基于凸轮设计理论的多关节机械手轨迹规划研究
发布时间：2021-01-13 16:55
随着工业机器人在现代社会中扮演着越来越重要的角色,其中多关节机械手更是因为其灵活性在很多领域中有着不可替代的作用,使得人们对它的工作性能有了更严格的要求。在机械手末端轨迹已知,工作节拍已定的情况下,为了使机械手精准的完成工作任务、降低执行器和机械结构臂的受力,从而产生平稳协调的运动。因此,对机械手关节加速度进行研究分析,提出一种基于凸轮设计理论的多关节机械手轨迹规划方法,使其能够在与原轨迹规划方法相比性能更佳的情况下完成工作。本文介绍了国内外机器人技术的发展现状以及多关节机械手轨迹规划的研究成果,接着论述了对机械手轨迹规划的特性指标分析和关节空间中轨迹规划的插值方法,然后分析了机械手关节最大加速度过大带来的问题。结合对机械手关节加速度的分析以及综合各轨迹函数的优点,提出组合函数轨迹曲线方法。文章阐述了凸轮设计理论,深入的研究了凸轮理论的运动函数规划,将凸轮运动约束与机械手运动约束进行对比分析,在满足机械手轨迹规划约束条件和工作节拍固定的情况下,提出基于凸轮设计理论的改进梯形加速度轨迹函数。结合凸轮运动轨迹函数和机械手运动约束条件对轨迹函数进行求解,求解出改进梯形加速度轨迹函数的方程式。...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
机械手Fig.1.1Manipulator
沈阳工业大学硕士学位论文本文是研究凸轮和关节机械手的运动节拍固定不变的情况下，不可以通过缩短机械手运行时间来进行时间最优轨迹规划，着手于研究关节最大加速度问题。通过在预定轨迹中降低关节最大加速度，以减少轨迹的运行误差，同时减少机械手整体结构的受力，提高轨迹控制的精确性以及灵活性，达到平稳可靠的机械手运动[29-31]。在机械手运动过程中，如果关节最大加速度过大，在机械手这种大重量机械中会产生很大的惯性，加大关节结构之间的磨损，影响运动轨迹的精确性和连续性，同时也会减少机械手的使用寿命。对优化机械手关节加速度的研究，可以提高机械手的工作性能，从而提升机械手工作效率和使用寿命。
图 2.1 抛物线过渡的线性插值 图 2.2 过路径点的抛物线过渡线性插值Fig.2.1 Linear interpolation of parabola transition Fig.2.1 Transition after the points in the path在某些有路径点的工作任务中，为了使作业路径点之间的速度曲线连续平滑，采用抛物线段来使之平滑过渡，如图 2.2 所示。由于抛物线是二阶函数，所以该轨迹曲线的加速度是恒定的，会引起柔性冲击。所以，它更适合于轨迹简单且要求不高的场合。2.4 轨迹规划加速度的研究在上文所提到的插值方法中，三次多项式插值函数的二阶导数（加速度）曲线虽然是连续的，但是却是一条直线，且加加速度函数是恒定值，这在机械手运动时会引起很大的机械振动，很难满足机械手的工作要求。争对出现的问题，提出用高阶的轨迹函数或多种组合型函数方法来解决此类问题。此举旨在综合利用高阶多项式的优点，即保证位移函数的二阶导数（加速度）函数曲线和三阶导数（加加速度）函数曲线的连续性；以及利用组合型函数曲线避免选取高阶多项式产生的复杂繁琐的计算。组合型函数是综合不同阶函数曲线优点，运用边界约束条件把多个曲线函数进行的组合，并通过约
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MATLAB Robotic Toolbox的关节型机器人运动仿真研究[J]. 陆佳皓,平雪良,李朝阳. 机床与液压. 2017(17)
[2]中国机器人产业未来发展关键词——解读《机器人产业发展规划（2016-2020年）》[J]. 宋慧欣. 自动化博览. 2016(09)
[3]全球工业机器人产业发展现状与趋势分析[J]. 李倩文,晏敬东. 科技创业月刊. 2016(05)
[4]中国机器人的发展战略思考[J]. 高峰,郭为忠. 机械工程学报. 2016(07)
[5]改进A-U模型视角下我国战略性新兴产业的发展路径研究——以机器人产业为例[J]. 张慧颖,王丽苹,张颖春,陈根来. 天津大学学报(社会科学版). 2016(01)
[6]《中国制造2025》机器人领域技术路线图[J]. 机器人产业. 2015(05)
[7]基于遗传算法的机械手时间能耗最优平滑轨迹规划[J]. 游玮,孔民秀,肖永强. 机器人技术与应用. 2015(05)
