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.pdf

1、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)劃軌跡對現(xiàn)代制造業(yè)規(guī)模化的生產(chǎn)，提高作業(yè)效率有著重

2、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.Robot H20為例，模擬正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的建模過程。其次，針對逆運(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)

3、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