工业机器人的最优时间与最优能量轨迹规划

工业机器人的最优时间与最优能量轨迹规划作者：徐海黎，解祥荣，庄健，王孙安，XUHaili，XIEXiangrong，ZHUANGJian，WANGSunan作者单位：徐海黎,XUHaili(西安交通大学机械工程学院,西安,710049;南通大学机械工程学院,南通,226019)，解祥荣,XIEXiangrong(南通大学机械工程学院,南通,226019)，庄健,王孙安,ZHUANGJian,WANGSunan(西安交通大学机械工程学院,西安,710049)刊名：机械工程学报英文刊名：JOURNALOFMECHANICALENGINEERING年，卷(期)：2010，46(9)被引用次数：0次参考文献(12条)1.CHOIYK.PARKJH.KIMHSOptimaltrajectoryplanningandslidingmodecontrolforrobotsusingevolutionstrategy2000(8)2.LINCS.CHANGPR.LUHJYSFormulationandoptimizationofcubicpolynomialjointtrajectoriesforindustrialrobots1983(12)3.李东洁.邱江艳.尤波一种机器人轨迹规划的优化算法2009(1)4.GASPARETTOA.ZANOTTOVAtechniquefortime-jerkoptimalplanningofrobottrajectories2008(6)5.SHILLERZTime-energyoptimalcontrolofarticulatedsystemswithgeometricpathconstraints19966.SARAMAGOSFP.STEFFENVJROptimizationofthetrajectoryplanningofrobotmanipulatorstakingintoaccountthedynamicsofthesystem1998(7)7.SARAMAGOSFP.STEFFENVJROptimaltrajectoryplanningofrobotmanipulatorsinthepresenceofmovingobstacles2000(8)8.CHETTIBIT.LEHTIHETHE.HADDADMMinimumcosttrajectoryplanningforindustrialrobots2004(3)9.LUOX.FANXP.ZHANGHIntegratedoptimizationoftrajectoryplanningforrobotmanipulatorsbasedonintensifiedevolutionaryprogramming200410.PIAZZIA.VISIOLIAGlobalminimum-timetrajectoryplanningofmechanicalmanipulatorsusingintervalanalysis1998(4)11.RUNARSSONTP.YAOXStochasticrankingforconstrainedevolutionaryoptimization2000(9)12.PARLRPRobotmanipulators:Mathematics,programming,andcontrol1981相似文献(10条)1.学位论文张红强工业机器人时间最优轨迹规划2004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,该文对机器人的定义及其发展前景作了介绍,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间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,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.最后,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.该文在PUMA560的硬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.2.学位论文胡佳工业机器人路径规划和轨迹规划的多目标优化2009工业机器人是在工业上应用极为广泛的机械设备，在应用中主要应该考虑机器人的控制问题，其目的就是使机器人在运动时遵循期望的路线并在规定时间内完成整个运动过程。工业机器人的控制又分为离线的运动规划和在线的伺服跟踪，运动规划又分为路径规划和轨迹规划两部分。br　　首先研究路径规划和轨迹规划的仿真方法和技术。计算机仿真是研究复杂控制系统的有效手段之一，由于工业机器人运动学和动力学模型的复杂性，建立仿真模型是一个十分困难的过程。本文采用MATLAB编程工具以及RoboticsToolbox工具箱建立机器人的运动学和动力学模型，并对其进行仿真。描述了路径规划的具体方法步骤以及仿真结果，对轨迹规划进行了深入的研究，结合实际分析了时间最优轨迹规划的特点，采用参数化表示的方法降低动力学模型的维数，使得仿真易于进行，采用动态规划法求取最优时间，并对仿真结果进行了分析，证明了轨迹规划方法的有效性。