六自由度機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及軌跡規(guī)劃方法研究

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1、萬方數(shù)據(jù)分類號(hào)UDC密級(jí)學(xué)位論文六自由度機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及軌跡規(guī)劃方法研究作者姓名：指導(dǎo)教師：申請學(xué)位級(jí)別：學(xué)科專業(yè)名稱：論文提交日期：學(xué)位授予日期：評(píng)閱人：楊林馬淑華副教授東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院碩士學(xué)科類別：工學(xué)控制理論與控制工程2014年6月論文答辯日期：2014年6月Z了f斗章7凰答湖會(huì)主席：顧德英顧德英、張淑清東北大學(xué)2014年6月萬方數(shù)據(jù)AThesisinControlTheoryandControlEngineeringResearchonKinematicsAnalysisandTrajectoryPlanningMethodoftheSixDOFRoboticA

2、rmByYangLinSupervisor：AssociateProfessorMaShuhuaNortheasternUniversityJune2014萬方數(shù)據(jù)獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：乖易林日期：)∥／壙．易，蘆j一學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并

3、向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索、交流。作者和導(dǎo)師同意網(wǎng)上交流的時(shí)間為作者獲得學(xué)位后：半年口一年∥一年半口兩年口學(xué)位論文作者簽名：不易干禾導(dǎo)師簽名：多殤Z等簽字日期：2-c,／妒、6、巧簽字日期：夕伊，r、參．M-I-萬方數(shù)據(jù)東北大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要六自由度機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及軌跡規(guī)劃方法研究摘要機(jī)械臂是一種能模仿人手臂的某些動(dòng)作，按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人進(jìn)行繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制

4、造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。目前，機(jī)械臂已經(jīng)受到越來越多部門的重視，對(duì)機(jī)械臂的研究也越來越多。其中，運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和軌跡規(guī)劃是工業(yè)機(jī)器人控制的主要研究方向，高效精確的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解算法和快速平滑的規(guī)劃軌跡對(duì)現(xiàn)代制造業(yè)規(guī)?；纳a(chǎn)，提高作業(yè)效率有著重要意義。因此，本文分別在機(jī)械臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解和軌跡規(guī)劃方面進(jìn)行了研究，提出了改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的算法和基于組合函數(shù)的軌跡規(guī)劃方法以及基于改進(jìn)遺傳算法的時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃。首先，介紹了機(jī)器臂位姿的表示方法，采用D-H方法對(duì)機(jī)械臂建模，分析它的正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題，并以Dr．RobotH20為例，模擬正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的建模過程

5、。其次，針對(duì)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題求解復(fù)雜，求解精度不高的問題，提出了一種改進(jìn)激勵(lì)函數(shù)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題的方法。相比于基本的BP網(wǎng)絡(luò)求逆方法，該方法通過對(duì)隱含層激勵(lì)函數(shù)的調(diào)整，使網(wǎng)絡(luò)的收斂速度更快，誤差更小，有效的解決了逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解問題。然后，研究了軌跡規(guī)劃路徑設(shè)計(jì)問題，針對(duì)傳統(tǒng)的軌跡規(guī)劃方法，提出了一種基于不同頻率的正余弦函數(shù)組合的軌跡規(guī)劃方法，該方法具有較小的速度和加速度，降低了機(jī)械臂關(guān)節(jié)的沖擊，減少了機(jī)械磨損。最后，提出了一種最優(yōu)時(shí)間軌跡規(guī)劃方法，通過改進(jìn)的遺傳算法對(duì)B樣條函數(shù)軌跡的優(yōu)化，使機(jī)械臂在滿足關(guān)節(jié)約束條件下，完成指定任務(wù)的時(shí)間最短。仿真結(jié)果表明該軌跡規(guī)劃方法不但縮

6、短了機(jī)械臂的運(yùn)行時(shí)間，而且各關(guān)節(jié)的運(yùn)行軌跡平滑，符合運(yùn)動(dòng)要求。關(guān)鍵詞：D．H建模；逆運(yùn)動(dòng)學(xué)；遺傳算法；軌跡規(guī)劃；時(shí)間最優(yōu)萬方數(shù)據(jù)東北大學(xué)碩士學(xué)位論文ResearchOnKinematicsAnalysisandTrajectoryPlanningMethodoftheSixDOFRoboticArmAbstractTheroboticarnlisakindofautomaticoperationdevicethatcanimitatesomeaetionofhumanarⅡlSlikegraspingandmovingobjectsoroperatingtoolsaccording

7、toafixedprogram．ItCallcarryoutheavyworkinsteadofhumanstorealizemechanizationandautomationofproductionandCallworkinaharmfulenvironmenttoprotectthepersonalsafety．So，itiswidelyusedinmachinerymanufacturing，metallurgy,electronics，lightindust