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协作机器人时间最优轨迹规划研究 被引量:1
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作者 张涛 张建业 吴子朝 《机床与液压》 北大核心 2025年第3期12-19,共8页
通过调研主流协作机器人参数,针对搬运、码垛等轻工领域需求制定性能指标,采用“臂腕分离”方法进行机器人构型设计及关节模组研究。以该机器人为研究对象,为实现过指定路径点的时间最优轨迹规划,并确保各关节运动平滑、连续,在满足运... 通过调研主流协作机器人参数,针对搬运、码垛等轻工领域需求制定性能指标,采用“臂腕分离”方法进行机器人构型设计及关节模组研究。以该机器人为研究对象,为实现过指定路径点的时间最优轨迹规划,并确保各关节运动平滑、连续,在满足运动学约束条件下,使用3-5-3多项式插值方法进行关节空间轨迹规划。鉴于经典海洋捕食者算法局部搜索能力较差的问题,引入混沌映射初始化和自适应参数策略进行改进,并将新算法应用于3-5-3多项式插值的时间最优轨迹规划中。通过MATLAB仿真分析,改进后的各关节轨迹平滑连续且运行时间缩短,证明该改进算法在机器人轨迹规划中的有效性和可行性。 展开更多
关键词 协作机器人 时间最优轨迹规划 海洋捕食者算法
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基于改进GWO算法的掘进机断面成形轨迹规划方法研究 被引量:1
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作者 张旭辉 汤杜炜 +3 位作者 杨文娟 董征 田琛辉 余恒翰 《工程设计学报》 北大核心 2025年第3期296-307,共12页
巷道断面成形是煤矿掘进过程中的重要工序,但目前的巷道断面成形作业多为人工控制掘进机进行往复式截割,制约了煤矿掘进工作面的智能化发展。为此,针对断面成形轨迹规划未考虑煤岩特征、优化目标单一的问题,提出了一种基于改进灰狼优化(... 巷道断面成形是煤矿掘进过程中的重要工序,但目前的巷道断面成形作业多为人工控制掘进机进行往复式截割,制约了煤矿掘进工作面的智能化发展。为此,针对断面成形轨迹规划未考虑煤岩特征、优化目标单一的问题,提出了一种基于改进灰狼优化(grey wolf optimizer, GWO)算法的掘进机断面成形轨迹规划方法。首先,根据夹矸位置将待截割断面环境分为4种情况,对相应断面进行栅格化处理并建立栅格地图,同时采用二值膨胀法对不规则夹矸进行膨胀化处理。然后,对GWO算法进行了改进,以提升其寻优性能和收敛速度。接着,开展了仿真实验,利用改进GWO算法实现了4种环境下掘进机断面成形轨迹的规划。最后,利用掘进机样机开展了断面截割实验。仿真结果表明:相较于传统的GWO算法,改进GWO算法的收敛速度更快且收敛精度更高;在4种断面环境下,基于改进GWO算法规划的断面成形轨迹长度最短,欠挖面积最小,转向次数最少,更容易实现高精度、高效率的轨迹跟踪控制,保证了巷道断面的成形质量。实验结果表明,基于改进GWO算法规划的断面成形轨迹既能提高掘进机的截割效率,又能满足巷道断面成形的质量要求。研究结果可为煤矿井下智能掘进技术的发展提供新的思路和方法。 展开更多
关键词 掘进机 轨迹规划 断面成形 欠挖面积 灰狼优化算法
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挖掘机直线作业的精准轨迹规划
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作者 王爱红 席浩 +3 位作者 周继红 高有山 王猛 李虎山 《中国工程机械学报》 北大核心 2025年第2期244-248,253,共6页
