时间最优的机器人点到点轨迹规划问题研究

发布时间：2017-10-18 17:48

  本文关键词：时间最优的机器人点到点轨迹规划问题研究

  更多相关文章： 轨迹规划 时间最优 插值 3次样条

【摘要】：在机器人工作的时候,为了缩短其节拍时间,提高工作效率,人们提出了面向时间最优的轨迹规划的概念,成为近年来机器人研究的重要方向之-目前,在处理面向时间最优的机器人轨迹规划问题时,通常需要使用一个插值函数连接各个目标点,同时,保证插值函数的待定系数的数目多于边界条件所能确定出的待定系数的数目。这样,在边界条件约束下的待定系数的集合就形成了一个可供寻优的空间,通过优化算法,以运行时间为目标函数时,就可以得到一个时间最优的轨迹。此时,插值函数的形式和优化方法的选择就成了影响优化效果的重要因素。围绕这一问题,进行了如下几方面的研究：针对目前时间最优的轨迹规划问题中,尚无有效的时间最短轨迹判定定理的情况,提出了轨迹“关于点到点问题等效”的概念,并通过等效性的思想,证明了在每2个目标点之间分段数为7的3次样条函数可以描述时间最短的轨迹的充分性。针对上述插值函数,以运行时间为目标构造了目标函数,分别尝试使用共轭梯度法、拟牛顿方法和遗传算法对其进行优化,比较了各方法的优化表现,同时分析了以每2个目标点之间分段数为7的3次样条函数为插值函数的优化结果与传统插值函数的优化结果的不同。针对冗余的问题,重新改写了目标函数,并使用遗传算法进行了优化,观察了优化表现。针对实际应用中,机器人运动学模型与实体之间存在一定误差的情况,使用了一个误差反传(Error Back Propagation, BP)申经网络对误差进行了补偿,并将补偿值添加到目标函数中。而后,将优化结果加载到机器人中实际运行,验证了优化结果的正确性与可行性。
【关键词】：轨迹规划 时间最优 插值 3次样条
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 问题背景及其与路径规划的区分8-10
• 1.2 机器人轨迹规划问题的意义与分类10-12
• 1.2.1 轨迹规划在机器人领域的意义10
• 1.2.2 机器人轨迹规划问题的分类10-12
• 1.3 点到点轨迹规划问题的研究历史、现状以及存在的问题12-16
• 1.3.1 点到点非冗余问题的研究历史与现状12-15
• 1.3.2 冗余问题的研究现状15-16
• 1.4 本文工作16-17
• 1.5 小结17-18
• 2 点到点非冗余问题中能够描述时间最短轨迹的插值函数18-44
• 2.1 问题与模型的数学描述18-20
• 2.2 轨迹函数关于PTP问题等效与万能等效性20-41
• 2.2.1 轨迹函数关于PTP问题等效20-21
• 2.2.2 关于PTP问题的万能等效性21-22
• 2.2.3 加速最大形式、位移最大形式以及速度极值最小形式22-25
• 2.2.4 满足等效性的样条函数25-41
• 2.3 每两点间分7段的3次样条曲线能够描述时间最短情况的证明41-42
• 2.4 小结与相关讨论42-44
• 3 点到点非冗余问题的数值优化44-60
• 3.1 优化的数学模型及目标函数的构造44-45
• 3.2 优化求解45-59
• 3.2.1 共轭梯度方法46-50
• 3.2.2 拟牛顿方法50-54
• 3.2.3 遗传算法54-56
• 3.2.4 优化结果及其分析比较56-59
• 3.3 小结与展望59-60
• 4 点到点冗余问题的数值优化60-69
• 4.1 机器人运动学简介60-62
• 4.2 约束条件的修改62-63
• 4.3 优化过程与结果63-67
• 4.3.1 算例及计算条件63-65
• 4.3.2 优化过程及结果65-67
• 4.4 小结67-69
• 5 规划结果正确性的实例验证69-84
• 5.1 UR5机器人运动学参数、操作方式与操作平台的搭建69-74
• 5.1.1 运动学分析69-74
• 5.1.2 轨迹的运行与读取74
• 5.2 机器人轨迹规划74-83
• 5.2.1 路径点、约束条件以及优化过程75-79
• 5.2.2 优化结果的运动仿真、实体运行与及其与示教结果的对比79-83
• 5.3 小结83-84
• 结论84-85
• 参考文献85-90
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况90-91
• 致谢91-92

