移動機(jī)械臂的運動控制與軌跡規(guī)劃算法研究.pdf

1、在當(dāng)今生產(chǎn)生活中移動機(jī)械臂發(fā)揮著越來越重要的作用,也引起了國內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。研究的熱點主要集中在移動機(jī)械臂的運動規(guī)劃與控制方面,其中軌跡規(guī)劃是機(jī)械臂軌跡控制的基礎(chǔ),對機(jī)械臂的平穩(wěn)性、運行效率、作業(yè)精確性和能量消耗具有重要意義。本文綜合考慮運動學(xué)約束和作業(yè)時間的約束,以時間最優(yōu),關(guān)節(jié)軌跡曲線的位移、速度、加速度運動連續(xù)性作為優(yōu)化目標(biāo),對機(jī)械臂的運動控制與軌跡規(guī)劃算法展開了研究,主要工作如下:
　　 首先,總結(jié)了移動機(jī)械臂運

2、動控制與軌跡規(guī)劃問題的研究現(xiàn)狀及研究方法,歸納了各種軌跡規(guī)劃的算法及其優(yōu)化方法,闡述了本論文的選題背景和主要內(nèi)容。
　　 其次,建立和分析了移動機(jī)械臂的數(shù)學(xué)模型,以移動機(jī)械臂平臺—MT-ARM四自由度模塊化機(jī)械臂作為研究對象,采用D-H(Denavit-Hartenberg)表示法建立了變換矩陣,得到了正運動學(xué)方程,同時采用代數(shù)法推導(dǎo)了逆運動學(xué)方程,通過實驗分析了所建立的正逆運動學(xué)方程,仿真和實驗結(jié)果表明,所建立模型的正確性,為

3、軌跡規(guī)劃奠定了基礎(chǔ);建立了關(guān)節(jié)空間和笛卡爾空間的軌跡構(gòu)造方法,推導(dǎo)了三維空間中直線、圓弧、樣條曲線的構(gòu)造方程。提出了一種基于樣條函數(shù)的機(jī)械臂時間最優(yōu)軌跡設(shè)計方法,同時將關(guān)節(jié)速度、加速度、加加速度及力矩的約束作為優(yōu)化目標(biāo),利用樣條曲線插值關(guān)節(jié)軌跡的位置-時間節(jié)點序列,將時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為求解非線性約束優(yōu)化問題。
　　 再次,提出了一種基于遺傳算法的機(jī)械臂軌跡優(yōu)化方法,以運行的時間、移動的空間距離和軌跡長度作為優(yōu)化指標(biāo),同時

4、考慮關(guān)節(jié)速度、加速度及力矩的約束,在有/無障礙物工作環(huán)境中,通過仿真實驗驗證了所提出的方法,實驗結(jié)果表明規(guī)劃的軌跡滿足了相應(yīng)的約束條件,同時位移、速度和加速度曲線光滑連續(xù);為提高關(guān)節(jié)軌跡的平滑性,將加加速度(沖擊)平方的積分作為優(yōu)化指標(biāo),采用三次樣條曲線擬合關(guān)節(jié)軌跡,實驗結(jié)果表明所規(guī)劃軌跡的關(guān)節(jié)位移、速度、加速度曲線連續(xù),且沖擊曲線有界。
　　 最后,介紹了MT-ARM系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),提出了一種可拓展模塊化移動機(jī)械臂分散-集中自