基于遺傳算法的機械臂時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃.pdf

1、本文旨在規(guī)劃出一條運行過程中各桿件角位移、角速度、角加速度無突變的時間最優(yōu)無碰運動軌跡。選定PUMA560機械臂為研究對象，建立運動學模型，建立動力學模型，采用B-樣條函數(shù)規(guī)劃出一條機械臂末端的運動軌跡，以時間最優(yōu)為準則采用遺傳算法優(yōu)化已得軌跡，最終得到時間最優(yōu)機械臂末端運行軌跡。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　首先，簡化了總體機械臂幾何模型，建立了連桿坐標系，選用D-H方法建立齊次變換矩陣，根據(jù)模型參數(shù)和運動學理論基礎求得機械臂正運

2、動學方程，計算PUMA560的正運動學方程，同時用ADAMS做了仿真實驗，仿真結(jié)果與計算結(jié)果相近，驗證了該機械臂正運動學方程的正確性;之后做了逆運動學分析，為后續(xù)的軌跡規(guī)劃做鋪墊。
　　其次，考慮到動力學方程的強耦合性和非線性，在求解機械臂各關(guān)節(jié)的動力學方程之前，對動力學方程做了一些簡化，簡化了速度、動能以及位能;選用拉格朗日方程法，根據(jù)桿件的幾何參數(shù)和慣性參數(shù)建立了機械臂各關(guān)節(jié)的動力學方程，主要計算了各連桿的變換矩陣、各連桿的偽

3、慣性矩陣、連桿系統(tǒng)慣量矩陣。
　　再次，從關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃和笛卡爾空間軌跡規(guī)劃兩方面介紹了一些軌跡規(guī)劃方法，對于關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃，介紹了三次多項式軌跡規(guī)劃和五次多項式軌跡規(guī)劃，這兩種規(guī)劃方法不需要帶有中間插值點;帶中間插指點的4-3-4軌跡規(guī)劃方法以及3-5-3軌跡規(guī)劃方法，還有三次樣條插值和三次B-樣條曲線軌跡規(guī)劃。對于笛卡爾空間軌跡規(guī)劃從直線插補規(guī)劃和圓弧插補規(guī)劃兩方面介紹。本文采用B-樣條函數(shù)進行軌跡規(guī)劃，在給定軌跡上插值得

4、出一些中間插值點（型值點），用逆運動學將這些型值點轉(zhuǎn)化到關(guān)節(jié)空間得到關(guān)節(jié)角度值，將笛卡爾空間的軌跡約束轉(zhuǎn)化到關(guān)節(jié)空間;然后用B-樣條函數(shù)擬合出各關(guān)節(jié)軌跡。同時將得到的數(shù)據(jù)導入ADAMS中進行軌跡規(guī)劃仿真，得出各關(guān)節(jié)角位移、角速度、角加速度變化曲線，分析曲線可以看出角速度變化平緩，但是角加速度曲線有明顯的突變，并且整個軌跡運行時間為11s，時間并不是最優(yōu)，還待優(yōu)化。
　　最后，以時間最優(yōu)作為優(yōu)化目標，選用遺傳算法來優(yōu)化機械臂整個軌跡