本文關(guān)鍵詞：水切割機(jī)器人工藝參數(shù)優(yōu)化與路徑規(guī)劃方法研究與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 水切割機(jī)器人 切割質(zhì)量預(yù)測 工藝參數(shù)優(yōu)化 過渡路徑規(guī)劃 作業(yè)規(guī)劃

【摘要】：本課題以江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目《柔性超高壓水切割系統(tǒng)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化》為背景,研究并開發(fā)以汽車內(nèi)飾件為切割對象的水切割機(jī)器人離線編程及作業(yè)規(guī)劃系統(tǒng)。本文深入分析了水切割機(jī)器人離線編程系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和相關(guān)技術(shù),根據(jù)實(shí)際需求開發(fā)了切割質(zhì)量預(yù)測和工藝參數(shù)優(yōu)化、過渡路徑規(guī)劃、全局路徑規(guī)劃等模塊。以VC++作為軟件開發(fā)工具,借助SolidWorks三維圖形軟件與OpenGL技術(shù)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)圖形顯示,完成用戶交互。針對切割質(zhì)量預(yù)測和工藝參數(shù)優(yōu)化問題,首先給出了粗糙度預(yù)測模型的建立方案。在充分研究3層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理的基礎(chǔ)上,增加隱含層,形成4層的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以提高切割質(zhì)量的預(yù)測精度。然后利用訓(xùn)練樣本訓(xùn)練獲得工件切割工藝參數(shù)(進(jìn)給速度、射流壓力、靶距、磨料粒度和磨料流量)與切割質(zhì)量(切面粗糙度)的關(guān)系模型,接著通過檢驗(yàn)樣本驗(yàn)證模型的預(yù)測效果。基于預(yù)測模型,分別采用梯度法和模擬退火算法實(shí)現(xiàn)給定切割粗糙度下的進(jìn)給速度優(yōu)化,獲取期望工件切割質(zhì)量指標(biāo)和其他約束條件下的最優(yōu)切割速度。針對過渡路徑規(guī)劃問題,給出了3種過渡路徑規(guī)劃方案：1)三維網(wǎng)格化水切割機(jī)器人規(guī)劃空間,標(biāo)記障礙物區(qū)域和自由空間區(qū)域,利用A*算法實(shí)現(xiàn)無碰過渡路徑規(guī)劃；2)提取工件上表面信息,自動生成采樣空間,采用改進(jìn)RRT*算法實(shí)現(xiàn)無碰過渡路徑規(guī)劃；3)基于改進(jìn)RRT*算法,借鑒雙向RRT算法思想,研究并實(shí)現(xiàn)雙向RRT*(Bi-RRT*)算法進(jìn)行過渡路徑規(guī)劃,進(jìn)一步提升規(guī)劃速度。最后,選取算法運(yùn)行時(shí)間和路徑長度為指標(biāo)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),對比分析三種方案的規(guī)劃效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Bi-RRT*算法的規(guī)劃效率是最優(yōu)的。針對以往路徑規(guī)劃中以直線代替過渡路徑進(jìn)行切割序列優(yōu)化造成排序結(jié)果不準(zhǔn)確的問題,將Bi-RRT*算法融合到基于遺傳算法的切割輪廓排序算法中,實(shí)現(xiàn)在切割輪廓序列優(yōu)化的同時(shí)進(jìn)行過渡路徑的規(guī)劃。根據(jù)水切割規(guī)劃作業(yè)特點(diǎn),設(shè)計(jì)相應(yīng)的多雙向樹連接算法,實(shí)現(xiàn)多雙向樹的連接,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行連接路徑的二次優(yōu)化,充分利用已有“樹”資源,減少Bi-RRT*算法的采樣次數(shù)和樹的生成時(shí)間；設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)過渡路徑庫,使相同的相鄰切割輪廓之間的過渡路徑不必重復(fù)規(guī)劃,降低路徑規(guī)劃耗時(shí),提高規(guī)劃效率。最后通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述方法的有效性。最后,完成了切割質(zhì)量預(yù)測和工藝參數(shù)優(yōu)化、水切割機(jī)器人作業(yè)規(guī)劃等相關(guān)軟件的開發(fā),對軟件進(jìn)行測試,驗(yàn)證軟件的正確性和合理性,并實(shí)現(xiàn)與通用平臺集成和整體軟件的功能測試。
【關(guān)鍵詞】：水切割機(jī)器人 切割質(zhì)量預(yù)測 工藝參數(shù)優(yōu)化 過渡路徑規(guī)劃 作業(yè)規(guī)劃
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 課題研究背景與意義11-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 切割質(zhì)量建模和工藝參數(shù)優(yōu)化研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本論文的主要工作17-18
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)18-21
• 第二章 水切割機(jī)器人作業(yè)規(guī)劃系統(tǒng)總體需求21-33
• 2.1 水切割機(jī)器人工作單元與軟件開發(fā)需求21-22
• 2.2 水切割機(jī)器人作業(yè)規(guī)劃系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22-24
• 2.3 水切割機(jī)器人離線自動編程系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)24-29
• 2.3.1 水切割機(jī)器人離線自動編程系統(tǒng)的集成24-26
• 2.3.2 水切割機(jī)器人離線自動編程系統(tǒng)的改進(jìn)26-29
• 2.4 軟件系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與方法29-31
• 2.5 本章小結(jié)31-33
• 第三章 水切割工藝參數(shù)建模與優(yōu)化33-51
• 3.1 問題描述33-34
• 3.2 水切割工藝參數(shù)建模與優(yōu)化的總體方案34-35
• 3.3 多層ANN模型結(jié)構(gòu)35-36
• 3.4 多層ANN模型的學(xué)習(xí)算法36-41
• 3.4.1 標(biāo)準(zhǔn)BP算法的原理36-39
• 3.4.2 交叉熵代價(jià)函數(shù)的引入39-41
• 3.5 多層ANN模型的實(shí)現(xiàn)41-43
• 3.6 基于多層ANN算法的切割質(zhì)量預(yù)測模型的驗(yàn)證43-47
• 3.7 水切割工藝參數(shù)優(yōu)化47-50
• 3.7.1 目標(biāo)函數(shù)和約束條件47
• 3.7.2 優(yōu)化算法47-49
• 3.7.3 工藝參數(shù)優(yōu)化的驗(yàn)證49-50
• 3.8 本章小結(jié)50-51
• 第四章 過渡路徑規(guī)劃方法的研究與實(shí)現(xiàn)51-73
• 4.1 水切割機(jī)器人作業(yè)空間柵格化建模51-59
• 4.1.1 工件的立體柵格化51-58
• 4.1.2 作業(yè)空間三維網(wǎng)格化建模58-59
• 4.2 基于A~*算法的過渡路徑規(guī)劃59-61
• 4.2.1 A~*算法的原理59
• 4.2.2 基于A~*算法的過渡路徑規(guī)劃流程59-61
• 4.3 基于RRT~*算法的過渡路徑規(guī)劃61-63
• 4.4 改進(jìn)RRT~*算法及其實(shí)現(xiàn)63-67
• 4.4.1 基于AABB包圍盒的采樣空間生成策略63-64
• 4.4.2 引力函數(shù)的引入64-65
• 4.4.3 算法的執(zhí)行流程65-67
• 4.5 Bi-RRT~*算法及其實(shí)現(xiàn)67-68
• 4.6 路徑修正器的設(shè)計(jì)68-69
• 4.7 過渡路徑規(guī)劃算法的仿真實(shí)驗(yàn)與比較分析69-72
• 4.7.1 仿真實(shí)驗(yàn)軟硬件平臺與規(guī)劃區(qū)域選擇69
• 4.7.2 過渡路徑規(guī)劃算法的執(zhí)行效果69-70
• 4.7.3 標(biāo)準(zhǔn)RRT~*算法和改進(jìn)RRT~*算法的性能比較70-71
• 4.7.4 A~*算法、改進(jìn)RRT~*算法以及Bi-RRT~*算法性能比較71-72
• 4.8 本章小結(jié)72-73
• 第五章 水切割機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法的研究與實(shí)現(xiàn)73-91
• 5.1 水切割路徑規(guī)劃總體方案73
• 5.2 切割輪廓排序問題分析與建模73-75
• 5.3 基于改進(jìn)GA算法的切割輪廓排序75-76
• 5.4 切割輪廓排序與過渡路徑融合方法研究與實(shí)現(xiàn)76-84
• 5.4.1 基于多雙向快速擴(kuò)展隨機(jī)樹的過渡路徑規(guī)劃77-80
• 5.4.2 過渡路徑庫的設(shè)計(jì)80-83
• 5.4.3 切割輪廓排序與過渡路徑規(guī)劃融合方法的實(shí)現(xiàn)83-84
• 5.5 面向水切割應(yīng)用的全局路徑規(guī)劃仿真實(shí)驗(yàn)與效果分析84-89
• 5.5.1 實(shí)驗(yàn)對象84-85
• 5.5.2 實(shí)驗(yàn)平臺85
• 5.5.3 實(shí)驗(yàn)步驟85-88
• 5.5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果88-89
• 5.6 本章小結(jié)89-91
• 第六章 總結(jié)與展望91-93
• 致謝93-95
• 參考文獻(xiàn)95-99
• 作者在攻讀碩士期間發(fā)表的論文99

