喷涂机器人轨迹规划系统的研究

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1、硕士学位论文喷涂机器人轨迹规划系统的研究RESEARCHONTRAJECTORYPLANNINGSYSTEMOFSPRAYPAINTINGROBOT陈济泽哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP24学校代码：10213国际图书分类号：681.52密级：公开工程硕士学位论文喷涂机器人轨迹规划系统的研究硕士研究生：陈济泽导师：王常虹教授申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：控制科学与工程系答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP24U.D.C:681.52DissertationfortheMaster’sDegr

2、eeinEngineeringRESEARCHONTRAJECTORYPLANNINGSYSTEMOFSPRAYPAINTINGROBOTCandidate：ChenJizeSupervisor：Prof.WangChanghongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlEngineeringAffiliation：Dept.ofControlScienceandEngineeringDateofDefense：June,2016Degree-Conferring-Institution

3、：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要喷涂机器人较其他工业机器人具有更复杂的机械结构、更特殊的应用功能以及更高的跟踪精度，这增大了喷涂机器人的研发难度。本文研究的轨迹规划系统是喷涂机器人应用层软件开发中的重要一环，意在根据喷涂机器人的结构和任务特点对喷涂作业进行离线条件下的避障路径规划。在进行系统设计前，本文首先利用指数积公式对喷涂机器人的正运动学进行建模，并根据运动学模型对喷涂机器人的工作空间和灵活度等性能指标进行仿真，为后续工作提供规划的前提条件。本文接下来对喷涂机器人的逆运动学问题进行了深入研究，对于逆运动学的解析解，提出了一种结合点的位

4、置变化和向量的方向变化两种角度对逆运动学子问题进行分析的新途径；对于逆运动学的数值解，提出了一种基于非线性最小二乘迭代的求解方法，并最终设计了一种以近似解析解为迭代初值的喷涂机器人逆运动学迭代求解算法。而后本文的研究工作划分为两部分，第一部分是对聚类算法的研究，通过对层次式聚类思想和划分式聚类思想的分析，提出了一种适用于本课题的改进型ISODATA（IterativeSelf-organizingDataAnalysisTechniquesAlgorithm）算法。另一部分是对避障算法的研究，考虑到喷涂机器人轨迹的高维特性，选用了基于采样的避障规划策略，先后分析了标准R

5、RT（Rapidly-ExploringRandomTree）算法和RRT*算法，并在RRT*算法的基础上优化了搜索树生长策略，增加了部分后期处理功能。本文最终在VC++6.0平台上完成了基于MFC的程序编写，并在ABB公司的离线编程软件Robotstudio上对生成的路径进行了仿真，验证了轨迹规划系统的可行性。关键词：轨迹规划；逆运动学；聚类算法；避障算法；快速扩展随机树-I-AbstractAbstractUnlikeotherindustrialrobots,sparypaintingrobothasmorecomplexmechanicalstructure,m

6、orespecificapplicationfunctionandmoreaccuracyintargrttrackingwhichmakeitmoredifficulttodesignspraypaintingrobot.Thetrajectoryplanningsystemthispaperfocusesonisanpivotalpartintheapplicationlayersoftwareofspraypaintingrobot,purposingtoplanacollisionfreetrajectoryforsparyingoperationswhichc

7、onsidesstructureandtaskcharacteristicswhileoffline.Beforethedesign,theexponentialproductformulaisusedtomodeltheforwardkinematicsofthespraypaintingrobot.Then,thekinematicmodelisusedtosimulatetherobotworkspaceandarticulationforthesubsequentwork.Next,thispapermakesadeepresea