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机械臂轨迹规划研究

作　者: 王艳君
导　师: 孙农亮
学　校: 山东科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 机械臂轨迹规划三次三角Bezier样条时间最优化自适应遗传算法
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

机械臂轨迹规划研究的是机械臂在工作过程中的角位移、角速度和角加速度问题,目的是使机械臂末端平稳的完成一定的作业。机械臂轨迹规划是运动学逆解的实际应用,是机器人学的一个非常重要的研究领域。本论文的主要内容如下：首先,概述了本课题的研究背景和意义,以及国内外的研究现状,具体分析了当前所采用的机械臂轨迹规划方法特点以及存在的不足。然后对机械臂进行运动学分析,主要分析了机器人的数理基础,求解机械臂puma560的运动学正解、运动学逆解以及雅可比矩阵。采用ADAMS,建立机械臂puma560的三维模型,并采用蒙特卡洛法得到机械臂的工作空间,为后面的轨迹规划打下理论基础。其次,根据机械臂运动的平稳性要求,提出将三次三角Bezier样条用于机械臂轨迹规划。因为三次三角Bezier样条曲线的二阶导数和三阶导数均连续,并且可以方便地对机械臂的型值点进行插值,能够实现机械臂关节空间的角位移、角速度和角加速度连续,均具有良好的光滑性。同时,通过提高起始段和结束段曲线的阶次克服了机械臂开始和结束时的加速度突变,从而保证机械臂运动的平稳和连续,并通过仿真实验验证算法的合理性。最后,根据机械臂运动的快速性要求,将改进的遗传算法用于机械臂时间最优轨迹规划。因为三次三角Bezier样条虽然能够满足机械臂运动的平稳性要求,但是不能够保证机械臂运动时间最优。遗传算法在各个关节的约束条件的基础上进行适应度分配,再经过选择、交叉、变异等对当前种群进行操作,最终达到时间最优的结果,并通过仿真实验验证算法的合理性。

机械臂轨迹规划研究

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