基于改进粒子群算法的机器人工作单元布局优化

摘要

在工业生产中机器人被广泛应用在焊接、喷涂和搬运等工作，这些工作的共同点是机器人需要执行一个固定的动作循环。机器人工作单元由一个或多个机器人配合多台专机组成，其效率与其空间布局紧密相关，本文以提升效率为目标，研究机器人工作单元的布局方法和优化算法。
　　本论文首先对机器人工作单元内的设备进行建模，使用DH参数法（由Denavit和Hartenberg提出）推导工业机器人正逆运动学，计算机器人工作空间，根据其特点采用半球包络的方法对工作空间进行简化，并且推导了设备建模方法以及干涉的判断方法和调整方法。
　　然后，本论文介绍了布局优化的评价方法，考虑工业机器人运动时间、机械臂灵活性以及干涉情况，提出布局优化的综合评价函数。
　　其次，本论文介绍了几种启发式优化算法并作简单对比，分析了它们的异同点。随后针对粒子群算法重点分析了种群拓扑结构和粒子学习方式对算法性能的影响，提出了动态拓扑结构和精细搜索结合的一种改进的粒子群算法。接着将本文提出的算法和其他三种粒子群算法在四个标准测试函数下进行测试对比，实验表明本文提出的算法在全局收敛和局部收敛方面都具备一定优势。
　　最后，本论文应用布局优化算法做了三个仿真实验并通过机器人平台测试HSR-JR608型机器人在点焊布局优化问题中的工作时间。从实验结果上来看，本论文算法生成的布局相比原有布局的简短了生产节拍，提高了机器人工作单元的工作效率。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题研究背景和选题意义

1.2 国内外研究领域现状和综述

1.3 本文研究内容

2 机器人工作单元建模

2.1 机器人工作空间建模及简化

2.2 工作单元中的设备建模及干涉调整方案

2.3 小结

3 布局优化的评价方法

3.1 布局优化的评价标准

3.2 布局优化目标函数

3.3 小结

4 布局优化算法

4.1 粒子群算法及其他启发式算法比较

4.2 标准粒子群算法缺陷和改进

4.3 改进算法的标准测试函数测试

4.4 本章小结

5 机器人工作单元布局优化仿真结果和分析

5.1布局优化算法架构

5.2布局优化实验

5.3 本章小结

6 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 1 攻读学位期间科研成果目录