工业机器人时间最优轨迹规划方法研究 (1)

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1、＞分类编号：单位代码１０１６７密级：：学号２０１５０８０００２硕士学位论文⑩论文题目：工业机器人时间最优轨迹规划方法研究－ｍａＴｉｍｅｏｐｔｉｌＴｒａｅｃｔｏｒｙＰｌａｎｎｉｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍｓｊｇＤｅｓｉｎｆｏｒＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＲｏｂｏｔｓｇ作者姓名：傅振洲指导教师：肖冰副教授专业名称：控制理论与控制工程人运动控制研究方向：机器学院年级：工学院２０１５级完成日期：２０１８年６月渤海大学研究生学院工业机器人时间最优轨迹规划方法研究[摘要]随着“

2、中国制造2025”及“工业4.0”等战略方针的提出，工业机器人已经成为工业智能化生产过程中的重要组成部分。然而，工业机器人能否取代人工或现有的工业自动化设备的关键因素在于工业机器人能否提高生产效率、提升产品质量以及降低生产成本等。针对如何提高生产效率方面，可以对工业机器人的运动轨迹进行优化，使得轨迹的运行时间变短，进而提高机器人的工作效率。例如，在工业机器人进行汽车车架焊接作业时，就可以应用此方法来提高机器人的工作效率。因此，本文对过多路径点的工业机器人时间最优轨迹规划问题展开了深入的研究。通过对已有相关文献进行调研

3、，发现仍存在以下几个主要问题有待于进一步解决。首先，机器人轨迹函数数学表达方式复杂，导致在计算轨迹运动学约束时无法使用解析法求取轨迹函数极值，而采用数值解法则会降低优化算法的求解效率。其次，现有的时间最优轨迹规划算法的优化结果仍有一定的提升空间。最后，现有大部分商品化的工业机器人无法满足轨迹规划研究的实验需要，导致研究人员无法将设计的运动轨迹用于实际机器人系统进行实验验证。基于上述问题，本文开展了相关研究工作，其主要研究内容包括如下三个方面：（1）针对第一个问题，为了使用解析方法计算轨迹约束条件，以缩短计算运动学约束

4、条件时的运算时间。首先，本文对关节空间轨迹规划中常用的轨迹插值方法进行了调研，详细介绍了三次多项式和五次多项式的插值方法。然后，选取五次多项式来构造机器人的轨迹函数，并对多节点间的轨迹插值方法进行了详细推导，实现了同时配置轨迹起始点和终止点处的速度和加速度值。最后，通过MATLAB解出了五次多项式轨迹函数及其导数的极值点的解析表达式，实现了用解析方法求解轨迹函数及其导数的极值。（2）为了解决第二个问题，本文在考虑机械臂的关节位置约束、速度约束、加速度约束以及二阶加速度约束条件的基础上，设计了种群个体适应度函数，提出了

5、一种基于遗传算法的时间最优轨迹优化算法，对已构造的五次多项式轨迹进行以时间最短为优化目标的轨迹优化计算。优化后的轨迹位置、速度、加速度以及二阶加速度曲线平滑连续，并且整个轨迹起始点和终止点处的速度和加速度的值均可配置为零。（3）为满足工业机器人轨迹规划研究的实验需求，本文提出一套工业机器人自定义轨迹运动控制解决方案。通过构建实际工业机器人控制系统，在此基础之上开发了自定义轨迹运动控制接口，实现了对指定自定义轨迹的运动控制，并且操作简便。最后，通过实验验证了自定义轨迹运动控制接口的实际功能。[关键词]：工业机器人；时间

6、最优轨迹规划；五次多项式插值；多节点轨迹插值；自定义轨迹运动控制；遗传算法；多轴联动控制ITIME-OPTIMALTRAJECTORYPLANNINGALGORITHMSDESIGNFORINDUSTRIALROBOTSABSTRACTWiththedevelopmentofstrategicguidelinessuchasChina'smanufacturingof2025andIndustry4.0,theindustrialrobotshaveplayedanimportantroleintheindustri

7、alintelligentproduction.However,Thekeyfactorofwhetherindustrialrobotscanreplacemanualorindustrialautomationequipmentiswhetherindustrialrobotscanincreaseproductionefficiency,improveproductquality,andreduceproductioncosts.Intermsofhowtoincreasetheproductioneffici

8、ency,thetrajectoryoftheindustrialrobotcanbeoptimizedtoshortentherunningtimeofthetrajectory,therebyimprovingtheworkefficiencyoftherobot..Forexample,whenanindustrialrobotcarri