针对关节空间中使用分段的多项式插值方法对挖掘机直线作业的运动轨迹进行轨迹规划时,存在轨迹并非直线导致轨迹并不精准的问题,提出一种基于多维轨迹的五次多项式插值方法,实现挖掘机直线作业的精准轨迹。在使用Matlab绘制出运动时相... 针对关节空间中使用分段的多项式插值方法对挖掘机直线作业的运动轨迹进行轨迹规划时,存在轨迹并非直线导致轨迹并不精准的问题,提出一种基于多维轨迹的五次多项式插值方法,实现挖掘机直线作业的精准轨迹。在使用Matlab绘制出运动时相关图像的同时,使用ikunc函数使得运动过程中各点求逆解最优化,并使用关节角度轨迹平滑处理算法和粒子群优化算法,对ikunc函数最优逆解关节角度变化最小进行验证,验证了ikunc函数对关节角度变化量最小、最佳求逆解的正确性,间接地达到了能量最优的效果。 展开更多
关键词 挖掘机 轨迹规划 多项式插值 运动学逆解
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紧急避障工况下三轴商用车辆局部轨迹规划研究
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作者 黄晨 邹灵杰 +1 位作者 陈龙 孙晓强 《重庆理工大学学报(自然科学)》 北大核心 2025年第5期36-44,共9页
提出了一种紧急避障工况下三轴商用车辆局部轨迹规划策略。构建了用于轨迹采样的Frenet坐标系,将复杂三维车辆运动解耦为2个独立的二维运动,提高轨迹规划速度和效率;在此基础上,进行巡航、变道、超车及跟车等轨迹点采样,通过五次多项式... 提出了一种紧急避障工况下三轴商用车辆局部轨迹规划策略。构建了用于轨迹采样的Frenet坐标系,将复杂三维车辆运动解耦为2个独立的二维运动,提高轨迹规划速度和效率;在此基础上,进行巡航、变道、超车及跟车等轨迹点采样,通过五次多项式拟合连接采样点形成平滑的候选参考轨迹;建立基于椭圆包络曲线的商用车改进优化轨迹碰撞检测函数,提出考虑最大曲率约束、速度约束、加速度约束以及向心加速度约束的轨迹筛选评估函数,从而形成能够保证三轴商用车辆平滑性、通过性、舒适性、安全性和稳定性的最优局部轨迹;通过直线道路工况、曲线道路工况以及“U”型道路工况等多场景仿真分析,规划轨迹的最大曲率分别减少5.26%、8.696%、27.98%,最大横摆角速度分别减少10.5%、3.79%、13.08%,从而验证了所提出三轴商用车辆避障轨迹规划策略的有效性。 展开更多
关键词 商用车辆 轨迹规划 Frenet坐标系 碰撞检测 轨迹筛选
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优化采样点选择策略的自动驾驶轨迹规划研究
5
作者 李文超 张一政 盘朝奉 《重庆理工大学学报(自然科学)》 北大核心 2025年第3期24-33,共10页
针对自动驾驶轨迹规划中关于实时性、安全性和舒适性的问题,提出一种优化采样点选择策略的自动驾驶轨迹规划方法,通过代价函数选取最优轨迹。综合考虑道路风险和障碍物风险,基于三角函数和二维高斯函数构建风险代价函数,引入障碍物筛选... 针对自动驾驶轨迹规划中关于实时性、安全性和舒适性的问题,提出一种优化采样点选择策略的自动驾驶轨迹规划方法,通过代价函数选取最优轨迹。综合考虑道路风险和障碍物风险,基于三角函数和二维高斯函数构建风险代价函数,引入障碍物筛选函数,提高处理复杂环境的能力;针对传统动态规划算法存在冗余计算的问题,基于车辆运动学、动力学性质和行驶特性,设计了有最大横向约束和不可倒车约束的采样点选择策略,提高动态规划算法的求解效率;构建速度优化模型,确保速度曲线符合速度限制、安全性和舒适性标准。通过联合仿真验证了该算法在不同道路环境下能够满足安全性要求,具有一定舒适性,且计算效率明显提升。 展开更多
