6R关节型机器人轨迹规划算法研究及仿真

论文摘要

工业机器人是机器人中的一个重要分支,是机器人领域的重要研究发展方向。对工业机器人运动轨迹规划和控制的研究,一直受到人们的普遍关注。关节型工业机器人以其工作范围大、动作灵活、结构紧凑等特点在机器人中备受设计者和使用者青睐。本文基于模块化设计思想,设计实现一定焊接任务的AS-MRobot6R关节型机器人,采用D-H法对该关节型机器人的机构和运动学进行分析,建立了该关节型机器人的运动学模型;根据目标路径,求出机器人的逆解,在关节空间和操作空间轨迹规划过程中,分别利用模糊C均值聚类算法、最邻近和K均值聚类的综合应用来训练网络,实现了RBF神经网络的改进,并用该算法实现了轨迹优化,达到了轨迹规划的快速收敛和近似逼近,具有很强的容错能力,避免了因约束点的输入顺序和野值产生的影响,使得规划轨迹达到工程上的要求,从而验证了该算法的可行性。然后应用虚拟样机技术,在机械系统动力学软件ADAMS上建立该AS-MRobot6R关节型机器人的仿真模型,按照已经规划好的末端工具运动轨迹,对实验过程进行轨迹规划仿真,并研究了该关节型机器人的运动学指标在仿真运动过程中的变化情况。从理论分析和仿真实验结果的一致性,证明了该改进的RBF神经网络算法的有效性、合理性和在轨迹规划方面的可行性。改进的RBF神经网络算法可以用于关节型机器人教学或在使用关节型机器人的工业环境中进行仿真演示或实时检测,为机器人轨迹规划优化算法的研究提供了理论上的有力支持,具有较高的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 工业机器人技术概述
• 1.1.1 工业机器人定义及特点
• 1.1.2 工业机器人的组成、特性及模块化
• 1.1.3 工业机器人的应用和发展前景
• 1.2 机器人轨迹规划算法概述
• 1.2.1 轨迹规划简介
• 1.2.2 轨迹规划算法的研究现状
• 1.3 虚拟样机技术
• 1.4 ADAMS和MATLAB软件概述
• 1.5 人工神经网络算法概述
• 1.6 课题来源和本文的主要内容
• 第2章 AS-MRobot6R关节型机器人运动学
• 2.1 机器人运动学概述
• 2.1.1 位姿描述和齐次变换
• 2.1.2 坐标变换
• 2.1.3 齐次变换矩阵的乘法运算
• 2.2 AS-MRobot6R关节型机器人位姿分析
• 2.2.1 连杆参数和连杆坐标系
• 2.2.2 连杆变换和运动学方程
• 2.2.3 运动学正解分析
• 2.2.4 运动学逆解分析
• 2.3 AS-MRobot6R关节型机器人速度分析
• 2.3.1 机器人微分运动
• 2.3.2 AS-MRobot6R机器人雅克比矩阵
• 2.4 AS-MRobot6R关节型机器人奇异性分析
• 2.4.1 机器人奇异性概念
• 2.4.2 AS-MRobot6R机器人奇异性分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 AS-MRobot6R关节型机器人虚拟样机的建立
• 3.1 AS-MRobot6R关节型机器人模块选择
• 3.2 AS-MRobot6R关节型机器人模型生成与装配
• 3.2.1 Unigraphics建模功能简介
• 3.2.2 AS-MRobot6R机器人模型建立
• 3.2.3 AS-MRobot6R机器人模型装配
• 3.2.4 AS-MRobot6R机器人装配模型导出
• 3.3 ADAMS中建立AS-MRobot6R关节型机器人虚拟样机
• 3.3.1 ADAMS环境设置
• 3.3.2 样机模型生成与细化
• 3.4 本章小结
• 第4章 AS-MRobot6R关节型机器人轨迹规划算法研究
• 4.1 工业机器人轨迹规划方法概述
• 4.2 AS-MRobot6R关节型机器人关节空间轨迹规划算法研究
• 4.2.1 三次多项式插值法
• 4.2.2 五次多项式插值
• 4.3 AS-MRobot6R关节型机器人笛卡尔空间轨迹规划算法研究
• 4.3.1 直线插补算法
• 4.3.2 圆弧插补算法
• 4.3.3 笛卡尔空间姿态插补
• 4.4 AS-MRobot6R关节型机器人轨迹规划的人工神经网络算法研究
• 4.4.1 人工神经网络算法简介
• 4.4.2 RBF神经网络算法
• 4.4.3 RBF神经网络算法的改进
• 4.4.4 MATLAB神经网络工具箱
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于改进RBF神经网络的AS-MRobot6R关节型机器人轨迹规划仿真
• 5.1 AS-MRobot6R关节型机器人工作任务轨迹
• 5.1.1 工作任务描述
• 5.1.2 初始状态及运动参数设定
• 5.1.3 各段轨迹方程
• 5.2 AS-MRobot6R关节型机器人迪卡尔空间轨迹规划
• 5.3 AS-MRobot6R关节型机器人关节空间轨迹规划
• 5.3.1 机器人逆运动学求解
• 5.3.2 关节空间拟合关节角变化曲线
• 5.4 AS-MRobot6R关节型机器人轨迹规划仿真
• 5.4.1 模型调试和仿真分析控制参数设置
• 5.4.2 工具末端运动轨迹
• 5.4.3 关节转角的测量
• 5.4.4 关节角速度的测量
• 5.4.5 工具位姿参数的测量
• 5.4.6 工具速度测量
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结和展望
• 攻读硕士学位期间发表论文及参加科研工作情况
• 致谢
• 参考文献
• 附录