焊接机械臂运动轨迹多目标优化

发布时间：2017-09-02 10:43

  本文关键词：焊接机械臂运动轨迹多目标优化

  更多相关文章： 工业机器人 焊接机械臂 运动学 路径优化 时间优化 能量优化

【摘要】：工业机器人自60年代初问世以来,期间经历了近50年的发展,现在已被广泛应用于工业制造领域,成为汽车制造业生产自动化中主要的机电一体化设备,而应用最多的则是焊接机械臂。应用机器人技术的主要目的在于:削减生产人员的编制、提高劳动生产率、以及降低劳动强度的同时提高产品的质量。机器人的应用与传统的机器设备的使用相比,具有两个主要优点:一是容易实现生产过程中的完全自动化;其次是与生产设备适应能力的高度融合。开发新的工业机器人是当前热点研究领域。本文以Motoman K6机械臂为研究对象,研究在其六个自由度条件下的路径、时间和能量优化问题。首先对Motoman K6建立运动学模型,研究运动轨迹。分别以路径最短、时间最短和能量最短作为优化目标,去探寻机器人最优运动轨迹。论文主要完成了以下工作:1,根据Motoman K6焊接机械臂结构参数,用D-H方法建立机器人运动学模型,并对机器人进行正、逆运动学分析;2,分别在连杆和关节的笛卡尔空间中分析现有的机器人轨迹规划方法。在关节运动控件内利用三次多项式方法实现机器人在空间中任一点到目标点的轨迹规划;3,通过焊接机器人工作空间,以路径最短为优化目标,用遗传算法实现最短路径规划,并与模拟退火算法进行比较。4,根据上面获得的路径,对运行时间建立拟合函数,并以时间最短为优化目标,得到速度连续、时间最短的机器人控制方案;5,在上面获得的路径和时间基础上,以动能最小作为优化目标,直接得到机器人两节点之间动能的轨迹。6,以路径、时间最短,动能最低为优化目标,运用多目标算法NSGA-II算法和PSO粒子群算法,对焊接机械臂的轨迹进行优化。
【关键词】：工业机器人 焊接机械臂 运动学 路径优化 时间优化 能量优化
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242.2;TG409
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 主要符号说明8-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题研究目的与意义9
• 1.2 国内外研究现状9-15
• 1.2.1 在焊接机械臂运动学方面11-12
• 1.2.2 在轨迹规划方面的国内外现状12
• 1.2.3 在轨迹优化理论与方法方面12-15
• 1.3 论文的主要研究内容15
• 1.4 本论文拟解决的问题和创新点15-16
• 第二章 焊接机械臂运动学分析16-24
• 2.1 空间位姿的描述16-18
• 2.1.1 刚体空间位姿描述16-17
• 2.1.2 齐次变换17-18
• 2.2 运动学方程的建立18-23
• 2.2.1 坐标系的分配19
• 2.2.2 连杆参数和连杆坐标系19-20
• 2.2.3 连杆变换20-22
• 2.2.4 Motoman机械臂参数模型建立22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 焊接机械臂运动学仿真24-32
• 3.1 MOTOMAN焊接机械臂正运动学分析24-25
• 3.2 MOTOMAN焊接机械臂的运动学正解25-26
• 3.3 焊接机械臂的运动学逆解26-28
• 3.4 Bp神经网络求解机械臂运动学逆解28-29
• 3.5 运动学逆解正确性验证29-30
• 3.6 本章小结30-32
• 第四章 优化算法与焊枪基本轨迹优化32-41
• 4.1 多目标遗传算法32-33
• 4.2 多目标粒子群算法33-36
• 4.2.1 PSO基本原理33-35
• 4.2.2 PSO的演变35
• 4.2.3 粒子群算法的目前改进工作35-36
• 4.3 机械臂焊枪轨迹规划36-39
• 4.3.1 随机点的轨迹规划36-37
• 4.3.2 管道焊点的轨迹规划37-39
• 4.4 本章小结39-41
• 第五章 焊接机械臂关节运动轨迹优化41-57
• 5.1 路径最短为目标的轨迹寻优41-46
• 5.1.1 机械臂关节运动的轨迹规划41-42
• 5.1.2 基于路径最短的优化建模42-44
• 5.1.3 优化结果与讨论44-46
• 5.2 时间最少为目标的轨迹优化46-49
• 5.2.2 基于时间最少的优化建模46-47
• 5.2.3 优化结果与讨论47-49
• 5.3 能量最低为目标的轨迹优化49-53
• 5.3.1 建立焊接机械臂的动力学模型49-51
• 5.3.2 优化结果与讨论51-53
• 5.4 路径、时间以及能量最优的多目标优化53-56
• 5.4.1 建立多目标优化模型53-54
• 5.4.2 优化结果与讨论54-56
• 5.5 本章小结56-57
• 第六章 总结57-58
• 6.1 主要工作回顾57
• 6.2 本课题今后需进一步研究的地方57-58
• 参考文献58-61
• 个人简历 在读期间发表的学术论文61-62
• 致谢62

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