三自由度并聯(lián)機器人軌跡規(guī)劃及其控制實現.pdf

1、作為一種先進的生產工具，三自由度并聯(lián)機器人被廣泛應用在電子、食品、醫(yī)療等輕工行業(yè)中，取代人工完成分揀、拾取、包裝等枯燥的重復性工作，可以有效提高產品生產效率及生產質量。而軌跡規(guī)劃是機器人控制中的一個重要模塊，其效果的優(yōu)劣將直接影響機器人使用過程中的動態(tài)性能和工作效率。因此，本課題以提出三自由度并聯(lián)機器人最優(yōu)拾取軌跡為目標，以自主設計的機器人為研究對象，對其軌跡規(guī)劃和控制實現方法進行了探討。
　　首先，對機器人結構形式進行了分析，借

2、助矢量法建立了機器人運動學逆解模型、速度模型及加速度模型，在此基礎上，簡化機器人小臂質量模型，利用虛功原理建立了機器人剛體動力學模型，為軌跡規(guī)劃運動學和動力學約束條件的建立提供了理論基礎。其次，建立了基于梯形速度策略的門字型軌跡模型，同時針對其運動曲線不連續(xù)的問題，基于電子凸輪原理提出一種橢圓插補軌跡規(guī)劃方法，并在考慮運動學和動力學約束情況下，建立了時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃的數學模型。
　　然后，為求解最優(yōu)時間軌跡規(guī)劃數學模型，本文應用一

3、種自適應遺傳算法，利用MATLAB實現了算法的編程和優(yōu)化求解，得到了門字型軌跡和橢圓軌跡下機器人最優(yōu)拾取時間，并對兩種軌跡的優(yōu)化結果進行了對比分析，結果表明，本文提出的橢圓插補軌跡相對門字型軌跡能有效提高機器人動態(tài)性能及拾取效率。在此基礎上，為進一步驗證本文提出軌跡規(guī)劃方法的有效性，根據MATLAB優(yōu)化求解結果，在ADAMS環(huán)境中搭建仿真平臺，對橢圓插補軌跡優(yōu)化結果進行了仿真分析。
　　最后，基于上位機+下位機的控制架構對機器人控

4、制系統(tǒng)進行了硬件設計、軌跡規(guī)劃模塊化設計、軟件設計。其中，硬件設計包括:主要硬件配置確定、PLC模塊電路設計、伺服系統(tǒng)電路設計、傳感器電路設計等;軌跡規(guī)劃模塊化設計包括:模塊引腳設計、插補流程設計、模塊封裝等;軟件設計包括:通信模塊設計、上位機交互式界面設計、PLC底層控制程序設計等。在此基礎上，搭建實驗平臺進行了橢圓插補軌跡試驗，結果表明，應用文中提出的軌跡規(guī)劃方法，機器人驅動關節(jié)運動曲線連續(xù)、平滑，沒有出現較大突變，動態(tài)性能較優(yōu)，能