焊接机械臂运动轨迹多目标优化

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________硕士学位论文焊接机械臂运动轨迹多目标优化学位申请人：刘云郎学科专业：机械工程指导教师：李志刚副教授副指导教师：朱沪佳高工答辩日期：2016年6月3日独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发

2、表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文保密期年。学生本人签名日期校内导师签名日期校外导师签名日期摘要焊接机械臂运动轨迹多目标优化摘

3、要工业机器人自60年代初问世以来，期间经历了近50年的发展，现在已被广泛应用于工业制造领域，成为汽车制造业生产自动化中主要的机电一体化设备，而应用最多的则是焊接机械臂。应用机器人技术的主要目的在于：削减生产人员的编制、提高劳动生产率、以及降低劳动强度的同时提高产品的质量。机器人的应用与传统的机器设备的使用相比，具有两个主要优点：一是容易实现生产过程中的完全自动化；其次是与生产设备适应能力的高度融合。开发新的工业机器人是当前热点研究领域。本文以MotomanK6机械臂为研究对象，研究在其六个自由度条件下的路径、时间和能量优化问题。首先对MotomanK6建立运动学模

4、型，研究运动轨迹。分别以路径最短、时间最短和能量最短作为优化目标，去探寻机器人最优运动轨迹。论文主要完成了以下工作：1，根据MotomanK6焊接机械臂结构参数，用D-H方法建立机器人运动学模型，并对机器人进行正、逆运动学分析；2，分别在连杆和关节的笛卡尔空间中分析现有的机器人轨迹规划方法。在关节运动控件内利用三次多项式方法实现机器人在空间中任一点到目标点的轨迹规划；3，通过焊接机器人工作空间，以路径最短为优化目标，用遗传算法实现最短路径规划，并与模拟退火算法进行比较。4，根据上面获得的路径，对运行时间建立拟合函数，并以时间最短为优化目标，得到速度连续、时间最短的

5、机器人控制方案；5，在上面获得的路径和时间基础上，以动能最小作为优化目标，直接得到机器人两节点之间动能的轨迹。6，以路径、时间最短，动能最低为优化目标，运用多目标算法NSGA-II算法和PSO粒子群算法，对焊接机械臂的轨迹进行优化。关键词：工业机器人；焊接机械臂；运动学；路径优化；时间优化；能量优化IAbstractTHEMULTI-OBJECTIVEOPTIMIZATIOINOFWELDINGMANIPULATORTRAJECTORYABSTRACTIndustrialrobotshavebeenstartingsincetheearly1960s,experi

6、encednearly50yearsofdevelopment,nowithasbeenwidelyusedinindustrialfieldandithasbecomethemainelectromechanicalintegrationequipmentinthehighautomaticmanufacturefield,whichisthemostwidelyusedismechanicalarm.Themainpurposeofusingtheapplicationofthemechanicalarmistoreducethenumberofthestaf

7、f,improvelaborproductivity,andatthesametimeofreducinglaborintensitytoimprovethequalityofproducts.Therearetwomainadvantageswhichcomparedwiththeuseofmechanicalarmandtheuseoftraditionalmachines:first,itiseasytorealizethefullyautomatedintheproductionprocess;andthesecondisthehighlyadaptive

8、capac