据。应用灰关联理论对工程机械的故障进行诊断,通过建立工程机械动力系统故障树,运用灰关联分析对关联度进行计算及排序,给出各种故障模式发生的可能性排序,从而为处理故障、控制故障的发生以及改进系统的可靠性提供了理论依据。通过实例验证该方法是有效可行的。
[期刊] 运筹与管理  [作者] 周学松  赵恒  
有许多文献讨论了线性规划问题中单纯形方法的改进(如文献[1~5]等)。我们在文献[1]的基础上,突破了传统方法中要求单纯形表中的基变量始终非负的想法,给出了求解线性规划问题中一个新的避免人工变量的方法,使其计算量得到减少。
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