收藏本站
《兰州理工大学》 2014年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于遗传算法的机械臂时间最优轨迹规划

张秀林  
【摘要】:本文旨在规划出一条运行过程中各杆件角位移、角速度、角加速度无突变的时间最优无碰运动轨迹。选定PUMA560机械臂为研究对象,建立运动学模型,建立动力学模型,采用B-样条函数规划出一条机械臂末端的运动轨迹,以时间最优为准则采用遗传算法优化已得轨迹,最终得到时间最优机械臂末端运行轨迹。本文主要研究内容如下: 首先,简化了总体机械臂几何模型,建立了连杆坐标系,选用D-H方法建立齐次变换矩阵,根据模型参数和运动学理论基础求得机械臂正运动学方程,计算PUMA560的正运动学方程,同时用ADAMS做了仿真实验,仿真结果与计算结果相近,验证了该机械臂正运动学方程的正确性;之后做了逆运动学分析,为后续的轨迹规划做铺垫。 其次,考虑到动力学方程的强耦合性和非线性,在求解机械臂各关节的动力学方程之前,对动力学方程做了一些简化,简化了速度、动能以及位能;选用拉格朗日方程法,根据杆件的几何参数和惯性参数建立了机械臂各关节的动力学方程,主要计算了各连杆的变换矩阵、各连杆的伪惯性矩阵、连杆系统惯量矩阵。 再次,从关节空间轨迹规划和笛卡尔空间轨迹规划两方面介绍了一些轨迹规划方法,对于关节空间轨迹规划,介绍了三次多项式轨迹规划和五次多项式轨迹规划,这两种规划方法不需要带有中间插值点;带中间插指点的4-3-4轨迹规划方法以及3-5-3轨迹规划方法,还有三次样条插值和三次B-样条曲线轨迹规划。对于笛卡尔空间轨迹规划从直线插补规划和圆弧插补规划两方面介绍。本文采用B-样条函数进行轨迹规划,在给定轨迹上插值得出一些中间插值点(型值点),用逆运动学将这些型值点转化到关节空间得到关节角度值,将笛卡尔空间的轨迹约束转化到关节空间;然后用B-样条函数拟合出各关节轨迹。同时将得到的数据导入ADAMS中进行轨迹规划仿真,得出各关节角位移、角速度、角加速度变化曲线,分析曲线可以看出角速度变化平缓,但是角加速度曲线有明显的突变,并且整个轨迹运行时间为11s,时间并不是最优,还待优化。 最后,以时间最优作为优化目标,选用遗传算法来优化机械臂整个轨迹运行的时间。简单介绍了遗传算法优化原理;针对已得到的B-样条轨迹,采用遗传算法,考虑了角速度约束、角加速度约束、角加速度变化量约束以及力矩约束,以时间最短作为优化目的进行轨迹优化,给出了具体的优化步骤,将时间优化为8.02s,得到了满足运动学约束和动力学约束的B-样条时间最优轨迹。
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TP241;TP18

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王幼民;机械臂关节空间B样条曲线轨迹规划[J];安徽机电学院学报;2000年02期
2 刘松国;朱世强;吴文祥;;具有运动时间约束的机械手最优平滑轨迹规划[J];电机与控制学报;2009年06期
3 叶桦;冯纯伯;;机械手的运动学最短时间轨迹规划[J];东南大学学报;1990年03期
4 王卫忠;赵杰;高永生;蔡鹤皋;;机器人的平面曲线轨迹规划方法[J];哈尔滨工业大学学报;2008年03期
5 郑亚青;;绳牵引并联机器人的样条函数法运动轨迹规划[J];华侨大学学报(自然科学版);2007年02期
6 凌家良;施荣华;王国才;;工业机器人关节空间的插值轨迹规划[J];惠州学院学报(自然科学版);2009年03期
7 周小燕;高峰;鲍官军;杨庆华;;基于IAGA的机械手时间最优轨迹规划[J];机电工程;2009年08期
8 徐向荣,马香峰;机器人运动轨迹规划分析与算法[J];机器人;1988年06期
9 周刚;张铁;;基于MDH模型对机器人标定算法的研究[J];计算机与数字工程;2010年07期
10 张小江;高秀华;;三次样条插值在机器人轨迹规划应用中的改进研究[J];机械设计与制造;2008年09期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 周芳;蒸汽发生器检修机械手路径规划及控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王幼民;机械臂关节空间B样条曲线轨迹规划[J];安徽机电学院学报;2000年02期
2 王幼民,徐蔚鸿;机械臂关节空间Bezier曲线轨迹规划[J];安徽机电学院学报;2000年03期