关键词 自动驾驶 轨迹规划 驾驶风险评估 动态规划
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双机器人分区针刺成形轨迹规划
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作者 李皎 辛世纪 +2 位作者 陈利 易伟 陈小明 《纺织学报》 北大核心 2025年第3期207-215,共9页
为提高类回转曲面预制体的针刺成型质量和生产效率,提出一种双机器人分区针刺成形轨迹规划技术。利用类回转体的对称面,将针刺区域等分,实现双机器人针刺任务的均衡分配及其动作的独立控制,再使用三维CAD软件处理曲面数模获得针刺路径,... 为提高类回转曲面预制体的针刺成型质量和生产效率,提出一种双机器人分区针刺成形轨迹规划技术。利用类回转体的对称面,将针刺区域等分,实现双机器人针刺任务的均衡分配及其动作的独立控制,再使用三维CAD软件处理曲面数模获得针刺路径,然后通过由针刺点和辅助点构造的4个共顶点的三角网格单元,计算针刺点空间姿态。结果表明:构建的双机器人分区针刺轨迹规划理论与方法可行,开发的CAM后置处理软件可在2 s内实现机器人可执行程序的高效、高精确输出。双机器人分区针刺离线仿真过程无碰撞,末端执行器的位姿精准,类回转预制体针刺成形的针迹与计算机模拟轨迹的结果高度一致。双机器人高效完成了类回转预制体的针刺成形,生产效率比单台机器人提高了1倍,总针刺频率达到110次/min,适用于类回转预制体的批量化高效生产织造。 展开更多
关键词 针刺机器人 分区针刺 轨迹规划 异形预制体 复合材料
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狭窄环境下基于风险概率量化的车辆轨迹规划方法
7
作者 徐晓苏 迟骋 周帅 《中国惯性技术学报》 北大核心 2025年第4期383-393,共11页
为解决自主移动车辆在狭窄环境中路径规划困难以及在动态环境下安全性难以保障的问题,提出了一种适用于狭窄环境的基于风险概率量化的轨迹规划方法。引入风险意识,通过高斯概率模型对动态障碍物的风险区域进行建模,从而评估不同碰撞概... 为解决自主移动车辆在狭窄环境中路径规划困难以及在动态环境下安全性难以保障的问题,提出了一种适用于狭窄环境的基于风险概率量化的轨迹规划方法。引入风险意识,通过高斯概率模型对动态障碍物的风险区域进行建模,从而评估不同碰撞概率风险区域,将是否能通行问题转化成为可接受风险概率下的轨迹规划问题。不同于传统的质点模型,所提方法支持更精细的自身车辆区域建模,采用基于超平面的描述,结合风险区域与轨迹规划问题,提出新的自车区域与障碍物风险区域之间的最小距离约束条件。通过在多个挑战性场景中的仿真和实机测试,实验结果表明,所提方法在狭窄环境中表现优异,且在动态环境具备风险意识,在静态障碍物仿真实验中路径平滑度提高至少26.89%,在动态环境中安全距离增大至少16.75%。 展开更多
关键词 狭窄环境 风险意识 最小距离约束 轨迹规划
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HEDAC的多智能体无人机轨迹规划
8
作者 李寅杰 常新宇 张淼 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第5期327-334,340,共9页
为了实现高效多智能体的三维复杂结构检测,提出了一种基于热量方程驱动面积覆盖算法的多智能体无人机轨迹规划。多智能体热量方程驱动面积覆盖算法考虑了无人机参数和环境约束,产生了一些平滑、无碰撞的轨迹,它基于潜在视场方法,最大限... 为了实现高效多智能体的三维复杂结构检测,提出了一种基于热量方程驱动面积覆盖算法的多智能体无人机轨迹规划。多智能体热量方程驱动面积覆盖算法考虑了无人机参数和环境约束,产生了一些平滑、无碰撞的轨迹,它基于潜在视场方法,最大限度地减少了所需覆盖的空间,并且减少了检测时间。另外使用相机方向控制提升了轨迹生成的质量,该控制始终将相机引导到离结构的最近点。防撞目标被公式化为一个非线性优化问题,成功地防止了无人机之间以及有域边界的无人机之间的碰撞达到距离阈值。最后通过两个应用实例证明了提出方法的有效性。 展开更多