[8]六自由度机械手三维可视化仿真研究[J]. 张智,邹盛涛,李佳桐,李超. 计算机仿真. 2015(02)
[9]基于MATLAB的数学实验教学研究[J]. 卢月莉. 亚太教育. 2015(04)
[10]SCARA机械手的轨迹规划及运动学分析[J]. 高东强,杨磊,韩昆,张希峰. 机械设计与制造. 2015(01)
硕士论文
[1]基于预定轨迹的机械手最优关节加速度研究[D]. 张魁仓.合肥工业大学 2015
[2]基于遗传算法B样条曲线优化在机器人轨迹规划中应用[D]. 陈丹.武汉科技大学 2007
本文编号：2975230
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
机械手Fig.1.1Manipulator
沈阳工业大学硕士学位论文本文是研究凸轮和关节机械手的运动节拍固定不变的情况下，不可以通过缩短机械手运行时间来进行时间最优轨迹规划，着手于研究关节最大加速度问题。通过在预定轨迹中降低关节最大加速度，以减少轨迹的运行误差，同时减少机械手整体结构的受力，提高轨迹控制的精确性以及灵活性，达到平稳可靠的机械手运动[29-31]。在机械手运动过程中，如果关节最大加速度过大，在机械手这种大重量机械中会产生很大的惯性，加大关节结构之间的磨损，影响运动轨迹的精确性和连续性，同时也会减少机械手的使用寿命。对优化机械手关节加速度的研究，可以提高机械手的工作性能，从而提升机械手工作效率和使用寿命。
图 2.1 抛物线过渡的线性插值 图 2.2 过路径点的抛物线过渡线性插值Fig.2.1 Linear interpolation of parabola transition Fig.2.1 Transition after the points in the path在某些有路径点的工作任务中，为了使作业路径点之间的速度曲线连续平滑，采用抛物线段来使之平滑过渡，如图 2.2 所示。由于抛物线是二阶函数，所以该轨迹曲线的加速度是恒定的，会引起柔性冲击。所以，它更适合于轨迹简单且要求不高的场合。2.4 轨迹规划加速度的研究在上文所提到的插值方法中，三次多项式插值函数的二阶导数（加速度）曲线虽然是连续的，但是却是一条直线，且加加速度函数是恒定值，这在机械手运动时会引起很大的机械振动，很难满足机械手的工作要求。争对出现的问题，提出用高阶的轨迹函数或多种组合型函数方法来解决此类问题。此举旨在综合利用高阶多项式的优点，即保证位移函数的二阶导数（加速度）函数曲线和三阶导数（加加速度）函数曲线的连续性；以及利用组合型函数曲线避免选取高阶多项式产生的复杂繁琐的计算。组合型函数是综合不同阶函数曲线优点，运用边界约束条件把多个曲线函数进行的组合，并通过约
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MATLAB Robotic Toolbox的关节型机器人运动仿真研究[J]. 陆佳皓,平雪良,李朝阳. 机床与液压. 2017(17)
[2]中国机器人产业未来发展关键词——解读《机器人产业发展规划（2016-2020年）》[J]. 宋慧欣. 自动化博览. 2016(09)
[3]全球工业机器人产业发展现状与趋势分析[J]. 李倩文,晏敬东. 科技创业月刊. 2016(05)
[4]中国机器人的发展战略思考[J]. 高峰,郭为忠. 机械工程学报. 2016(07)
[5]改进A-U模型视角下我国战略性新兴产业的发展路径研究——以机器人产业为例[J]. 张慧颖,王丽苹,张颖春,陈根来. 天津大学学报(社会科学版). 2016(01)
[6]《中国制造2025》机器人领域技术路线图[J]. 机器人产业. 2015(05)
[7]基于遗传算法的机械手时间能耗最优平滑轨迹规划[J]. 游玮,孔民秀,肖永强. 机器人技术与应用. 2015(05)
[8]六自由度机械手三维可视化仿真研究[J]. 张智,邹盛涛,李佳桐,李超. 计算机仿真. 2015(02)
[9]基于MATLAB的数学实验教学研究[J]. 卢月莉. 亚太教育. 2015(04)
[10]SCARA机械手的轨迹规划及运动学分析[J]. 高东强,杨磊,韩昆,张希峰. 机械设计与制造. 2015(01)
硕士论文
[1]基于预定轨迹的机械手最优关节加速度研究[D]. 张魁仓.合肥工业大学 2015
[2]基于遗传算法B样条曲线优化在机器人轨迹规划中应用[D]. 陈丹.武汉科技大学 2007
本文编号：2975230
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