br　　其次研究路径规划和轨迹规划的关系，提出了路径规划和轨迹规划综合优化的方法来同时优化这两个互相耦合的过程。在路径规划之后，采用B样条插值的方法对离散路径进行拟合得到光滑路径，为了对得到的路径的光滑程度有一个量化的表示，提出了光滑度的一种计算方法。采用了模糊控制器来控制路径的修正幅度，使得路径更加光滑，进而求得机器人沿该路径运行的最小时间。在对机器人路径规划和时间最优轨迹规划进行综合优化的基础上，又提出了对路径规划和轨迹规划的两个性能指标时间和能量进行三目标综合优化的优化过程模糊控制方法，并采用遗传算法优化了模糊控制器的参数。选取了算例对该方法进行了仿真，仿真结果验证了方法的正确性。br　　最后，在MATLAB环境下开发了工业机器人多目标优化算法的演示程序，实现了上述算法。3.期刊论文谭冠政.王越超.TANGuan-Zheng.WANGYue-chao工业机器人时间最优轨迹规划及轨迹控制的理论与实验研究-控制理论与应用2003,20(2)提出了一种用于工业机器人时间最优轨迹规划及轨迹控制的新方法,它可以确保在关节位移、速度、加速度以及二阶加速度边界值的约束下,机器人手部沿笛卡尔空间中规定路径运动的时间最短.在这种方法中,所规划的关节轨迹都采用二次多项式加余弦函数的形式,不仅可以保证各关节运动的位移、速度、加速度连续而且还可以保证各关节运动的二阶加速度连续.采用这种方法,既可以提高机器人的工作效率又可以延长机器人的工作寿命.以PUMA560机器人为对象进行了计算机仿真和机器人实验,结果表明这种方法是正确和有效的.它为工业机器人在非线性运动学约束条件下的时间最优轨迹规划及控制问题提供了一种较好的解决方案.4.学位论文孙晋永复指数变换法在工业机器人轨迹规划中的应用研究2003首先,该论文介绍了工业机器人及其发展、应用概况、分类及组成.然后,提出了三维矢量的复指数形式,并探讨了其基本的坐标变换形式,即复指数变换法及其导数形式以便于进一步的分析.其次,对于给定的工业机器人实例,建立起适当的参考、运动坐标系,对比应用了坐标矩阵变换法和复指数变换法,来分析工业机器人执行机构的运动问题.由求解过程可以看出,复指数变换法是一种解决此类问题的有效的、直观的方法.最后,对于结构给定而构件尺度未定的工业机器人执行机构,先根据机构尺度优化目标,建立数学模型,用复合形法进行构件尺度优化;再根据给定的期望轨迹和规划目标，建立数学模型，利用复指数变换法对执行机构进行运动分析的结果,采用进化算法对工业机器人进行轨迹规划.接着,用优化参数进行计算机仿真,评价仿真结果.这些优化参数可作为实际工业机器人执行机构设计和机器人控制的理论依据.5.学位论文葛建兵基于OpenGL的工业机器人的轨迹规划2005本论文对国内外机器人的发展状况作了简要介绍,同时说明了计算机仿真技术在工业机器人研究领域的重要作用.本文以RV12L6R焊接机器人为例,简要介绍了该机器人的数学模型的建立.对其运动学正解问题作了简要分析,在此基础上提出其运动学逆解的新方法,并对其工作空间进行了描述.在介绍机器人运动控制的方法后,以焊接相贯线运动仿真为例说明了机器人轨迹规划的方法及其存在问题.最后用VisualC++与OpenGL混合编程的方法开发了仿真软件,并在文章中说明了VisualC++与开发软件相关的一些技术,以及利用OpenGL时应当注意的一些事项.软件对建立的机器人的运动学问题,轨迹规划等在计算机上进行了仿真.仿真的结果与机器人运动学理论值完全符合,证明本文提出的方法为RV12L6R机器人建立的数学模型的正确性.证明了其运动学正解和逆解算法的正确和有效性,同时说明了在轨迹规划时应当注意的问题.6.学位论文吴立明工业机器人时间最优轨迹规划及轨迹控制的理论与实验研究2001在该文中,作者首先总结了国内外有关机器人时间最优轨迹规划与轨迹控制方面的研究成果,在此基础上,采用二阶多项式加三角余弦形式的要产条函数重新构造机器人的关节轨迹,创造性提出了一种新的且有效的机器人时间最优轨迹规划及轨迹控制方法,并成功地应用由Nelder和Mead两人创立的柔性多面体最优搜索算法(复合形法)确定出机器人运动的最优时间间隔序列,使规划出的关节轨迹在非线性的运动学约束条件下,不仅可以保证关节的位置、速度、加速度连续,而且还能保证关节运动的二阶加速度(jerk)连续,并且在这些运动学约束条件下可使机器人手部沿给定轨迹运动的时间最短.计算机动态图形仿真的结果以及在国防科技大学军用智能机器人实验定所做的机器人实验都已证实,该方法是切实可行和有效的.7.学位论文徐诚平IRB1400型机器人轨迹规划与控制2005机器人可以被看作是一种能够扩展人类工作能力的有效工具，人类在认识和改造世界的过程中不能没有机器人。工业机器人是机器人家族中的一个重要分支，是机器人领域的重要研究发展方向。由于它在理论和应用中的重要地位，对工业机器人运动轨迹规划和控制的研究，一直受到人们的普遍关注。首先，本文对机器人的定义、发展状况、及其发展前景作了介绍。针对ABB公司的6自由度IRB1400型工业机器人，论述了机器人的概念、关键参数等，同时介绍了非线性方程组的解法，并对IRB1400型工业机器人的运动学正解作了详细论述，同时提出了IRB1400型工业机器人的运动学逆解的方法。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线性