3 汪雨萌;钱桦;谭月胜;周满平;;五自由度采摘机械臂运动学通用算法应用[J];安徽农业科学;2012年03期
4 葛洪央;葛新锋;;机器人运动学的旋量表述[J];安徽农业科学;2012年10期
5 孙文新;齐名军;;人工鱼群优化在云计算环境中任务调度算法[J];安徽农业科学;2012年11期
6 彭生祥,李凯;多移动机器人编队行进中的行为分解[J];北京服装学院学报;2004年01期
7 陈志;汪先兵;王璕;刘丽;骆远福;;采用指数积的三自由度机器人运动学方程[J];兵工自动化;2006年05期
8 时国平;刘赣伟;;工业机器人示教盒系统的设计[J];兵工自动化;2006年05期
9 翟大庆;;气轮机叶片未知曲面的机器人自动搜寻技术[J];兵工自动化;2006年09期
10 刘伟;齐晓慧;;基于视觉的机械手臂自主抓物的实现[J];兵工自动化;2008年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 崔博文;陈剑;陈心昭;;工业机器人在噪声测量上的应用研究?[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
2 陈文颉;窦丽华;;基于改进遗传算法的一种新的图像恢复方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
3 方浩;李路;贾睿;窦丽华;;考虑地面影响因素的轮式机器人轨线跟踪控制联合仿真[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 张豫南;王双双;张健;宋杰;;基于虚拟样机的全方位移动平台运动控制研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
5 熊青春;王健强;;基于机构精度通用算法的机器人位姿误差建模[A];首届中国CAE工程分析技术年会暨2005全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2005年
6 杨莹;丁堃;许侃;;国际机器人科学知识前沿演化的可视化分析[A];科学学理论与科学计量学探索——全国科学技术学暨科学学理论与学科建设2008年联合年会论文集[C];2008年
7 徐德;景奉水;谭民;;基于Linux操作系统的开放式工业机器人实时控制研究[A];钱学森科学贡献暨学术思想研讨会论文集[C];2001年
8 林晓鹰;;摩托车自动焊接生产系统仿真[A];福建省科协第五届学术年会数字化制造及其它先进制造技术专题学术年会论文集[C];2005年
9 臧庆凯;李春贵;闫向磊;;基于MATLAB的PUMA560机器人运动仿真研究[A];广西计算机学会2010年学术年会论文集[C];2010年
10 杨朝虹;张海珠;;机器人技术的应用与发展[A];先进制造技术论坛暨第五届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周芳;蒸汽发生器检修机械手路径规划及控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 时长江;豆科类杂草种子图像识别系统研究[D];中国海洋大学;2009年
3 孙建;基于外骨骼机器人技术的人体手臂震颤抑制关键技术研究[D];中国科学技术大学;2010年
4 胡平平;多屏同步三维显示技术的研究和实现[D];中国电力科学研究院;2010年
5 曾智刚;波浪运动升沉补偿液压平台关键问题试验研究[D];华南理工大学;2010年
6 周巍;煤矿井下搜救探测机器人的路径规划及轨迹跟踪控制研究[D];太原理工大学;2011年
7 唐志国;机械臂操作柔性负载系统分布参数建模与控制方法研究[D];吉林大学;2011年
8 李大奇;叶片双面磨抛系统及路径规划研究[D];吉林大学;2011年
9 李正义;机器人与环境间力/位置控制技术研究与应用[D];华中科技大学;2011年
10 郭秀丽;采伐联合机机械手运动分析与控制系统研究[D];东北林业大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王幼民;机械臂关节空间B样条曲线轨迹规划[J];安徽机电学院学报;2000年02期
2 王幼民,徐蔚鸿;机械臂关节空间Bezier曲线轨迹规划[J];安徽机电学院学报;2000年03期
3 崔超;袁杰;郑晓东;何鹏;;用于机器手控制的动态模糊神经网络[J];北京理工大学学报;2007年12期