关键词 无人机 多智能体 轨迹规划 结构检测
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木勺分拣机械手轨迹规划与刚柔耦合仿真分析
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作者 赵辉 朱子瑞 +2 位作者 张天祥 赵雨菡 李明 《林产工业》 北大核心 2025年第4期73-78,共6页
为分析木勺分拣并联机械手在高速拾取时的运动精度,对并联机械手进行动态建模并模拟其耦合特性。轨迹规划直接影响到并联机械手的动态特性,对比分析传统的修正梯形加减速运动规律与改进粒子群优化的混合多项式轨迹规划对机械手关节变化... 为分析木勺分拣并联机械手在高速拾取时的运动精度,对并联机械手进行动态建模并模拟其耦合特性。轨迹规划直接影响到并联机械手的动态特性,对比分析传统的修正梯形加减速运动规律与改进粒子群优化的混合多项式轨迹规划对机械手关节变化规律的影响,以提高抓取与放置过程中的平稳性,减少冲击。使用有限元软件对从动杆柔性化导入动力学仿真软件中进行联合仿真,同时分析两种轨迹规划对机械手末端误差和运动过程中柔性杆的变形。结果表明:粒子群优化轨迹规划可提高机械手在高速分拣过程中的运动精度。 展开更多
关键词 并联机械手 轨迹规划 粒子群优化 刚柔耦合 偏移误差
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基于非线性模型预测控制的拖挂车系统泊车轨迹规划方法
10
作者 杨毅 贾博铂 +2 位作者 高亮 李岱伟 谢杉杉 《中国惯性技术学报》 北大核心 2025年第2期179-188,共10页
拖挂车是欠驱动与非完整约束高度耦合的非线性系统,具有状态维度高、约束复杂、内部稳定性差等特点,导致其泊车轨迹规划的求解时间长。因此,设计了一种基于非线性模型预测控制的拖挂车泊车轨迹规划方法,通过融合系统多元约束,构建优化问... 拖挂车是欠驱动与非完整约束高度耦合的非线性系统,具有状态维度高、约束复杂、内部稳定性差等特点,导致其泊车轨迹规划的求解时间长。因此,设计了一种基于非线性模型预测控制的拖挂车泊车轨迹规划方法,通过融合系统多元约束,构建优化问题,规划无碰撞的泊车轨迹。为加速优化问题的求解,首先,在系统的高维状态空间中使用结合Reed-Shepp(RS)曲线的改进快速扩展随机树(RRT*-RS)进行随机采样,以RS曲线满足反向行驶的特性,找到一条近似最优路径作为优化问题热启动的参考解。然后,在求解优化问题时,选用近似平均牛顿法以节约求解时间,提升系统实时性。最后,进行了倒库泊车、侧方泊车、多障碍物等场景实验仿真验证,仿真结果表明所提方法在不同场景下均可实现拖挂车泊车快速轨迹规划,求解时间与传统内点法和序列二次规划法相比均有40%以上的提升。 展开更多
关键词 拖挂车系统 自主泊车 轨迹规划 非线性模型预测控制 近似平均牛顿法
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激光加工机器人复杂相贯线切割轨迹规划方法
11
作者 李莎 高威 +1 位作者 陈磊 梁晓莉 《激光杂志》 北大核心 2025年第6期226-231,共6页
