试析工业机器人时间最优轨迹规划

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1、湖南大学硕士学位论文工业机器人时间最优轨迹规划姓名：张红强申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：章兢20040416硕士学位论文摘要在工业机器人的实际应用中，工作效率和质量是衡量机器人性能的重要指标，提高工业机器人的工作效率，减小实际操作中的误差成为工业机器人应用亟需解决的关键性问题。机器人的时间最优轨迹规划是指以时间最短作为性能指标并在满足各种约束的条件下优化机器人的运动轨迹，使机器人手部在两点之间或沿着规定轨迹运动的时间最短，进行这项研究的目的和实际意义在于提高工业机器人的工作效率。首先，本文对机器人的定义及其发展前景作了介

2、绍，对机器人技术的发展状况、应用及技术要求进行了论述，概述了机器人运动学与动力学以及时间最优轨迹规划，全面地总结了国内外有关机器人时间最优轨迹规划方面的研究成果，综述了混沌优化的研究进展并对其进行了展望。其次，分析了机器人轨迹规划的一般性问题，在关节空间的轨迹规划针对不同的条件分别详述了三次多项式函数插值、高阶多项式插值和抛物线连接的线性函数插值；在笛卡尔空间的轨迹规划则深入讨论了线性函数插值和圆弧插值，然后对笛卡尔空间与关节空闻轨迹规划的优缺点进行了比较。深入研究了机器人时间最优轨迹规划的基本原理，讨论了混沌优化原理及B样条曲线的计算方法，

3、采用B样条曲线构造机器人的轨迹，提出了一种基于改进混沌优化算法的机器人时间最优轨迹设计方法，优化时考虑了包括关节角速度、角加速度、角加加速度及力矩4种约束，并在关节空间与笛卡尔空间对PUMA560前三铰轨迹(此时还需加上笛卡尔空间路径约束)进行了优化计算。晟后，简单介绍了PUMA560的系统结构，并针对湖南大学智能自动化技术实验室PUMA560控制系统结构封闭的缺陷，提出了一种硬、软件的改造方案；通过优化计算示教操作PUMA560机器人所得到的笛卡尔空间路径点得到了最短时间轨迹，从而实现了工业机器人时间最优轨迹的规划。本文在PUMA560的硬

4、件改造方面详细介绍了PMAC位置控制器，给出了反馈信号的隔离、抽取与调整方法、运动控制信号的加入接线图和PUMA560、PMAC控制器结构原理图；软件方面探讨了模块化组成结构，详细讨论了实时控制模块的实现方法。关键词：工业机器人；时间最优轨迹规划；B样条；混沌优化；控制系统开放式工业机器人时间最优轨迹规划AbstractDuringthcpracticalapplicationoftheindustrialrobot，theworkingefficiencyandqualityarcimportantindexofweighingtheper

5、formanceoftherobot．Itbecomeskeyproblemswhichneedsolvingbadlytoraisetheworkingefficienciesandreduceerrorsofindustrialrobotinoperatingactually．Time-optimaltrajectoryplanningofrobotisthatoptimizethepathofrobotaccordingtoperformanceguidelineofminimumtimeofrobotunderallkindsofph

6、ysicalconstraints，whichcanmakethemotiontimeofrobothandminimumbetweentwopointsoralongthespecialpath．Thepurposeandpracticalmeaningofthisresearchlieinenhancetheworkefficiencyofrobot．Firstofa11．thispaperintroducesrobot’Sdefineanddevelopmentprospect．Thestateofdevelopment、usingan

7、dspecificationrequirementtothetechnologyoftherobotisdescribed．Thepaperalsosummarizesthekinematics、dynamicsandtime—optimaltrajectoryplanningoftherobot．Itpresentsthewoksofinsideandoutsideabouttime·optimaltrajectoryplanningoftherobotall—round．Thedevelopmentandprospectofoptimiz

8、ationalgorithmbasedonchaosisdiscussed．Secondly，generalproblemsinrobottrajectorypla