4 罗小平,韦巍;基于模糊RBF神经网络的冗余机械手运动学逆解[J];电光与控制;2002年03期
5 李天友;孟正大;赵娇娇;刘迎福;朱伟;刘少辉;;基于焊接机器人的关节空间轨迹规划方法[J];电焊机;2009年04期
6 王洪斌,李铁龙,郭继丽;机器人的神经网络鲁棒轨迹跟踪控制[J];电机与控制学报;2005年02期
7 张红强;章兢;王耀南;刘健辰;徐磊;;机器人关节空间B样条轨迹设计的混沌优化[J];电机与控制学报;2007年02期
8 李东洁;邱江艳;尤波;;一种机器人轨迹规划的优化算法[J];电机与控制学报;2009年01期
9 滕召波,张世永,陈华富,何光中;非线性规划一般约束条件的SQP方法[J];电子科技大学学报;2001年01期
10 段玉倩,贺家李;遗传算法及其改进[J];电力系统及其自动化学报;1998年01期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王文利;大射电望远望悬索式馈源支撑系统的运动规划、动态检测与控制[D];西安电子科技大学;2001年
2 郑亚青;绳牵引并联机构若干关键理论问题及其在风洞支撑系统中的应用研究[D];华侨大学;2004年
3 王东署;工业机器人标定技术研究[D];东北大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 穆海华;周云飞;严思杰;杨华;;超精密点对点运动3阶轨迹规划算法研究[J];机械科学与技术;2008年02期
4 吕俊杰;李建华;;被动动力式机器人行走极限环收敛轨迹规划[J];机械与电子;2009年03期
5 姜倩倩;李素玲;陈大伟;;板簧搬运机械手轨迹规划研究[J];山东理工大学学报(自然科学版);2012年02期
6 徐达;夏祥;李华;肖自强;李闯;;基于组合函数的弹药装填机器人轨迹规划[J];装甲兵工程学院学报;2013年02期
7 丁汉;机器人冗余控制和离线轨迹规划的研究[J];机器人;1990年04期
8 邓建一,张宗明;机器人轨迹规划的一个新方法[J];上海交通大学学报;1991年03期
9 叶辰雷;刘晓平;贠超;;码垛机器人的轨迹规划与仿真分析[J];机械研究与应用;2013年05期
10 李超,董继先;浅析机器人轨迹规划中关节空间轨迹的插值方法[J];西北轻工业学院学报;2002年05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;渡辺克巳;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6条
1 禹鑫燚;八轮被动关节式月球车及其轨迹规划与运动控制研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
2 吴永海;全方位移动机器人运动控制及规划[D];浙江大学;2011年
3 张淑珍;基于活动标架的喷涂机器人喷枪轨迹规划研究[D];兰州理工大学;2013年
4 赵剑波;染色体切割装备宏动系统研究[D];河北工业大学;2007年
5 丛岩峰;高速公路环境中自主驾驶车辆运动规划与控制[D];吉林大学;2011年
6 朱彦伟;航天器近距离相对运动轨迹规划与控制研究[D];国防科学技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘晓艳;基于势能场的针刺软组织轨迹规划及实验研究[D];天津大学;2010年
2 万三国;机械手抛光技术轨迹规划及其仿真研究[D];五邑大学;2012年
3 单恩忠;基于微分平坦与样条理论的自主泊车轨迹规划研究[D];国防科学技术大学;2009年
4 李鸿;工业机器人轨迹规划[D];五邑大学;2012年
5 陈强;开放式机器人控制系统的轨迹规划研究[D];华南理工大学;2013年
6 田西勇;机器人轨迹规划方法研究[D];北京邮电大学;2008年
7 周强;基于被动视觉传感的焊接路径获取与轨迹规划[D];中南大学;2013年
8 顾斌;鱼体利用流场能量的推进行为及游动轨迹规划研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 姜倩倩;板簧搬运机械手控制系统及轨迹规划研究[D];山东理工大学;2012年
10 王斌;并联协作机构轨迹规划研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026