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 方昕;呂方興;;一種改進(jìn)A~*算法的智能機(jī)器人路徑規(guī)劃[J];信息技術(shù);2015年09期

2 張琪;孟正大;;基于三角片分割的包圍盒樹構(gòu)造方法[J];工業(yè)控制計(jì)算機(jī);2015年08期

3 胡勝成;韓萍;;水射流切割技術(shù)及其應(yīng)用[J];金屬加工(熱加工);2014年06期

4 石為人;王楷;;基于Floyd算法的移動機(jī)器人最短路徑規(guī)劃研究[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2009年10期

5 余伶俐;蔡自興;;改進(jìn)混合離散粒子群的多種優(yōu)化策略算法[J];中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年04期

6 康亮;趙春霞;郭劍輝;;未知環(huán)境下改進(jìn)的基于RRT算法的移動機(jī)器人路徑規(guī)劃[J];模式識別與人工智能;2009年03期

7 馬仁利;關(guān)正西;;路徑規(guī)劃技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展綜述[J];現(xiàn)代機(jī)械;2008年03期

8 邊美玲;任建平;;包圍盒碰撞檢測技術(shù)的研究[J];機(jī)械管理開發(fā);2008年02期

9 唐新華,Paul Drews;機(jī)器人三維可視化離線編程和仿真系統(tǒng)[J];焊接學(xué)報(bào);2005年02期

10 劉麗萍,王祝煒;高壓水射流切割技術(shù)及應(yīng)用[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2000年05期

，

本文編號：1071578