為提高工業(yè)機械臂運動的平滑性,提出了一種基于A*算法和三次樣條函數的路徑規(guī)劃方法。首先建立空間障礙物3維模型,應用A*算法規(guī)劃出在障礙物環(huán)境下的可行路徑。然后以該路徑的關鍵節(jié)點,建立三次樣條插值函數,生成平滑的機械臂避障路徑。最后通過實例對關節(jié)不同時刻的位移、速度、加速度的仿真和對比,結果驗證了該方法的有效性。 

【文章來源】：機械設計與研究. 2019,35(01)北大核心CSCD

【文章頁數】：5 頁

【部分圖文】：

托輥摩擦系數分析圖▲

▲圖8托輥摩擦系數分析圖▲圖9托輥摩擦系數分析圖表3計算結果參數DIN模擬摩擦系數f測試模擬摩擦系數f帶寬/mm18001800運距/m65506550帶速/(m·s－1)55物料/(kg·m－3)原煤950原煤950運量/(t·s－1)42004200模擬摩擦系數0．0250．0168膠帶強度PVG2500PVG2500功率3994．693195．75節(jié)省能耗—100萬4結論通過對大帶寬、長距離帶式輸送機模擬摩擦系數測試與運行能耗計算，得到以下結論。(1)研制了一種測試托輥模擬摩擦系數的實驗裝置，能在不同帶寬、帶速、托輥直徑、托輥間距等多參數條件下對模擬摩擦系數進行測試，該試驗臺的研制填補了國內空白，為帶式輸送機的優(yōu)化設計提供了試驗依據。(2)通過該實驗裝置測得模擬摩擦系數比國家標準GB17119/GB10595降低了5%至10%，整機計算功率可降低20%，總成本可下降近100萬，達到降低電機功率、減小拉緊力、降低生產成本的目標。參考文獻［1］楊彩紅，張東生，王俊光，等．承載段輸送帶壓陷阻力理論研究［J］．機械科學與技術，2017(10):42－48．［2］楊彩紅，毛君，李春林．輸送帶壓陷阻力的研究［J］．煤炭學報，2010(1):149－153．［3］張海平，李軍霞，黃鎮(zhèn)，等．帶式輸送機輸送帶摩擦學行為研究［J］．煤炭工程，2016，48(2):109－111．［4］王玉超，林福嚴，袁文明，等．帶式輸送機托輥旋轉阻力研究［J］．煤礦機械，2015，36(4):78－82．［5］苗宇洋．管狀帶式輸送機運行阻力的分析與研究［J］．中國機械，2014，23:49－50．［6］毛君，楊彩紅．帶式輸送機彎曲變形阻力理論研究［J］．力學與實踐，2009，31(4):45－48．［7］杜錫剛，韓剛．圓管帶式輸

媸蕩?巰嗟齲?聳鋇?A*算法就不會拓展額外的節(jié)點，從而提高了算法的搜索速率。本文中估算函數h(n)為機械臂末端位置與目標節(jié)點之間的距離，即h(n)=(xn－xd)2+(yn－yd)2+(zn－zd)槡2(3)A*算法對避障路徑搜索的過程中需要建立和維護兩張表，開啟列表open表和關閉列表closed表。open表中存放著未擴展的節(jié)點，也就是下一步要進行搜索的節(jié)點;closed表保存從open表中取出的適合機械臂避障路徑要求的節(jié)點�；贏*算法機械臂避障路徑規(guī)劃流程如圖2所示�！鴪D2基于A*算法機械臂避障路徑規(guī)劃流程圖3三次樣條插值函數的構造機械臂在實際工作中，為避免機械臂在急速運動過程中出現磨損，激起機械臂共振，就要保證位移、速度、加速度曲線的平滑性。首先取出A*算法在障礙模型中搜尋的路徑節(jié)點，即關閉列表closed表中的節(jié)點，然后選擇關鍵節(jié)點，對關鍵節(jié)點之間的線段使用三次樣條函數平滑優(yōu)化。三次樣條函數定義:將區(qū)間［a，b］劃分為數個區(qū)間:a=xo，x1，…，xn=b，三次樣條函數s(x)滿足以下條件:(1)s(x)在每個區(qū)間［xi－1，xi］是一個三次多項式;(2)s(x)在每一個內接點xi(i=1，2，…，n－1)上具有直到二階的連續(xù)導數，即s(x)∈C2［a，b］;(3)s(x)在所有節(jié)點滿足s(xi)=yi(i=1，2，…，n);由于s(x)在每個子區(qū)間［xi－1，xi］上的次數是不超過三次的多項式，故二階導數s″(xi)是線性函數，對s″(xi)=Mi和s″(xi+1)=Mi+1進行線性插值，得到s″(x)=xi+1－xdiMi+x－xidiMi+1(4)式中:di=x

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于改進快速擴展隨機樹算法的雙機械臂協同避障規(guī)劃方法[J]. 陳波芝,陸亮,雷新宇,趙萍.  中國機械工程. 2018(10)
[2]挖掘機器人自主挖掘軌跡規(guī)劃方法[J]. 翁文文,殷晨波,馮浩,曹東輝,王彤嫚.  機械設計與研究. 2018(02)
[3]基于時間最優(yōu)的機械臂關節(jié)空間軌跡規(guī)劃算法[J]. 殷鳳健,梁慶華,程旭,陶志遠.  機械設計與研究. 2017(05)
[4]雙焊接機器人避障路徑規(guī)劃[J]. 湯彬,王學武,薛立卡,顧幸生.  華東理工大學學報(自然科學版). 2017(03)
[5]一種基于A*算法的空間多自由度機械臂路徑規(guī)劃方法[J]. 宗成星,陸亮,雷新宇,趙萍.  合肥工業(yè)大學學報(自然科學版). 2017(02)
[6]基于五次NURBS的機械臂時間-能量-平滑性多目標軌跡優(yōu)化[J]. 施祥玲,方紅根,郭為忠.  機械設計與研究. 2017(01)
[7]基于遺傳算法的機械臂實時避障路徑規(guī)劃研究[J]. 韓濤,吳懷宇,杜釗君,鄭秀娟.  計算機應用研究. 2013(05)
[8]基于A*改進算法的機械臂避障路徑規(guī)劃[J]. 汪首坤,邸智,王軍政,郭俊杰.  北京理工大學學報. 2011(11)
[9]基于A*算法的空間機械臂避障路徑規(guī)劃[J]. 賈慶軒,陳鋼,孫漢旭,鄭雙奇.  機械工程學報. 2010(13)
[10]一種用于車輛最短路徑規(guī)劃的自適應遺傳算法及其與Dijkstra和A*算法的比較[J]. 李擎,謝四江,童新海,王志良.  北京科技大學學報. 2006(11)



本文編號：3096477