水切割機(jī)器人工藝參數(shù)優(yōu)化與路徑規(guī)劃方法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、本課題以江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目《柔性超高壓水切割系統(tǒng)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化》為背景，研究并開(kāi)發(fā)以汽車內(nèi)飾件為切割對(duì)象的水切割機(jī)器人離線編程及作業(yè)規(guī)劃系統(tǒng)。
　　本文深入分析了水切割機(jī)器人離線編程系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和相關(guān)技術(shù)，根據(jù)實(shí)際需求開(kāi)發(fā)了切割質(zhì)量預(yù)測(cè)和工藝參數(shù)優(yōu)化、過(guò)渡路徑規(guī)劃、全局路徑規(guī)劃等模塊。以VC++作為軟件開(kāi)發(fā)工具，借助SolidWorks三維圖形軟件與OpenGL技術(shù)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)圖形顯示，完成用戶交互。
　　針對(duì)切割質(zhì)量預(yù)測(cè)

2、和工藝參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題，首先給出了粗糙度預(yù)測(cè)模型的建立方案。在充分研究3層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理的基礎(chǔ)上，增加隱含層，形成4層的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以提高切割質(zhì)量的預(yù)測(cè)精度。然后利用訓(xùn)練樣本訓(xùn)練獲得工件切割工藝參數(shù)（進(jìn)給速度、射流壓力、靶距、磨料粒度和磨料流量）與切割質(zhì)量（切面粗糙度）的關(guān)系模型，接著通過(guò)檢驗(yàn)樣本驗(yàn)證模型的預(yù)測(cè)效果?；陬A(yù)測(cè)模型，分別采用梯度法和模擬退火算法實(shí)現(xiàn)給定切割粗糙度下的進(jìn)給速度優(yōu)化，獲取期望工件切割質(zhì)量指標(biāo)和其他約束條件下的最優(yōu)

3、切割速度。
　　針對(duì)過(guò)渡路徑規(guī)劃問(wèn)題，給出了3種過(guò)渡路徑規(guī)劃方案:1）三維網(wǎng)格化水切割機(jī)器人規(guī)劃空間，標(biāo)記障礙物區(qū)域和自由空間區(qū)域，利用A*算法實(shí)現(xiàn)無(wú)碰過(guò)渡路徑規(guī)劃;2)提取工件上表面信息，自動(dòng)生成采樣空間，采用改進(jìn)RRT*算法實(shí)現(xiàn)無(wú)碰過(guò)渡路徑規(guī)劃;3）基于改進(jìn)RRT*算法，借鑒雙向RRT算法思想，研究并實(shí)現(xiàn)雙向RRT*(Bi-RRT*)算法進(jìn)行過(guò)渡路徑規(guī)劃，進(jìn)一步提升規(guī)劃速度。最后，選取算法運(yùn)行時(shí)間和路徑長(zhǎng)度為指標(biāo)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，

4、對(duì)比分析三種方案的規(guī)劃效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Bi-RRT*算法的規(guī)劃效率是最優(yōu)的。
　　針對(duì)以往路徑規(guī)劃中以直線代替過(guò)渡路徑進(jìn)行切割序列優(yōu)化造成排序結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題，將Bi-RRT*算法融合到基于遺傳算法的切割輪廓排序算法中，實(shí)現(xiàn)在切割輪廓序列優(yōu)化的同時(shí)進(jìn)行過(guò)渡路徑的規(guī)劃。根據(jù)水切割規(guī)劃作業(yè)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的多雙向樹(shù)連接算法，實(shí)現(xiàn)多雙向樹(shù)的連接，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行連接路徑的二次優(yōu)化，充分利用已有“樹(shù)”資源，減少Bi-RRT*算法的采樣次