激光加工机器人在执行复杂相贯线切割任务时,由于无法对大量三维空间数据进行处理,导致其容易出现轨迹规划精度不佳的问题。为解决这一问题,本研究提出了一种激光加工机器人复杂相贯线切割轨迹规划方法。首先,构建相贯线数学模型,切割... 激光加工机器人在执行复杂相贯线切割任务时,由于无法对大量三维空间数据进行处理,导致其容易出现轨迹规划精度不佳的问题。为解决这一问题,本研究提出了一种激光加工机器人复杂相贯线切割轨迹规划方法。首先,构建相贯线数学模型,切割过程中相贯线的具体形态;然后,运用平面转换结合插补递推技术,对相贯线的切割误差实施补偿处理,确保切割的精确性;最后,以经过补偿处理的相贯线作为切割轨迹,利用矩阵变换方法完成激光加工机器人的切割轨迹规划。实验结果表明,所提方法的激光加工机器人切割轨迹规划效果更好、精度更高,具有更大的应用价值。 展开更多
关键词 相贯线 激光加工机器人 矩阵变换 插补递推方法 轨迹规划
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基于深度强化学习的四足机器人单腿越障轨迹规划
12
作者 李敏 张森 +5 位作者 曾祥光 王刚 张童伟 谢地杰 任文哲 张滔 《系统仿真学报》 北大核心 2025年第4期895-909,共15页
针对四足机器人在越障行走过程中存在关节振动、能耗高等问题,提出了一种基于深度强化学习SAC算法的四足机器人越障轨迹规划方法。基于机器人运动学和蒙特卡罗法分析了四足机器人单腿足端的运动空间;规划了一种复合七次多项式四足机器... 针对四足机器人在越障行走过程中存在关节振动、能耗高等问题,提出了一种基于深度强化学习SAC算法的四足机器人越障轨迹规划方法。基于机器人运动学和蒙特卡罗法分析了四足机器人单腿足端的运动空间;规划了一种复合七次多项式四足机器人越障运动轨迹;利用SAC算法训练并得到了四足机器人单腿在不同障碍物环境下的低能耗越障策略。仿真结果表明:复合七次多项式轨迹规划能有效减少四足机器人腿部在越障时产生的关节振动及足端接触力,在经过SAC算法训练后,机器人能够得到理想的轨迹规划参数,实现低能耗越障稳定行走。 展开更多
关键词 四足机器人 轨迹规划 深度强化学习 越障行走 关节能耗
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基于自学习的机器人时间最优轨迹规划研究
13
作者 蔺文刚 户文刚 南文虎 《机床与液压》 北大核心 2025年第9期60-66,共7页
针对工业搬运机器人在进行时间最优轨迹规划时面临的系统动力学模型不确定性问题,提出一种在线自学习的无模型时间最优轨迹规划方法。该方法的核心思想是结合离线和在线学习策略,以适应动态环境和实际操作条件。利用离线运动学约束条件... 针对工业搬运机器人在进行时间最优轨迹规划时面临的系统动力学模型不确定性问题,提出一种在线自学习的无模型时间最优轨迹规划方法。该方法的核心思想是结合离线和在线学习策略,以适应动态环境和实际操作条件。利用离线运动学约束条件和Hermite插值算法,生成运动学约束下的最优样条速度曲线。这一过程确保生成的速度曲线在满足运动学限制的同时,尽可能接近时间最优。在机器人实际运行中,在线采集轨迹数据。通过自学习策略,采用循环修正的方式对初始轨迹进行调整,以适应实际的动力学约束。这一在线学习过程使得机器人能够根据实时反馈不断优化其轨迹,从而获得实际操作条件下的时间最优轨迹。最后,以UR5e型协作机器人为实验平台,针对搬运负载为23 N的场景,通过14次交互学习成功获得了运动学及实际关节扭矩约束下的时间最优速度轨迹。实验结果验证了所提方法的有效性,表明该在线自学习无模型轨迹规划方法能够显著提高工业搬运机器人的工作效率和适应性。 展开更多
关键词 工业搬运机器人 在线自学习 轨迹规划 时间最优 HERMITE插值
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基于时空走廊的非结构化环境智能车辆轨迹规划
