三自由度并聯(lián)機(jī)器人軌跡規(guī)劃及其控制實(shí)現(xiàn).pdf

1、作為一種先進(jìn)的生產(chǎn)工具，三自由度并聯(lián)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用在電子、食品、醫(yī)療等輕工行業(yè)中，取代人工完成分揀、拾取、包裝等枯燥的重復(fù)性工作，可以有效提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量。而軌跡規(guī)劃是機(jī)器人控制中的一個(gè)重要模塊，其效果的優(yōu)劣將直接影響機(jī)器人使用過(guò)程中的動(dòng)態(tài)性能和工作效率。因此，本課題以提出三自由度并聯(lián)機(jī)器人最優(yōu)拾取軌跡為目標(biāo)，以自主設(shè)計(jì)的機(jī)器人為研究對(duì)象，對(duì)其軌跡規(guī)劃和控制實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了探討。
　　首先，對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了分析，借

2、助矢量法建立了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解模型、速度模型及加速度模型，在此基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化機(jī)器人小臂質(zhì)量模型，利用虛功原理建立了機(jī)器人剛體動(dòng)力學(xué)模型，為軌跡規(guī)劃運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)約束條件的建立提供了理論基礎(chǔ)。其次，建立了基于梯形速度策略的門(mén)字型軌跡模型，同時(shí)針對(duì)其運(yùn)動(dòng)曲線不連續(xù)的問(wèn)題，基于電子凸輪原理提出一種橢圓插補(bǔ)軌跡規(guī)劃方法，并在考慮運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)約束情況下，建立了時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型。
　　然后，為求解最優(yōu)時(shí)間軌跡規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，本文應(yīng)用一

3、種自適應(yīng)遺傳算法，利用MATLAB實(shí)現(xiàn)了算法的編程和優(yōu)化求解，得到了門(mén)字型軌跡和橢圓軌跡下機(jī)器人最優(yōu)拾取時(shí)間，并對(duì)兩種軌跡的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明，本文提出的橢圓插補(bǔ)軌跡相對(duì)門(mén)字型軌跡能有效提高機(jī)器人動(dòng)態(tài)性能及拾取效率。在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步驗(yàn)證本文提出軌跡規(guī)劃方法的有效性，根據(jù)MATLAB優(yōu)化求解結(jié)果，在ADAMS環(huán)境中搭建仿真平臺(tái)，對(duì)橢圓插補(bǔ)軌跡優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了仿真分析。
　　最后，基于上位機(jī)+下位機(jī)的控制架構(gòu)對(duì)機(jī)器人控

4、制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)、軌跡規(guī)劃模塊化設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)。其中，硬件設(shè)計(jì)包括:主要硬件配置確定、PLC模塊電路設(shè)計(jì)、伺服系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、傳感器電路設(shè)計(jì)等;軌跡規(guī)劃模塊化設(shè)計(jì)包括:模塊引腳設(shè)計(jì)、插補(bǔ)流程設(shè)計(jì)、模塊封裝等;軟件設(shè)計(jì)包括:通信模塊設(shè)計(jì)、上位機(jī)交互式界面設(shè)計(jì)、PLC底層控制程序設(shè)計(jì)等。在此基礎(chǔ)上，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了橢圓插補(bǔ)軌跡試驗(yàn)，結(jié)果表明，應(yīng)用文中提出的軌跡規(guī)劃方法，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)曲線連續(xù)、平滑，沒(méi)有出現(xiàn)較大突變，動(dòng)態(tài)性能較優(yōu)，能