工业机器人上层控制系统的研究与设计

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1、分类号：TP242密级：公开学号：092030035工学硕士学位论文工业机器人上层控制系统的研究与设计学生姓名余阳指导教师林明教授江苏科技大学二〇一一年十二月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchandDesignonUpperControlSystemofIRSubmittedbyYuYangSupervisedbyLinMingJiangsuUniversityofScienceandTechnologyDec,

2、2011江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部

3、分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日摘要摘要随着科学技术的不断进步，工业机器人相关技术也在不断向前发展，控制系统作为机器人的大脑已成为工业机器人领域的一个热门研究方向。为此，本文重点研究了控制系统中的轨迹规划部分，使用五次均匀B样条函数插值关键路径点，同时使用混合遗传算法处理机器人轨迹的相关约束，最终实现了兼顾时间最优与冲击最优的二次轨迹规划方案。首先，本文全面总结了国内外有关轨迹规划的研

4、究成果，详细分析了三种常见的轨迹规划优化方案——最优时间轨迹规划、最优能量轨迹规划和最优冲击轨迹规划的优缺点。最优时间轨迹规划没有考虑到冲击因素的影响，对冲击还能作进一步优化，因此本文提出了一种二次轨迹规划方案，即先通过最优时间轨迹规划得到最小执行时间，然后在最小执行时间内进行最优冲击轨迹规划，进而规划出一条既高效又平滑的运动轨迹。同时考虑到最优轨迹规划比较耗时，因此采用离线规划在线插值的策略。然后，本文使用MATLAB配合RoboticsToolbox工具箱对二次轨迹规划方案进行了离线仿真。由于五次均匀B样条曲线不仅能够保证了各关节速度和加速度连续

5、性还能保证了各关节冲击的连续性，连续平滑的冲击可以减少机械振动，延长机器人的工作寿命，因此本文选用B样条函数轨迹规划的插值函数。由于普通的遗传算法只能有效的处理不等式约束，对等式约束的处理效果不好，而罚函数法却能够很好的处理等式约束，所以本文结合两种优化算法的优点提出一种混合遗传算法，有效解决了轨迹规划中运动学与动力学约束。选用PUMA560为对象进行仿真与实验，结果表明，该方案可以获得比较理想的机器人运动轨迹，所提出的混合遗传算法能有效提高全局寻优的性能和算法运行的稳定性。最后，本文在TI的OMAP3530平台上进行在线插值。对OMAP3530平台

6、的软件架构进行了深入研究，掌握了从ARM端调用DSP端插值算法的整个流程，即使用CodecEngine进行算法调用，DSPLink负责数据在CMEM分配的共享缓存中交互，整个过程还需LPM对DSP进行电源管理。关键字工业机器人；轨迹规划；混合遗传算法；B样条；OMAP3530Ⅰ江苏科技大学工学硕士学位论文ⅡAbstractAbstractWiththeimprovementofscienceandtechnology,theindustrialrobotisalsodevelopedquickly,andcontrolsystemastherobot

7、’sbrainhasbecomeapopularresearchdirectioninthefieldofindustrialrobot.Therefore,thispapermainlyfocusesontheresearchoftrajectoryplanninginthecontrolsystembyadoptingfifth-orderuniformB-splinestointerpolateasequenceofcriticalpathpointsandusingthehybridgeneticalgorithmtodealwiththec

8、onstraintsofrobot’strajectory,andfinallythequadratictr