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作者 杨秀建 冯旭磊 +1 位作者 张生斌 白永瑞 《汽车工程》 北大核心 2025年第7期1357-1368,共12页
针对非结构化环境中现有时空联合轨迹规划方法未能充分考虑轨迹安全性问题,本文提出了一种基于时空走廊的时空联合轨迹规划方法,可在时空约束空间内直接求解可行驶的最优轨迹。首先,基于车辆运动学模型构建运动基元树,并通过对运动基元... 针对非结构化环境中现有时空联合轨迹规划方法未能充分考虑轨迹安全性问题,本文提出了一种基于时空走廊的时空联合轨迹规划方法,可在时空约束空间内直接求解可行驶的最优轨迹。首先,基于车辆运动学模型构建运动基元树,并通过对运动基元树搜索获取符合车辆运动学约束的初始轨迹。其次,以初始轨迹为基础构建三维时空走廊,为轨迹优化问题提供时空域上的安全求解空间。最后,在时空走廊内综合考虑动力学、安全性、连续性等约束条件,利用分段贝塞尔曲线方法对轨迹进行优化求解。仿真与实际环境测试结果表明,与TEB算法相比,本文所提出的轨迹规划方法在安全性与灵活性方面均表现出显著优势,同时具有良好的计算实时性。 展开更多
关键词 智能车辆 非结构环境 轨迹规划 时空走廊
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掉头场景下自动驾驶汽车的决策与轨迹规划
15
作者 田国富 郑佳强 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第18期7823-7831,共9页
针对自动驾驶汽车在双向单车道下的掉头场景,采用模糊推理提出了一种安全决策方法并基于车辆空间分布关系建立掉头数学模型,确定7个关键控制点,改进粒子群算法的搜索策略,并提出一种高效舒适的掉头轨迹规划方法。安全决策方法首先将掉... 针对自动驾驶汽车在双向单车道下的掉头场景,采用模糊推理提出了一种安全决策方法并基于车辆空间分布关系建立掉头数学模型,确定7个关键控制点,改进粒子群算法的搜索策略,并提出一种高效舒适的掉头轨迹规划方法。安全决策方法首先将掉头时本车道和目标车道上的车辆与自车的相对距离和转向时最小安全距离的差值建立隶属关系,选择安全性更高的时刻进行掉头;轨迹规划方法结合车辆空间分布特征,改进粒子群算法的约束,提出一种新的搜索策略,使其能够快速收敛到最优极值,规划出掉头的最优路径。研究表明:所提出的决策与轨迹规划方法可以安全、高效地完成掉头。 展开更多
关键词 自动驾驶 模糊推理 轨迹规划 粒子群算法 数学模型
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基于双贝塞尔曲线的稳定避障轨迹规划方法
16
作者 刘方涛 冯梦如 《兵工自动化》 北大核心 2025年第2期41-48,共8页
为满足动态场景中智能车辆实时规划安全避障轨迹需求,提出一种基于双贝塞尔曲线的智能车辆稳定避障轨迹规划方法。对传统贝塞尔曲线进行改进,建立加入中转状态的双贝塞尔曲线轨迹规划策略,通过最小纵向安全距离模型优化中转位置以保证... 为满足动态场景中智能车辆实时规划安全避障轨迹需求,提出一种基于双贝塞尔曲线的智能车辆稳定避障轨迹规划方法。对传统贝塞尔曲线进行改进,建立加入中转状态的双贝塞尔曲线轨迹规划策略,通过最小纵向安全距离模型优化中转位置以保证避障安全。结合场景信息建立车辆动力学约束优化避障策略,保证避障过程稳定性,从而得到合理轨迹集合。基于安全性与稳定性设计评价函数,以从合理轨迹集合中获取综合性能最优避障轨迹。进行Car Sim/Simulink联合仿真与硬件在环实验。实验结果表明:智能车辆避障过程中始终与障碍车保持一定安全距离,且车辆最大横摆角速度、横向加速度与侧倾角最大值分别为10.1 (°)/s,2.4 m/s^(2)与0.91°,证明所提出的轨迹规划方法在多种工况下均能生成最优避障轨迹,能保证避障过程安全、平稳完成。 展开更多
