工业机器人自适应轨迹平滑过渡算法研究

发布时间：2017-03-22 03:00

  本文关键词：工业机器人自适应轨迹平滑过渡算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着工业机器人的应用场合越来越多,对机器人运动规划的要求也越来越严格。尤其是机器人任务空间中的位置规划和姿态规划对机器人的工作精度和工作效率具有非常重要的作用。由此,本文针对机器人末端位置和姿态路径的平滑过渡算法以及连续的自适应速度规划算法进行研究。作为研究基础,本文分析了几种典型的机器人末端位置和姿态基本路径,确定了各种路径的构造算法。在此基础上,研究了位置和姿态路径的平滑过渡算法。提出了三次非均匀B样条作为位置过渡路径,根据过渡点及切线方向等条件,反解出控制点,从而构造出平滑的位置路径。针对姿态过渡路径,提出了三次均匀四元数样条,根据基本姿态路径平滑过渡条件,反解出过渡路径的控制点及节点向量,进而得到平滑的姿态路径。本文对位置和姿态轨迹规划算法进行了深入研究。首先由平滑路径推导出位置长度和姿态角位移的表达式,针对位置或姿态样条曲线,分析了曲线导数与速度之间的关系,采用了辛普森公式进行数值积分,解决了位置或姿态样条路径的长度或角位移的计算问题;然后运用自适应S型速度规划算法对位置和姿态平滑路径进行连续的速度规划;最后以位置和姿态轨迹的最大运行时间为参考量对位置或姿态轨迹进行同步处理。在MATLAB中搭建了六自由度串联机器人的运动仿真平台,将本文研究算法由机器人运动学逆解得到关节值,通过观察关节角度、角速度等信息,从而验证了本文算法的正确性和有效性。
【关键词】：样条曲线 四元数 平滑过渡 S型速度规划 位姿同步
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 位姿轨迹规划研究现状11-13
• 1.2.1 机器人轨迹规划11-12
• 1.2.2 位置过渡轨迹规划12
• 1.2.3 姿态过渡轨迹规划12-13
• 1.3 论文主要研究内容13-16
• 1.3.1 主要研究内容13-14
• 1.3.2 论文结构14-16
• 2 机器人的数学基础及正逆解16-30
• 2.1 机器人数学基础16-22
• 2.1.1 位姿表示方法16-19
• 2.1.2 机器人坐标变换19-22
• 2.2 机器人正逆解（位置）22-29
• 2.2.1 D-H参数建模22-24
• 2.2.2 机器人正解（位置）24-25
• 2.2.3 机器人逆解（位置）25-29
• 2.3 本章结论29-30
• 3 典型的位姿基本路径30-40
• 3.1 位置基本路径30-36
• 3.1.1 直线路径30-31
• 3.1.2 圆弧路径31-34
• 3.1.3 B样条路径34-36
• 3.2 姿态基本路径36-39
• 3.2.1 球面线性插值路径36-37
• 3.2.2 四元数样条路径37-39
• 3.3 本章结论39-40
• 4 位姿平滑过渡路径40-58
• 4.1 引言40-41
• 4.2 位置平滑过渡路径构造41-48
• 4.2.1 位置过渡路径的必要条件42-44
• 4.2.2 位置过渡控制点求解44-46
• 4.2.3 位置过渡节点向量求解46-48
• 4.3 姿态平滑过渡路径构造48-54
• 4.3.1 姿态过渡路径的必要条件49-50
• 4.3.2 姿态过渡节点向量求解50
• 4.3.3 姿态过渡控制点反解50-54
• 4.4 位姿过渡路径长度正反向拟合54-57
• 4.4.1 过渡路径长度（角位移）拟合54-55
• 4.4.2 过渡轨迹反向拟合55-57
• 4.5 本章结论57-58
• 5 自适应速度规划算法研究58-73
• 5.1 引言58-59
• 5.2 自适应S型速度规划59-67
• 5.2.1 基本原理59-62
• 5.2.2 核心算法设计62-67
• 5.3 连续位姿轨迹规划67-71
• 5.3.1 连续速度规划的基本原理68-69
• 5.3.2 位姿同步技术的基本原理69
• 5.3.3 连续轨迹规划的具体实现69-71
• 5.4 本章结论71-73
• 6 算法仿真、验证及分析73-87
• 6.1 机器人运动学仿真73-77
• 6.1.1 运动学正解73-75
• 6.1.2 运动学逆解75-77
• 6.2 任务空间平滑位置轨迹规划77-80
• 6.2.1 平滑位置路径的构造77-79
• 6.2.2 连续速度规划79-80
• 6.3 任务空间平滑姿态轨迹规划80-86
• 6.3.1 姿态基本路径构造81-82
• 6.3.2 平滑过渡特殊情况处理82-83
• 6.3.3 连续速度规划83-86
• 6.4 本章结论86-87
• 结论87-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-96
• 附录 196-98
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果98

  本文关键词：工业机器人自适应轨迹平滑过渡算法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：260727