工业机器人路径规划和轨迹规划多目标优化.pdf

东南大学
硕士学位论文
工业机器人路径规划和轨迹规划的多目标优化
姓名:胡佳
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:汪峥
20090401
工业机器人路径规划和轨迹规划的多目标优化摘要工业机器人是在工业上应用极为广泛的机械设备,在应用中主要应该考虑机器人的控制问题,其目的就是使机器人在运动时遵循期望的路线并在规定时间内完成整个运动过程。工业机器人的控制又分为离线的运动规划和在线的伺服跟踪,运动规划又分为路径规划和轨迹规划两部分。首先研究路径规划和轨迹规划的仿真方法和技术。计算机仿真是研究复杂控制系统的有效手段之一,由于工业机器人运动学和动力学模型的复杂性,建立仿真模型是一个十分困难的过程。本文采用���编程工具以及��������ぞ呦浣��机器人的运动学和动力学模型,并对其进行仿真。描述了路径规划的具体方法步骤以及仿真结果,对轨迹规划进行了深入的研究,结合实际分析了时间最优轨迹规划的特点,采用参数化表示的方法降低动力学模型的维数,使得仿真易于进行,采用动态规划法求取最优时间,并对仿真结果进行了分析,证明了轨迹规划方法的有效性。其次研究路径规划和轨迹规划的关系,提出了路径规划和轨迹规划综合优化的方法来同时优化这两个互相耦合的过程。在路径规划之后,采用��醪逯档姆椒ǘ岳�散路径进行拟合得到光滑路径,为了对得到的路径的光滑程度有一个量化的表示,提出了光滑度的一种计算方法。采用了模糊控制器来控制路径的修正幅度,使得路径更加光滑,进而求得机器人沿该路径运行的最小时间。在对机器人路径规划和时间最优轨迹规划进行综合优化的基础上,又提出了对路径规划和轨迹规划的两个性能指标时间和能量进行三目标综合优化的优化过程模糊控制方法,并采用遗传算法优化了模糊控制器的参数。选取了算例对该方法进行了仿真,仿真结果验证了方法的正确性。最后,在���环境下开发了工业机器人多目标优化算法的演示程序,实现了关键词:工业机器人;路径规划;轨迹规划:模糊控制器;多目标优化上述算法。
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础东南大学学位论文独创性声明东南大学学位论文使用授权声明研究生签名:导师签名:本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布��ǹ��论文的全部或部分内容。论文的公布��ǹ��授权东南大学研究生院办理。表示了谢意。
第一章绪论��研究背景��.�ひ祷�魅思蚪�自��年美国制造出第一台实用的示教型工业机器人以来,国际上对工业机器人的开发、研制和应用已近�年的历程。目前,以日、美、德、法、韩等为代表的许多国家的机器人产业日趋成熟和完善,所生产的工业机器人已成为一种标准设备在全球得到广泛应用。工业机器人的主要应用领域有弧焊、点焊、装配、搬运、切割、喷漆、喷涂、检测、码垛、研磨、抛光、上下料、激光加工等复杂或单调的作业、工业机器人技术在制造业应用范围越来越广,其标准化、模块化、网络化和智能化的程度越来越高,功能也按照国际标准化组织���亩ㄒ澹��魅耸且恢肿远�摹⑽恢每煽氐摹⒕哂斜喑�能力的多功能机械手,这种机械手具有几个轴,能够借助可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置,以执行种种任务。工业机器入则是其中一类机器人的总称。依据具体的应用不同,工业机器人又可以分为不同类型,其中应用比较广泛的有焊接机器人、装配机器人、喷漆机器人等。机器人的优点在于它可以通过程序的更改,方便迅速地改变工作内容或方式,来满足生产要求的变化【�俊�由于应用场合的不同,工业机器人结构形式多种多样,各组成部分的驱动方式、传动原理和机械结构也有各种不同的类型。通常工业机器人由手部、手腕、手臂、机身和行走机构五部分组成,如