基于能量最優(yōu)的工業(yè)機器人運動軌跡規(guī)劃方法研究.pdf

1、工業(yè)機器人因其高效、優(yōu)質(zhì)的作業(yè)能力廣泛應(yīng)用在各類工業(yè)場所，其中諸多機器人應(yīng)用在一些有著非常高的能耗生產(chǎn)線產(chǎn)品制造階段。因為節(jié)能減排是綠色制造的基本目標，對工業(yè)機器人的能耗優(yōu)化受到了許多機器人生產(chǎn)商和研究機構(gòu)的重點關(guān)注。軌跡規(guī)劃是工業(yè)機器人最優(yōu)控制問題之一，其任務(wù)是根據(jù)給定的路徑點規(guī)劃出經(jīng)過這些點并滿足邊界約束條件的光滑的最優(yōu)運動軌跡。將能量最優(yōu)作為優(yōu)化目標進行軌跡規(guī)劃獲得的光滑軌跡更易于跟蹤并減少執(zhí)行器和操作臂上的應(yīng)力。本文以常見的六自

2、由度串聯(lián)工業(yè)機器人為研究對象，分別研究了直角坐標空間連續(xù)軌跡的工業(yè)機器人的最優(yōu)能耗軌跡的選擇方法及關(guān)節(jié)空間單位周期內(nèi)點焊機器人最優(yōu)能耗軌跡規(guī)劃方法。
　　首先，依據(jù)機器人運動學理論和D-H法建立MotomanHP165型機器人連桿坐標系，并在分析連桿坐標系相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了機器人運動學方程運動學正、逆解求解過程。
　　其次，依據(jù)拉格朗日方法建立動力學方程，相關(guān) D-H參數(shù)及動力學參數(shù)在MATLAB中建立機器人模型；利用關(guān)

3、節(jié)驅(qū)動器中的永磁交流伺服電機電學參數(shù)與動力學關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的關(guān)系建立軌跡能耗模型；利用弗萊納-雪列公式對直角坐標空間工業(yè)機器人末端執(zhí)行器連續(xù)軌跡進行表示，再通過運動學逆解映射到關(guān)節(jié)空間；以末端執(zhí)行器的直線軌跡和圓弧軌跡為例，討論了在運動學逆解多重性的情況下選擇最優(yōu)的能耗軌跡的方法。
　　最后，以單位生產(chǎn)周期點焊機器人的軌跡能耗為優(yōu)化目標，通過在關(guān)節(jié)空間中將機器人的關(guān)鍵點用五次多項式曲線連接，并基于機器人動力學建立了永磁交流伺服電機驅(qū)動的

4、點焊機器人整個生產(chǎn)周期的軌跡能耗模型。在綜合考慮點焊機器人運動學、動力學及生產(chǎn)周期約束的情況下，提出基于蜜蜂進化型遺傳算法求解點焊機器人最優(yōu)軌跡的方法。為保證算法前期全局尋優(yōu)和后期收斂速度，對算法中的選擇算子進行改進并構(gòu)建一種隨進化代數(shù)變化的非線性適應(yīng)度函數(shù)。以典型點焊機器人為仿真對象，在 DELMIA定義其位姿獲取關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，并在MATLAB中進行算法定義。通過與最短時間優(yōu)化的軌跡能耗對比，結(jié)果表明在滿足約束的情況下點焊機器人能耗最優(yōu)軌