資源描述:
《挖掘機器人軌跡規(guī)劃與仿真研究》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、分類號:TP24學(xué)校代碼:10109密級:公開太原科技大學(xué)碩士學(xué)位論文(學(xué)術(shù)型)學(xué)位論文題目:挖掘機器人軌跡規(guī)劃與仿真研究英文題目:ResearchonTrajectoryPlanningandSimulationofExcavatorRobot研究生姓名:林貞國導(dǎo)師姓名及職稱:李海虹副教授培養(yǎng)單位:機械工程學(xué)院學(xué)科專業(yè):機械工程論文提交日期:2016年4月論文答辯日期:2016年6月10日答辯委員會主席:楊兆建教授論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知,除
2、了文中特別加標法和致謝的地方外,論文中不包一含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果。與我同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。本聲明產(chǎn)生的法律后果由本人承擔。^友?旬論文作者簽名:祠曰期;中文摘要中文摘要為實現(xiàn)挖掘機器人的自主挖掘功能,本文對挖掘機器人進行了軌跡規(guī)劃方法的研究。首先在D-H坐標系下建立了挖掘機器人工作裝置簡圖,完成正逆運動學(xué)分析,實現(xiàn)了位姿空間與關(guān)節(jié)空間的相互轉(zhuǎn)換。結(jié)合挖掘機器人的結(jié)構(gòu)參數(shù),對挖掘機器人工作空間范圍進行仿真分析,選取合理的作業(yè)區(qū)域,設(shè)定挖掘關(guān)
3、鍵點,通過空間樣條曲線插值法獲得挖掘機器人的空間挖掘路徑。通過機器人工具箱(RoboticToolbox)進行軌跡規(guī)劃問題的研究,建立挖掘機器人的連桿機構(gòu)模型,實現(xiàn)正逆運動學(xué)仿真、完成笛卡爾空間路徑仿真以及點到點的運動軌跡規(guī)劃仿真,針對該軌跡規(guī)劃方法僅能滿足點到點運動規(guī)劃的特點,進一步通過Matlab軟件完成關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃算法編程,進行軌跡規(guī)劃仿真研究。為實現(xiàn)挖掘機器人連續(xù)路徑下的挖掘過程規(guī)劃,在關(guān)節(jié)空間提出了2類軌跡規(guī)劃算法,即:關(guān)節(jié)空間分段多項式插值法,包括3-3-5-3-3、3-3-3-3-3、3-3-3-3-5分段多項式
4、插值法;以及關(guān)節(jié)空間函數(shù)擬合法,包括n次多項式擬合法及傅里葉級數(shù)擬合法,并對這些軌跡規(guī)劃方法進行仿真,對比說明各種軌跡規(guī)劃方法的適用條件及優(yōu)缺點。選擇分段多項式3-3-5-3-3軌跡規(guī)劃方法,結(jié)合工作裝置的動力學(xué)特性要求,提出了一種新的分段可變階多項式軌跡優(yōu)化方法,對于軌跡規(guī)劃結(jié)果中加速度階躍較大、超出約束值的軌跡多項式段,通過各關(guān)節(jié)加速度的約束值,逆向求解修正多項式的最高階次數(shù),實現(xiàn)二次規(guī)劃,并進行軌跡規(guī)劃仿真,滿足了工作裝置結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性要求。對于修正前后得到的軌跡規(guī)劃結(jié)果,通過正運動學(xué)計算,實現(xiàn)將關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃結(jié)果映射到
5、笛卡爾空間中鏟斗的空間路徑,通過與預(yù)先規(guī)劃的挖掘路徑進行比較,得到修正后相比修正前的路徑與預(yù)先規(guī)劃的路徑誤差更小,精確度更高。本文通過優(yōu)化得到的分段可變階多項式軌跡規(guī)劃方法,能夠完成挖掘機器人連續(xù)路徑下的工作任務(wù)、工作過程平穩(wěn)連續(xù)、工作精度較高、滿足工作裝置結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性要求。關(guān)鍵詞:挖掘機器人;軌跡規(guī)劃;機器人工具箱;關(guān)節(jié)空間插值法;關(guān)節(jié)空間擬合法;分段可變階多項式IABSTRACTABSTRACTToachieveautonomousminingfunctionofexcavatorrobot,thispaperresearc
6、hontheexcavatorrobotoftrajectoryplanningmethod.FirstofallintheD-Hcoordinatesystemestablishedsketchofworkingdeviceofexcavatorrobot,completedkinematicsandinversekinematicsanalysis,realizesthemutualconversionoftheposespaceandjointspace.Combinedwiththestructureparameterso
7、faexcavatorrobot,conductexcavatorrobotworkspacesimulationanalysis,selectingoperatingregion,settingupreasonableminingkeypoints,spacesplinecurveinterpolationmethodwasusedtoobtainaexcavatorrobotspaceminingpath.Throughtheroboticstoolboxfortrajectoryplanningproblemresearch
8、,establishthelinkagemodeloftheexcavatorrobot.realizedtheforwardandinversekinematicssimulation,completepathsimulationinCartes