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陶其铭,柯尊忠;机器人轨迹规划新方法的研究[J];机床与液压;2003年04期

2 张立勋;董玉红;路敦民;沈锦华;;合作机器人轨迹规划及实验研究[J];中国机械工程;2005年22期

3 潘双夏;季炳伟;童永峰;;基于操纵平稳性的液压挖掘机轨迹规划方法[J];浙江大学学报(工学版);2006年08期

4 胡贯朋;高雪官;马培荪;;一种类人型机器人踢球时腿部轨迹规划实验方案[J];实验室研究与探索;2006年01期

5 穆海华;周云飞;严思杰;韩爱国;;超精密点对点运动三阶轨迹规划精度控制[J];机械工程学报;2008年01期

6 张立勋;李彦涛;高峻;刘富强;;助餐机器人轨迹规划研究[J];系统仿真学报;2010年05期

7 谭岗慧子;陈劲杰;;三指仿人灵巧手轨迹规划及仿真研究[J];机械研究与应用;2010年03期

8 邹风山;曲道奎;徐方;;真空机器人轨迹规划研究[J];组合机床与自动化加工技术;2011年10期

9 徐鹏飞;罗庆生;韩宝玲;姚猛;;新型工业码垛机器人轨迹规划研究[J];组合机床与自动化加工技术;2012年05期

10 周荣荻;王海;;多指灵巧手关节空间的轨迹规划研究[J];数字技术与应用;2012年07期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张国伟;李斌;郑怀兵;龚海里;王聪;;乒乓球灵巧机械臂轨迹规划[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年

2 杨淮清;金兰;;基于动作基元的行走轨迹规划及其在原地转向型机器人中的应用[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年

3 张涛;李则婷;陈善本;;移动焊接机器人轨迹规划[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年

4 郭为忠;韩波;邹慧君;;混合输入机构的连续轨迹规划研究[A];全国印刷、包装机械凸轮、连杆机构学术研讨会（第6届全国凸轮机构学术年会）论文集[C];2005年

5 冯翼;李颖;赵新;刘景泰;;足球机器人运动轨迹规划和避障算法的设计与实现[A];马斯特杯2003年中国机器人大赛及研讨会论文集[C];2003年

6 许瑛;渡徍克巳;许伟;;连杆曲线的等弧长分割法在机器人轨迹规划中的应用[A];第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集[C];2004年

7 刘新建;李迅;张彭;;双柔性杆机械手点位运动的关节轨迹规划[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年

8 崔天时;陈天宏;;基于遗传算法的采摘机器人轨迹规划[A];黑龙江省农业工程学会2011学术年会论文集[C];2011年

9 单恩忠;戴斌;宋金泽;孙振平;;受控动力学样条插值方法研究[A];2009年中国智能自动化会议论文集（第一分册）[C];2009年

10 荆怀靖;唐春英;任斐;王辉;;基于组合映射的网格曲面螺旋轨迹规划[A];第二届民用飞机制造技术及装备高层论坛资料汇编（论文集）[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 谭论 哈恩晶;国外机器人“水土不服”国产机器人市场看好[N];中国工业报;2005年

2 黄柯;机器人产业跃过“临界期” 企业摩拳擦掌[N];中国高新技术产业导报;2009年

中国博士学位论文全文数据库 前8条

1 胡海静;行星着陆轨迹规划与制导控制方法研究[D];北京理工大学;2016年

2 高德东;柔性针穿刺软组织变形机理及动态轨迹规划方法研究[D];浙江大学;2017年

3 禹鑫q，

本文编号：1056305