基于改进型人工鱼群算法的机器人轨迹优化研究

摘要

工业机器人作为一种重复性好、适合复杂工况下作业的制造工具，目前正快速大量地在机械制造的各个领域应用。在实际应用过程中，高精度和高效率是评判机器人性能好坏的重要参数指标，提高生产过程中机器人的工作效率和位姿精度成为其在实际生产过程中急需要攻克的难题。机器人时间最优轨迹规划是在满足位移、速度和加速度平稳条件下，减少机器人任务时所需时间，提高机器人的工作效率。本文以HSR-JR612作为研究对象，主要完成了如下工作:
　　1.利用D-H法建立了HSR-JR612型机器人的运动学模型，对其的运动学正解与逆解进行了分析;通过MATLAB软件的Matlab_Robotic_Toolbox对HSR-JR612的工作空间进行模拟仿真，同时也分析了在MATLAB中运动学正解、逆解仿真的实现。
　　2.分析研究了现有的机械臂轨迹规划方法。对机器人关节空间的三次多项式、高阶多项式等进行了详述;在机器人笛卡尔空间的轨迹规划则对线性函数插值与圆弧插值进行分析，对比了两种不同空间规划轨迹方法的不足与优势。
　　3.分析了标准人工鱼群优化算法的理论，提出了一种引入萤火虫群算法的吸引度的改进型鱼群算法，通过测试函数仿真验证了具有吸引度的鱼群算法性能比标准人工鱼群算法更加优秀。最后，探究了机器人轨迹时间最优的目标函数与限制条件。
　　4.利用MATLAB软件编写改进型人工鱼群算法，对机器人时间最优目标函数进行优化，关节转角由实际搬运任务已经规划好，仿真结果表明具有吸引度的人工鱼群算法的效果好、合理性和在轨迹规划方面的可行性。故，改进的人工鱼群算法为工业机器人离线编程和机器人教学的轨迹规划算法提供科学的依据，具有较高的实用意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 工业机器人轨迹规划与人工鱼群算法的国内外研究现状

1．2．1 工业机器人轨迹规划国内外研究现状

1．2．2 人工鱼群算法国内外研究现状

1．3 本文研究内容

1．4 本章小结

第二章 工业机器人运动学分析

2．1 运动学概述

2．2 正运动学分析

2．3 逆运动学分析

2．4 工业机器人运动学仿真研究

2．4．1 基于Matlab的工业机器人建模

2．4．2 工业机器人模型验证

2．4．3 工业机器人工作空间仿真分析

2．4．4 工业机器人运动学正解与逆解仿真分析

2．5 本章小结

第三章 6R工业机器人轨迹规划研究

3．1 工业机器人轨迹规划概述

3．2 关节空间轨迹规划方法

3．2．1 3次多项式插值法

3．2．2 高阶多项式插值法

3．2．3 抛物线过渡的插值法

3．3 笛卡尔空间的轨迹规划方法

3．3．1 直线插补算法

3．3．2 圆弧插补算法

3．4 工业机器人的轨迹仿真分析

3．4．1 基于笛卡尔空间的轨迹规划仿真

3．4．2 基于关节空间的轨迹规划仿真

3．5 本章小结

第四章 改进型人工鱼群算法研究

4．1 人工鱼群算法

4．2 标准萤火虫算法

4．3 人工鱼群算法与标准萤火虫算法实验比较

4．4 改进型人工鱼群算法

4．5 实验仿真

4．5．1 标准人工鱼群算法与改进型人工鱼群算法执行效果对比

4．3．2 标准人工鱼群算法和改进型人工鱼群算法收敛性对比

4．6 本章小结

第五章 时间最优轨迹规划研究

5．1 基于多项式的工业机器人轨迹规划

5．1．1 3-5-3样条插值函数的构造

5．1．2 时间最优问题求解

5．1．3 基于3-5-3多项式的轨迹规划仿真

5．2 基于人工鱼群算法的时间最优轨迹优化

5．3 基于改进型人工鱼群算法的时间最优轨迹规划及仿真

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

致谢

参考文献