六轴工业机器人的轨迹优化研究
发布时间：2021-09-08 20:26
随着工业机器人广泛地应用于生产生活的各个领域,对轨迹规划提出了更高的要求。工作效率和能量消耗一直是工业机器人最为重要的性能指标。本文以150Kg级6轴重载机器人为研究对象,采用D-H法建立工业机器人的运动学模型,利用拉格朗日法来推导动力学方程。在SolidWorks中建立工业机器人的三维实体模型并获取相关运动学和动力学参数。以时间-能量为优化指标,基于智能优化算法研究工业机器人的最优轨迹规划。传统的多项式轨迹规划并没有考虑约束条件,因此本文基于智能优化算法研究了满足动力学约束的时间-能量最优轨迹规划方法。针对人工蜂群算法（Artificial Bee Colony Algorithm,ABC）收敛慢、精度低等问题,提出了 一种改进的人工蜂群算法（Improved ABC,IABC）。为改善ABC算法每次迭代都只在单个维度上进行搜索,效率较低的不足,本文采用效率更高的全维搜索。在雇佣蜂阶段,引入了基于精英解的引导项和基于任意解的干扰项,在提高精英解导向作用的同时维持了种群的多样性。在跟随蜂阶段采用复合搜索策略,让一部分粒子执行全维度的邻域搜索以保证算法的全局探索能力,另一部分则执行灰狼算...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２所研宄工业机器人实物图
?第３章机器人基本轨迹规划方法???３．２．１直线规划??对于直线规划，梯形速度曲线规划是最基本的、最常见的直线规划方法，以??梯形速度曲线为例分析其插补算法，图３．４为插补效果的示意图。用户设定起点??匕时刻的速度Ｖ０、位姿坐标尸ｏＯｃｏｊ＾ｚａｃｔｏ，仇ｙ〇）和终点时刻以的速度Ｖ／、位姿坐标??尸／〇￥，＿ｙ／，ｚ／，ａ／，你＞ｙ／），加速度、减速度以及最大速度竹。??始末点位姿?＿？?Ｐ??，Ｐｆ??０．８?卜?：??离散化?丨??０．６?．??插值点位姿序列?＾?；??０．４、??逆运动学?ａ２＇?丨??关节角序列??０．４?６??｜?多项：＾插值?????０?０??关节角与时间的??函数??图３．３笛卡尔空间轨迹规划流程图?图３．４直线插补示意图??Ｆｉｇ?３．３?Ｔｈｅ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?Ｆｉｇ?３．４?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｌｉｎｅａｒ?ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ??ｐｌａｎｎｉｎｇ?ｉｎ?ｃａｒｔｅｓｉａｎ?ｓｐａｃｅ??首先判断能否达到设定的最大速度。当没有匀速阶段时，速度最大，此时有：??ｖ２?－Ｖ？?Ｖ２ｆ－ｖｔ??Ｌ＝Ｌ＋Ｌｄ＝ｍ?°＋＾￣－?（３．９）??Ｚａａ?ｌａｄ??式中Ｚ?＝?Ｊ（；ｃ，?－?Ａ）２?＋?Ｃｖ，?－ｈ）２?＋?（ｚ，?－?Ａ）２为起点和终点的直线距离，Ｌａ、Ｌｄ??分别为加速阶段和减速阶段的路程。由式（３．９）可以解得可以达到的最大速度为：??Ｊｌａａ．ａｄＸ?－ａａ．ｖｌ?＋?ａｄ．ｖｌ??ｖｍ＝＾?１￣￣－——－?（３．１０）??ａｄ－ａａ??如果
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【参考文献】：
期刊论文
[1]机场行李装载机器人的轨迹规划研究[J]. 洪振宇,赵冲,张志旭,张聪,彭松伟. 机械设计. 2020(03)
