基于能量最優(yōu)的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃方法研究.pdf

1、工業(yè)機(jī)器人因其高效、優(yōu)質(zhì)的作業(yè)能力廣泛應(yīng)用在各類(lèi)工業(yè)場(chǎng)所，其中諸多機(jī)器人應(yīng)用在一些有著非常高的能耗生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)品制造階段。因?yàn)楣?jié)能減排是綠色制造的基本目標(biāo)，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的能耗優(yōu)化受到了許多機(jī)器人生產(chǎn)商和研究機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)關(guān)注。軌跡規(guī)劃是工業(yè)機(jī)器人最優(yōu)控制問(wèn)題之一，其任務(wù)是根據(jù)給定的路徑點(diǎn)規(guī)劃出經(jīng)過(guò)這些點(diǎn)并滿(mǎn)足邊界約束條件的光滑的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡。將能量最優(yōu)作為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行軌跡規(guī)劃獲得的光滑軌跡更易于跟蹤并減少執(zhí)行器和操作臂上的應(yīng)力。本文以常見(jiàn)的六自

2、由度串聯(lián)工業(yè)機(jī)器人為研究對(duì)象，分別研究了直角坐標(biāo)空間連續(xù)軌跡的工業(yè)機(jī)器人的最優(yōu)能耗軌跡的選擇方法及關(guān)節(jié)空間單位周期內(nèi)點(diǎn)焊機(jī)器人最優(yōu)能耗軌跡規(guī)劃方法。
　　首先，依據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)理論和D-H法建立MotomanHP165型機(jī)器人連桿坐標(biāo)系，并在分析連桿坐標(biāo)系相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆解求解過(guò)程。
　　其次，依據(jù)拉格朗日方法建立動(dòng)力學(xué)方程，相關(guān) D-H參數(shù)及動(dòng)力學(xué)參數(shù)在MATLAB中建立機(jī)器人模型；利用關(guān)

3、節(jié)驅(qū)動(dòng)器中的永磁交流伺服電機(jī)電學(xué)參數(shù)與動(dòng)力學(xué)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的關(guān)系建立軌跡能耗模型；利用弗萊納-雪列公式對(duì)直角坐標(biāo)空間工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器連續(xù)軌跡進(jìn)行表示，再通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解映射到關(guān)節(jié)空間；以末端執(zhí)行器的直線(xiàn)軌跡和圓弧軌跡為例，討論了在運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解多重性的情況下選擇最優(yōu)的能耗軌跡的方法。
　　最后，以單位生產(chǎn)周期點(diǎn)焊機(jī)器人的軌跡能耗為優(yōu)化目標(biāo)，通過(guò)在關(guān)節(jié)空間中將機(jī)器人的關(guān)鍵點(diǎn)用五次多項(xiàng)式曲線(xiàn)連接，并基于機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建立了永磁交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的

4、點(diǎn)焊機(jī)器人整個(gè)生產(chǎn)周期的軌跡能耗模型。在綜合考慮點(diǎn)焊機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及生產(chǎn)周期約束的情況下，提出基于蜜蜂進(jìn)化型遺傳算法求解點(diǎn)焊機(jī)器人最優(yōu)軌跡的方法。為保證算法前期全局尋優(yōu)和后期收斂速度，對(duì)算法中的選擇算子進(jìn)行改進(jìn)并構(gòu)建一種隨進(jìn)化代數(shù)變化的非線(xiàn)性適應(yīng)度函數(shù)。以典型點(diǎn)焊機(jī)器人為仿真對(duì)象，在 DELMIA定義其位姿獲取關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，并在MATLAB中進(jìn)行算法定義。通過(guò)與最短時(shí)間優(yōu)化的軌跡能耗對(duì)比，結(jié)果表明在滿(mǎn)足約束的情況下點(diǎn)焊機(jī)器人能耗最優(yōu)軌