基于改进差分进化的六自由度并联机器人运动学研究

摘要

六自由度并联机器人是一个多自由度、多输入多输出、高度非线性、多参数强耦合的复杂系统。目前国内外关于并联机器人的研究主要集中于机构学、运动学、动力学和控制策略研究等几个领域。其中并联机器人的运动学研究是指分析并联机器人各个并联关节和末端操作器之间的对应关系。并联机器人反向运动学求解较为容易,一般可以得到解析解,而正向运动学求解较为困难,在给定一组关节坐标后,往往有多组可能的末端操作器坐标与之对应,并且难以得到解析表达式形式的解。因此运动学的正解是研究机器人控制系统中比较重要的一个环节。首先,以苏州博实机器人公司的六自由度中型并联机器人RBT-6S02P为研究对象,介绍了六自由度并联机器人的结构参数,工作原理以及控制系统的组成,为进一步研究其运动学奠定了基础。其次,根据六自由度并联机器人的特点建立了动、静两个坐标系,得到六自由度并联机器人的运动学反解,在此基础上得到了六自由度并联机器人的运动规划轨迹。接着,利用六自由度并联机器人运动学反解相对容易求解的特点,建立由运动学反解逼近运动学正解的模型,并且改进了差分进化算法的变异因子和交叉因子的选取方式,使得每次进化操作前能够根据当前个体的适应度自适应的调整控制参数,最后采用改进后的差分进化算法计算得到了六自由度并联机器人的运动学正解。然后,为了更直观的进行运动学实验以及后续动力学,机器入控制等研究,本文利用VC++开发设计了六自由度运动学仿真平台。最后,对本论文的研究工作进行了总结,并提出进一步研究的方向。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.2.1 解析法

1.2.2 数值法

1.2.3 人工智能方法

1.3 课题内容及创新点

1.3.1 课题内容及创新点

1.4 论文结构安排

第二章 六自由度并联机器人系统

2.1 引言

2.2 六自由度并联机器人结构参数及工作原理

2.2.1 六自由度并联机器人的机械结构

2.2.2 六自由度并联机器人的控制系统

2.3 小结

第三章 六自由度并联机器人反解研究

3.1 引言

3.2 建立六自由度并联机器人坐标系

3.2.1 齐次变换

3.2.2 建立六自由并联机器人坐标系

3.3 六自由并联机器人运动反解研究

3.4 基于运动学反解的六自由度并联机器人运动规划

3.4.1 运动规划

3.4.2 六自由度并联机器人轨迹规划求解

3.5 六自由度并联机器人运动学反解仿真及试验

3.6 小结

第四章 基于自适应差分进化的六自由度并联机器人正解研究

4.1 引言

4.2 六自由度并联机器人运动学正解模型

4.3 差分进化算法

4.3.1 基本原理

4.3.2 算法流程

4.3.3 差分进化的变化形式

4.4 自适应差分进化算法

4.4.1 自适应调整变异因子F

4.4.2 自适应调整交叉因子CR

4.5 基于自适应差分进化的六自由度并联机器人运动学正解研究

4.5.1 六自由度并联机器人运动正解

4.5.2 六自由度并联机器人运动学正解流程图

4.5.3 六自由度并联机器人运动学正解实验及分析

4.6 小结

第五章 六自由度并联机器人运动学仿真平台

5.1 引言

5.2 主要工作流程

5.2.1 运动控制函数

5.2.2 动态连接库的使用

5.3 六自由度并联机器人运动学仿真平台

5.3.1 运动学仿真平台框架

5.3.2 运动学仿真实验功能模块

5.3.3 运动学仿真实验辅助模块

5.3.4 运动学实验注意事项

5.4 小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的论文

附录B 攻读硕士学位期间参加的项目