[2]UR10机器人的运动学分析与轨迹规划[J]. 刘强,杨道国,郝卫东. 机床与液压. 2019(17)
[3]加加速度连续有界的PTP运动轨迹规划研究[J]. 林建雄,白瑞林,王延玉. 机械科学与技术. 2019(08)
[4]基于多目标粒子群优化算法的6R工业机器人轨迹优化[J]. 李丽,房立金,王国勋. 机械传动. 2018(08)
[5]一种改进粒子群的工业机器人时间最优轨迹规划算法[J]. 王玉宝,王诗宇,李备备,郭放达. 小型微型计算机系统. 2018(08)
[6]工业机器人时间-能量-脉动最优轨迹规划[J]. 施祥玲,方红根. 机械设计与制造. 2018(04)
[7]关节型工业机器人轨迹规划研究综述[J]. 李黎,尚俊云,冯艳丽,淮亚文. 计算机工程与应用. 2018(05)
[8]基于Leap Motion和S曲线的飞行机器人机械臂控制研究[J]. 包军,仓宇,邓经枢,童明波. 计算机应用研究. 2018(11)
[9]基于Jerk最优的机器人轨迹规划[J]. 王文杰,秦现生,王鸿博,牛军龙,谭小群,张雪峰. 机械传动. 2017(07)
[10]空气阻力对工业机器人时间最优轨迹规划的影响[J]. 康代轲,陈明. 流体传动与控制. 2017(03)
博士论文
[1]机器人轨迹规划算法及其在虚拟环境下的投射式实现研究[D]. 罗熊.中南大学 2004
硕士论文
[1]基于CODESYS的六关节机器人运动控制方法研究[D]. 仲晓帆.浙江工业大学 2015
本文编号：3391432
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２所研宄工业机器人实物图
?第３章机器人基本轨迹规划方法???３．２．１直线规划??对于直线规划，梯形速度曲线规划是最基本的、最常见的直线规划方法，以??梯形速度曲线为例分析其插补算法，图３．４为插补效果的示意图。用户设定起点??匕时刻的速度Ｖ０、位姿坐标尸ｏＯｃｏｊ＾ｚａｃｔｏ，仇ｙ〇）和终点时刻以的速度Ｖ／、位姿坐标??尸／〇￥，＿ｙ／，ｚ／，ａ／，你＞ｙ／），加速度、减速度以及最大速度竹。??始末点位姿?＿？?Ｐ??，Ｐｆ??０．８?卜?：??离散化?丨??０．６?．??插值点位姿序列?＾?；??０．４、??逆运动学?ａ２＇?丨??关节角序列??０．４?６??｜?多项：＾插值?????０?０??关节角与时间的??函数??图３．３笛卡尔空间轨迹规划流程图?图３．４直线插补示意图??Ｆｉｇ?３．３?Ｔｈｅ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?Ｆｉｇ?３．４?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｌｉｎｅａｒ?ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ??ｐｌａｎｎｉｎｇ?ｉｎ?ｃａｒｔｅｓｉａｎ?ｓｐａｃｅ??首先判断能否达到设定的最大速度。当没有匀速阶段时，速度最大，此时有：??ｖ２?－Ｖ？?Ｖ２ｆ－ｖｔ??Ｌ＝Ｌ＋Ｌｄ＝ｍ?°＋＾￣－?（３．９）??Ｚａａ?ｌａｄ??式中Ｚ?＝?Ｊ（；ｃ，?－?Ａ）２?＋?Ｃｖ，?－ｈ）２?＋?（ｚ，?－?Ａ）２为起点和终点的直线距离，Ｌａ、Ｌｄ??分别为加速阶段和减速阶段的路程。由式（３．９）可以解得可以达到的最大速度为：??Ｊｌａａ．ａｄＸ?－ａａ．ｖｌ?＋?ａｄ．ｖｌ??ｖｍ＝＾?１￣￣－——－?（３．１０）??ａｄ－ａａ??如果
