基于遺傳算法的機(jī)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(yùn)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(yùn)動軌跡。選定PUMA560機(jī)械臂為研究對象，建立運(yùn)動學(xué)模型，建立動力學(xué)模型，采用B-樣條函數(shù)規(guī)劃出一條機(jī)械臂末端的運(yùn)動軌跡，以時間最優(yōu)為準(zhǔn)則采用遺傳算法優(yōu)化已得軌跡，最終得到時間最優(yōu)機(jī)械臂末端運(yùn)行軌跡。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　首先，簡化了總體機(jī)械臂幾何模型，建立了連桿坐標(biāo)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(yùn)動學(xué)理論基礎(chǔ)求得機(jī)械臂正運(yùn)

2、動學(xué)方程，計算PUMA560的正運(yùn)動學(xué)方程，同時用ADAMS做了仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果與計算結(jié)果相近，驗(yàn)證了該機(jī)械臂正運(yùn)動學(xué)方程的正確性;之后做了逆運(yùn)動學(xué)分析，為后續(xù)的軌跡規(guī)劃做鋪墊。
　　其次，考慮到動力學(xué)方程的強(qiáng)耦合性和非線性，在求解機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的動力學(xué)方程之前，對動力學(xué)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(jī)械臂各關(guān)節(jié)的動力學(xué)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(diǎn);帶中間插指點(diǎn)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(bǔ)規(guī)劃和圓弧插補(bǔ)規(guī)劃兩方面介紹。本文采用B-樣條函數(shù)進(jìn)行軌跡規(guī)劃，在給定軌跡上插值得

4、出一些中間插值點(diǎn)（型值點(diǎn)），用逆運(yùn)動學(xué)將這些型值點(diǎn)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(dǎo)入ADAMS中進(jìn)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(yùn)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(biāo)，選用遺傳算法來優(yōu)化機(jī)械臂整個軌跡