四自由度碼垛機(jī)器人運(yùn)動軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、在工業(yè)自動化和物流領(lǐng)域中，碼垛機(jī)器人是提高生產(chǎn)效率的重要設(shè)備，而運(yùn)動軌跡規(guī)劃是機(jī)器人運(yùn)動控制最核心的工作。本文以四自由度關(guān)節(jié)型碼垛機(jī)器人的軌跡規(guī)劃為研究課題，以時(shí)間最優(yōu)、脈動最優(yōu)、能耗最優(yōu)等多目標(biāo)最優(yōu)為規(guī)劃研究目標(biāo)，重點(diǎn)進(jìn)行了時(shí)間最優(yōu)關(guān)節(jié)柔順的軌跡二次規(guī)劃方法研究和基于碼垛工作環(huán)境因素的多目標(biāo)最優(yōu)規(guī)劃算法研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對四自由度關(guān)節(jié)型碼垛機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動學(xué)建模和分析。采用經(jīng)典的D-H方法對各關(guān)節(jié)及連桿進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分

2、析，建立了機(jī)器人正逆解模型，同時(shí)通過Adams進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，為之后的軌跡規(guī)劃研究建立基礎(chǔ)。⑵分析了傳統(tǒng)時(shí)間最優(yōu)規(guī)劃中存在的軸間等待問題，以時(shí)間最優(yōu)為前提，采用柔性非對稱S型曲線作為規(guī)劃的基礎(chǔ)曲線，結(jié)合采用線性插值法，進(jìn)行關(guān)節(jié)加加速度柔和化，最終提出了一種適用的兩步規(guī)劃方法。⑶進(jìn)行高適應(yīng)性的多目標(biāo)最優(yōu)軌跡規(guī)劃方法研究。增加考慮碼垛工作環(huán)境因素，以時(shí)間、脈動、能耗最優(yōu)等多目標(biāo)為研究對象，以B樣條曲線為基礎(chǔ)規(guī)劃曲線，采用模糊層次分析法對各目

3、標(biāo)對象的權(quán)重進(jìn)行劃分；通過NSGA-II算法求得多目標(biāo)最優(yōu)化問題的Pareto解集；并最終結(jié)合各目標(biāo)權(quán)重，通過近距離理想解法（TOPSIS）和灰色關(guān)聯(lián)度法相結(jié)合的改進(jìn)TOPSIS法進(jìn)行解集排序，并從中篩選出最優(yōu)軌跡。⑷進(jìn)行了碼垛機(jī)器人軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并最終在碼垛機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺下，通過重復(fù)定位精度實(shí)驗(yàn)和實(shí)際碼垛實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了兩種規(guī)劃方法的正確性和有效性。⑸時(shí)間最優(yōu)關(guān)節(jié)柔順的二次規(guī)劃法能在不損失效率的情況下，最大限度地減少關(guān)節(jié)脈動；基于