关键词 智能车辆 避障 轨迹规划 双贝塞尔曲线 中转状态
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基于混沌莱维粒子群算法的机械臂轨迹规划
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作者 盖荣丽 王康 王晓红 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2025年第5期101-105,109,共6页
针对传统粒子群算法在求解机械臂轨迹优化问题时存在的搜索精度不够、容易陷入局部最优等问题,提出了一种混沌莱维粒子群优化算法(TLPSO)。对标准粒子群算法(PSO)进行优化,引入Tent混沌映射和莱维飞行的方法进行改进,提高了算法的搜索... 针对传统粒子群算法在求解机械臂轨迹优化问题时存在的搜索精度不够、容易陷入局部最优等问题,提出了一种混沌莱维粒子群优化算法(TLPSO)。对标准粒子群算法(PSO)进行优化,引入Tent混沌映射和莱维飞行的方法进行改进,提高了算法的搜索能力和跳出局部最优解能力。以六自由度机械臂为研究对象,建立时间优化目标模型,以3-5-3多项式插值方法为基础对其进行轨迹规划。将该算法应用于求解多种测试函数以及机器人时间最优轨迹规划问题,与遗传算法改进的粒子群算法(PSO-GA)、鲸鱼优化算法(WOA)和布谷鸟搜索算法(CS)相比,该算法取得了较好的效果。优化后得到的机械臂位移、速度和加速度曲线平滑、无突变。结果表明,所提出的优化算法能够有效降低轨迹的执行时间。 展开更多
关键词 粒子群算法 Tent混沌映射 莱维飞行 时间最优 轨迹规划
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基于AE-RRT^(*)的煤矸分拣机器人避障拣轨迹规划方法
18
作者 曹现刚 藏家松 +3 位作者 吴旭东 王鹏 刘依哲 丁文韬 《煤炭学报》 北大核心 2025年第S1期729-740,共12页
煤矸分拣机器人工作时主要通过安装有末端执行器的机械臂将煤矸流中的矸石拣出,煤矸流随带式输送机移动,待分拣煤矸石周围物体对分拣过程有一定阻挡作用;现有机械臂轨迹规划算法大多以末端执行器快速接近目标矸石或安全抵达其上方为目标... 煤矸分拣机器人工作时主要通过安装有末端执行器的机械臂将煤矸流中的矸石拣出,煤矸流随带式输送机移动,待分拣煤矸石周围物体对分拣过程有一定阻挡作用;现有机械臂轨迹规划算法大多以末端执行器快速接近目标矸石或安全抵达其上方为目标,未能兼顾机械臂在动态环境中运行的安全性和分拣效率;使用机械臂对煤矸石这类移动中的大质量物体进行分拣时,还需考虑同步抓取以降低末端执行器与目标间速度差导致的冲击载荷。为保证煤矸分拣机器人工作的安全性、提升分拣效率并避免冲击载荷损伤末端执行器,以具有三自由度笛卡尔坐标机械臂的煤矸分拣机器人为研究对象,提出一种基于改进RRT^(*)的煤矸分拣机器人避障轨迹规划方法。首先,根据视觉识别系统获取的煤矸序列,以分拣收益函数为指标,将待分拣矸石任务分配至指定机械臂,结合末端执行器尺寸对障碍物进行适当膨化处理,将时间窗内其余煤与矸石建立为障碍环境,建立末端执行器与动态矸石间的同步跟踪约束关系;然后,使用人工势场法(Artificial potential fields)对RRT^(*)算法路径扩展过程中新节点的生长方向进行引导,提升扩展的方向性,并针对人工势场法易陷入局部最优的问题提出一种环境敏感型目标偏置策略(Environment-sensitive target bias strategy),根据新节点所处位置的势场情况实时调整目标偏置概率阈值,提升路径局部特性,使用改进后的RRT^(*)(AE-RRT^(*))对障碍环境中由起点前往目标矸石的避障路径进行求解,并使用贪心算法对路径冗余节点进行剪枝处理;最后,考虑同步约束与机械臂各关节速度、加速度约束,使用三阶B样条曲线进行跟踪动态煤矸石轨迹规划。