多關(guān)節(jié)機(jī)器人運動學(xué)與軌跡規(guī)劃及仿真研究

多關(guān)節(jié)機(jī)器人運動學(xué)與軌跡規(guī)劃及仿真研究

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1、分類號:TP273單位代碼:10183研究生學(xué)號:201巧24045密級:公開馨吉林大學(xué)碩古學(xué)位論文?;瘜W(xué)化()多關(guān)節(jié)機(jī)器人運動學(xué)與軌跡規(guī)劃及仿真硏究MultipleJointRoboticKinematicsandTrajectoryPlanningandSimurchlationResea作者姓名:姜立類別:工程碩±領(lǐng)域(方向):控制工程指導(dǎo)教師:隋振副教授培養(yǎng)單位:通信工程學(xué)院2016年6月未經(jīng)本論文作者的書面授權(quán),依法收存和保管本論文書面版本、電子版本的任何單位和個人,均不得對本論文的全部或部

2、分內(nèi)容進(jìn)行任何形式的復(fù)制、修改、發(fā)行、出租、改編等有礙作者著作權(quán)的商業(yè)性使巧(但純學(xué)術(shù)性使用不在此限)。否則,應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。吉林大學(xué)博±(或碩學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交學(xué)位論文,是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下,獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除義中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重耍貢獻(xiàn)的個人和集體,均已在文中明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名:這蔓日期:年6月t日—————————————————————多關(guān)節(jié)機(jī)器人運動學(xué)與軌

3、跡規(guī)劃及仿真研究—————————————————————MultipleJointRoboticKinematicsandTrajectoryPlanningandSimulationResearch作者姓名:姜立領(lǐng)域(方向):控制工程指導(dǎo)教師:隋振副教授類別:工程碩士答辯日期:2016年6月4日摘要摘要多關(guān)節(jié)機(jī)器人運動學(xué)與軌跡規(guī)劃及仿真研究隨著工業(yè)機(jī)器人廣泛地在焊接、搬運、碼垛、噴涂等領(lǐng)域大顯身手,工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域變得更加寬廣。在應(yīng)用過程中,對機(jī)器人空間位姿具有很嚴(yán)格的要求,但卻不能通過示教的方式來解決這一問題。因此,必須對機(jī)器人逆運動學(xué)問題進(jìn)行求解,并且在逆運動學(xué)解的基礎(chǔ)上進(jìn)行

4、多解優(yōu)化和完成軌跡規(guī)劃,最終替代示教器的功能,提高機(jī)器人的智能水平,實現(xiàn)機(jī)器人離線編程。針對不滿足PIEPER準(zhǔn)則的6R機(jī)器人的逆運動學(xué)解算法,存在計算過程特別復(fù)雜,或者不能求出逆運動學(xué)方程。所以本文提出一種基于多種群連續(xù)遺傳算法的機(jī)器人逆運動學(xué)算法。通過多種群算法,避免算法陷入局部最小值,提高算法收斂精度;通過連續(xù)遺傳算法,加快算法的收斂速度。通過對全部機(jī)器人逆運動學(xué)解進(jìn)行一定規(guī)則的優(yōu)化,得到一個最優(yōu)的工程逆運動學(xué)解;再通過對機(jī)器人關(guān)節(jié)角度進(jìn)行規(guī)劃,得到一個最優(yōu)的機(jī)器人連續(xù)運動的角度時間關(guān)系。以松下TA1400機(jī)器人作為求解的實例表明,本文提出的算法計算逆運動學(xué)解不受機(jī)器人幾何結(jié)構(gòu)的限

5、制,并且末端位姿誤差可以精確到小數(shù)點后2位,可在高精度軌跡跟蹤問題中應(yīng)用。本文主要研究內(nèi)容如下:1)闡述了國內(nèi)外對機(jī)器人逆運動學(xué)求解、逆解的多解優(yōu)化和關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃以及三維建模仿真的研究現(xiàn)狀,介紹了課題的研究意義、背景。研究了空間位姿的表示方法以及多關(guān)節(jié)機(jī)器人的運動學(xué)問題。對機(jī)器人的工作空間進(jìn)行分析,為后續(xù)的一般幾何結(jié)構(gòu)機(jī)器人逆運動學(xué)解的求取打下了良好的基礎(chǔ)。2)對遺傳算法原理進(jìn)行簡單介紹。針對該算法的收斂速度慢和收斂精度不高等問題,提出多種群連續(xù)遺傳算法。對一個一般幾何結(jié)構(gòu)的6自由度機(jī)器人的逆運動學(xué)解問題,同時利用基本遺傳算法和改進(jìn)后的算法進(jìn)行求取,得到改進(jìn)后的算法的收斂速度和收斂精

6、度具有較大的提高,該算法可以在工程實際中應(yīng)用。同時,對后面的多解優(yōu)化以及關(guān)節(jié)角度規(guī)劃打下了基礎(chǔ)。3)對機(jī)器人逆運動學(xué)解的多解問題進(jìn)行研究。通過對機(jī)器人劃線過程的分析,對逆解進(jìn)行多解優(yōu)化,得到一個唯一的工程解。對多解優(yōu)化后的結(jié)果在關(guān)節(jié)角度內(nèi)進(jìn)行直線插補、拋物線插補、多項式插補和樣條曲線插補,分析各種插值結(jié)果的優(yōu)劣性。依據(jù)各種插補的結(jié)果,同時參考笛卡爾空間軌跡的長度,為軌跡跟蹤打下良好的基礎(chǔ)。4)驗證各種插值結(jié)果對軌跡跟蹤的精度影響。對于各種軌跡規(guī)劃進(jìn)行MATLAB編程,對各種關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃后的角度、速度、加速度以及加加速度進(jìn)行仿真,檢驗它們是否連續(xù),最后得到合理的規(guī)劃方法。編寫機(jī)器人三維虛擬

7、仿真軟件,對機(jī)器人逆運動學(xué)解以及多解優(yōu)化后的結(jié)果進(jìn)行仿真研究。本文通過對不滿足PIEPER結(jié)構(gòu)機(jī)器人逆運動學(xué)解、機(jī)器人逆解的多解優(yōu)化和關(guān)節(jié)角度空間插值等方面進(jìn)行相關(guān)研究,得出一個適用于機(jī)器人劃線的算法,并用MATLAB的I吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文機(jī)器人工具箱對上述問題進(jìn)行驗證。最后,本文利用CATIA建立各個連桿幾何模型,應(yīng)用VC++的MFC模塊和OpenGL功能開發(fā)了機(jī)器人三維仿真軟件,成功實現(xiàn)了對機(jī)器人逆運動學(xué)、軌跡規(guī)劃等問題的仿真

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