?第３章机器人基本轨迹规划方法???Ｐ３??２??「?／?＇??ｌｙ?＇??１，５．?；??Ｐ０?，?Ｉ??Ｎ?１?＜?（Ｐ２??／?卜、?＊??°－５＾?／?、ＶＰ２??／?，’??ｏｋ?ｐｉ?／??２＞Ｃ＾２??ｏｏ?ｘ??图３．５圆弧插补示意图??Ｆｉｇ?３．５?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?Ｃｉｒｃｕｌａｒ?ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ??由三点到圆心的距离相等可建立方程组：?￣??＝?（ｘ＼?￣ｘ〇）２?＋?（＾１?￣?Ｊｏ）２?＋?（Ｚ１?￣?ｚ〇）２??－ｒ２?＝?（ｘ２?－?ｘ０）２?＋?（ｙ２?－?Ｊｏ）２?＋?（ｚ２?－?ｚ０）２?（３．１６）??ｒ２?＝?（ｘ３?－ｘ０）２?＋（＞＞３?－ｙ〇）２?＋（ｚ３?－ｚ〇）２??由方程组（３．１６）可以消去未知量ｒ，得到式（３．１７）、（３．１８）：??２（ｘ２?－ｘｘ）ｘ?＋?２｛ｙ２?－ｙｘ）ｙ?＋?２（ｚ２?－ｚＬ）ｚ?＋?ｘＬ２?＋?－ｘ２２－ｙｌ－ｚ２２?＝?０??可记为：為ｘ?＋?５２少?＋?Ｃ２ｚ?＋?Ｚ）２?＝?０?（３．１７）??２（ｘ３?－?Ｘｊ）ｘ?＋?２（ｙ３?－ｙｊｙ?＋?２（ｚ３?－ｚｘ）ｚ?＋?ｘ＾＋＋?Ｚｊ２?－?ｘ３２?－?ｙｌ?－ｚ＾?＝?０??可记为：為ｊｃ?＋?５３＿ｙ?＋?Ｃ３ｚ?＋?Ｚ）３?＝?０?（３．１８）??由式（３．１５）、（３．１７）、（３．１８）可得到线性方程组：??＇Ａ?Ｂｉ?Ｑｌｐ〇ｌ?ｌＤｉ＇??Ａ?Ｂ２?Ｃ２?ｙ〇?＋?Ｄ２?（３－１９）??＿為?５３?Ｃ３＿?＿ｚ〇＿?＿Ｚ）３＿??由式（３．１９）可以
【参考文献】：
期刊论文
[1]机场行李装载机器人的轨迹规划研究[J]. 洪振宇,赵冲,张志旭,张聪,彭松伟. 机械设计. 2020(03)
[2]UR10机器人的运动学分析与轨迹规划[J]. 刘强,杨道国,郝卫东. 机床与液压. 2019(17)
[3]加加速度连续有界的PTP运动轨迹规划研究[J]. 林建雄,白瑞林,王延玉. 机械科学与技术. 2019(08)
[4]基于多目标粒子群优化算法的6R工业机器人轨迹优化[J]. 李丽,房立金,王国勋. 机械传动. 2018(08)
[5]一种改进粒子群的工业机器人时间最优轨迹规划算法[J]. 王玉宝,王诗宇,李备备,郭放达. 小型微型计算机系统. 2018(08)
[6]工业机器人时间-能量-脉动最优轨迹规划[J]. 施祥玲,方红根. 机械设计与制造. 2018(04)
[7]关节型工业机器人轨迹规划研究综述[J]. 李黎,尚俊云,冯艳丽,淮亚文. 计算机工程与应用. 2018(05)
[8]基于Leap Motion和S曲线的飞行机器人机械臂控制研究[J]. 包军,仓宇,邓经枢,童明波. 计算机应用研究. 2018(11)
[9]基于Jerk最优的机器人轨迹规划[J]. 王文杰,秦现生,王鸿博,牛军龙,谭小群,张雪峰. 机械传动. 2017(07)
[10]空气阻力对工业机器人时间最优轨迹规划的影响[J]. 康代轲,陈明. 流体传动与控制. 2017(03)
博士论文
[1]机器人轨迹规划算法及其在虚拟环境下的投射式实现研究[D]. 罗熊.中南大学 2004
硕士论文
[1]基于CODESYS的六关节机器人运动控制方法研究[D]. 仲晓帆.浙江工业大学 2015
本文编号：3391432
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