实验结果表明:所提出的AE-RRT^(*)相较于现有煤矸分拣机器人避障轨迹规划方法,路径长度分别减少18.97%、3.09%,相较于传统RRT^(*)算法,路径长度平均减少5.92%、路径规划时间平均降低67.66%;所提出的煤矸分拣机器人避障轨迹规划方法相较于现有方法,在保证分拣效率的同时使机械臂末端抓取时刻位置与速度精度平均提升33.87%和51.88%,分拣动态煤矸石过程中顺利避开了移动障碍物且自身运行平稳。 展开更多
关键词 煤矸分拣机器人 改进快速扩展随机树 环境敏感 同步约束 轨迹规划
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结构化道路下智能车时空联合轨迹规划方法
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作者 胡杰 郑嘉辰 +3 位作者 周思龙 赵文龙 张志凌 姚茂嘉 《汽车工程》 北大核心 2025年第5期820-828,850,共10页
针对自动驾驶汽车所应用的时空分离轨迹规划方法易导致车辆灵活性不足,甚至无法在复杂工况下规划出可行轨迹,而现有时空联合轨迹规划方法难以满足结构化道路应用要求的问题,本文提出了一种基于动态规划与数值优化算法的时空联合规划方... 针对自动驾驶汽车所应用的时空分离轨迹规划方法易导致车辆灵活性不足,甚至无法在复杂工况下规划出可行轨迹,而现有时空联合轨迹规划方法难以满足结构化道路应用要求的问题,本文提出了一种基于动态规划与数值优化算法的时空联合规划方法。首先,在Frenet坐标系下使用动态规划算法生成时空耦合粗轨迹,过程中采用确定性采样法进行子节点拓展。然后,以粗轨迹为参考在笛卡尔坐标系下构建可行驶时空走廊,建立NMPC优化模型求解最终轨迹。最后,通过仿真验证算法有效性,结果表明,所提出的方法对结构化道路的适应性良好,相较于其他时空联合规划算法,能够更好地平衡通行效率、轨迹舒适性、算法实时性的要求。 展开更多
关键词 时空联合轨迹规划 动态规划 确定性采样 可行驶时空走廊 NMPC优化
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自由航路空域航空器无冲突轨迹规划
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作者 隋东 崔晓冰 周泽凯 《系统工程与电子技术》 北大核心 2025年第6期1899-1908,共10页
空中交通流量的持续增长导致航路拥堵和空域资源紧张。为缓解空中管制员的工作压力,提高空域的使用效率,基于自由航路空域的背景,提出无冲突轨迹规划的方法。建立一个多目标混合整数线性规划模型,该模型的核心是生成飞行高度剖面满足离... 空中交通流量的持续增长导致航路拥堵和空域资源紧张。为缓解空中管制员的工作压力,提高空域的使用效率,基于自由航路空域的背景,提出无冲突轨迹规划的方法。建立一个多目标混合整数线性规划模型,该模型的核心是生成飞行高度剖面满足离域协议高度,并为冲突航空器找到最近、最优的中间改航点。将空域离散化为菱形,以固定航向调整幅度并提高模型计算速度,使用分层序列法求解多目标问题。以真实的空域结构和高于当前运行态势的交通流量,生成具有连续交通流的场景样本。实验结果表明,94.625%的样本可以在120 s内得到无冲突轨迹,所提无冲突轨迹规划方法对于未来自由航路空域发展具有重要意义。 展开更多
关键词 自由航路空域 无冲突轨迹规划 空域离散化 多目标混合整数线性规划
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