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《關(guān)于工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)路徑設(shè)計(jì)及模型求解探究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、關(guān)于工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)路徑設(shè)計(jì)及模型求解探究摘要：本文成功解決了機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)路徑設(shè)計(jì)問(wèn)題，分別針對(duì)機(jī)械手臂的三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)即在無(wú)障礙物空間內(nèi)的點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、在無(wú)障礙物空間下的沿已知曲線的運(yùn)動(dòng)以及有障礙物情況下的點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，給出相應(yīng)的規(guī)劃模型，并提出“轉(zhuǎn)角遺傳算法”和“指令系列遺傳算法”有效求解了模型。該模型具有一定現(xiàn)實(shí)意義，模型可用來(lái)推廣。關(guān)鍵詞：六自由度機(jī)械臂遺傳算法避碰問(wèn)題機(jī)械臂設(shè)計(jì)1.模型分析首先對(duì)模型進(jìn)行假設(shè)，假設(shè)已知機(jī)器人初始的位姿和目標(biāo)點(diǎn)，反解機(jī)器人在由初始位姿到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的過(guò)程中的各個(gè)動(dòng)作？機(jī)器人在初始位姿時(shí)的各個(gè)連桿的相對(duì)空間關(guān)系是確定的，那么就可以求出連桿坐標(biāo)系和連桿坐標(biāo)系
2、之間的奇次變換矩陣，本文在這些奇次變換矩陣，設(shè)計(jì)了另外得求解方法，即利用非線性規(guī)劃模型求出指尖最接近目標(biāo)點(diǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度，從而可以求出目標(biāo)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)角度與初始姿態(tài)的旋轉(zhuǎn)角度之差。假設(shè)在初始位置與目標(biāo)位置之間的區(qū)域中有若干個(gè)已知大小、形狀、方向和位置的障礙物，為了不損壞機(jī)器，要求機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)中始終不能與障礙物相碰(機(jī)械臂連桿的粗細(xì)自己設(shè)定)？由于各個(gè)障礙物的大小、形狀、方向和位置是已知的，那么就可以確定障礙物的空間范圍，只要保證機(jī)器人各個(gè)連桿滑過(guò)的空間范圍不與障礙物的空間范圍不相交，那么機(jī)械臂就不會(huì)與障礙物相碰。1.模型建立、求解與結(jié)果分析2.1模型建立與求解方法針對(duì)本模型中的六自由度機(jī)械臂，
3、可以首先對(duì)六個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)建立了D-H四點(diǎn)參數(shù)坐標(biāo)系。圖6-1機(jī)械臂初始狀態(tài)及各個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)的D-H四點(diǎn)參數(shù)坐標(biāo)系然后利用6自由度機(jī)械臂的連桿D-H參數(shù)，寫(xiě)出各連桿齊次變換矩陣，將各連桿變換矩陣相乘，可得6自由度機(jī)器人的總的變換矩陣，由機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)正解方程可以得出，其中為機(jī)械臂指尖坐標(biāo)則有：(1-1)可以看出機(jī)械臂指尖坐標(biāo)的3個(gè)維度上的坐標(biāo)均是的方程，若已知機(jī)械臂指尖坐標(biāo),根據(jù)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解方程，就可以反解出旋轉(zhuǎn)角度。為了達(dá)到精準(zhǔn)的目的只能盡可能的接近，為求出最接近的終點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)角度，本文以實(shí)際到達(dá)點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)指尖的距離最小為目標(biāo)函數(shù)，以各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的范圍作為約束條件，建立模型如下：(1-2)在M
4、atlab軟件下，利用遺傳算法就可以求得最接近目標(biāo)點(diǎn)的終點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)角度，由于模型(6-2)中目標(biāo)函數(shù)相對(duì)較復(fù)雜，包含有六個(gè)變量的，故本文設(shè)計(jì)了“轉(zhuǎn)角遺傳算法”來(lái)求解這個(gè)模型。2.2具體編碼過(guò)程1)編碼解碼采用等長(zhǎng)的十進(jìn)制進(jìn)行編碼：對(duì)可選的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角的集合進(jìn)行編碼作為一個(gè)基因，六個(gè)基因組成一個(gè)個(gè)體。2)適應(yīng)度函數(shù)用適應(yīng)度函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)遺傳算法時(shí)，適應(yīng)度越大，解的質(zhì)量越好，本題中以機(jī)械臂最終到達(dá)點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)距離最短的方式最優(yōu)？3)遺傳算子a)選擇算子采用比例選擇方式：第一步：先計(jì)算出群體中所有個(gè)體的適應(yīng)度的總和；第二步：其次計(jì)算出每個(gè)個(gè)體的相對(duì)適應(yīng)度的大小，它即為各個(gè)個(gè)體被遺傳到下一代群體中的概率。
5、b)交叉算子采用單點(diǎn)交叉算子：第一步：對(duì)每一對(duì)相互配對(duì)的個(gè)體，隨機(jī)設(shè)置某一基因座之后的位置為交叉點(diǎn)。第二步：對(duì)每一對(duì)相互配對(duì)的個(gè)體，依設(shè)定的交叉概率pc在其交叉點(diǎn)處相互交換兩個(gè)個(gè)體的部分染色體，從而產(chǎn)生出兩個(gè)新的個(gè)體。5)運(yùn)行參數(shù)運(yùn)用轉(zhuǎn)角遺傳算法求出機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而可以求出機(jī)械臂從初始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角度的變化量,機(jī)械臂指尖從一個(gè)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)點(diǎn)可以由不同的動(dòng)作組合完成，那么本文就可以建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型？為了達(dá)到快捷目的，本文在建立模型過(guò)程中以機(jī)械臂動(dòng)作個(gè)數(shù)最少為目標(biāo)函數(shù)，約束條件是機(jī)械臂經(jīng)過(guò)動(dòng)作序列控制后，各個(gè)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度之和為旋轉(zhuǎn)角度的變化量，模型如下：(1-3)以動(dòng)作幅度最大為準(zhǔn)則
6、求解模型(6-3),得出結(jié)果。1.結(jié)論(1)在使用四點(diǎn)參數(shù)法(D-H法)建立了齊次坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上，確定了連桿參數(shù)，得到了六自由度機(jī)械臂的正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并導(dǎo)出其運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解；并設(shè)計(jì)了具有良好的適應(yīng)性、較高準(zhǔn)確率和障礙處理功能的“轉(zhuǎn)角遺傳算法”和“指令系列遺傳算法”O(jiān)(2)采用“轉(zhuǎn)角遺傳算法”解決了機(jī)器臂取用工具問(wèn)題；采用“轉(zhuǎn)角遺傳算法”和樣條插值解決了沿軌跡焊接問(wèn)題；采用“指令系列遺傳算法"解決了容器內(nèi)部焊接可能遇到障礙物問(wèn)題。參考文獻(xiàn)：[1]機(jī)器人控制研究丁學(xué)恭浙江大學(xué)出版社2006P19[2]六自由度機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)—?jiǎng)恿W(xué)分析及計(jì)算機(jī)仿真谷鳴宇吉林大學(xué)碩士論文2005[3]現(xiàn)代優(yōu)化計(jì)算方法
7、刑文訓(xùn)謝金星清華大學(xué)出版社2005P113
