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

  更多相關文章： 水切割機器人 切割質(zhì)量預測 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器人離線編程系統(tǒng)的總體結構和相關技術,根據(jù)實際需求開發(fā)了切割質(zhì)量預測和工藝參數(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技術的結合實現(xiàn)圖形顯示,完成用戶交互。針對切割質(zhì)量預測和工藝參數(shù)優(yōu)化問題,首先給出了粗糙度預測模型的建立方案。在充分研究3層神經(jīng)網(wǎng)絡原理的基礎上,增加隱含層,形成4層的人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型以提高切割質(zhì)量的預測精度。然后利用訓練樣本訓練獲得工件切割工藝參數(shù)(進給速度、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)的關系模型,接著通過檢驗樣本驗證模型的預測效果。基于預測模型,分別采用梯度法和模擬退火算法實現(xiàn)給定切割粗糙度下的進給速度優(yōu)化,獲取期望工件切割質(zhì)量指標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)格化水切割機器人規(guī)劃空間,標記障礙物區(qū)域和自由空間區(qū)域,利用A*算法實現(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RRT*算法實現(xiàn)無碰過渡路徑規(guī)劃；3)基于改進RRT*算法,借鑒雙向RRT算法思想,研究并實現(xiàn)雙向RRT*(Bi-RRT*)算法進行過渡路徑規(guī)劃,進一步提升規(guī)劃速度。最后,選取算法運行時間和路徑長度為指標進行仿真實驗,對比分析三種方案的規(guī)劃效率。實驗結果表明,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行切割序列優(yōu)化造成排序結果不準確的問題,將Bi-RRT*算法融合到基于遺傳算法的切割輪廓排序算法中,實現(xiàn)在切割輪廓序列優(yōu)化的同時進行過渡路徑的規(guī)劃。根據(jù)水切割規(guī)劃作業(yè)特點,設計相應的多雙向樹連接算法,實現(xiàn)多雙向樹的連接,在此基礎上,進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)和樹的生成時間；設計并實現(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規(guī)劃,降低路徑規(guī)劃耗時,提高規(guī)劃效率。最后通過仿真實驗驗證上述方法的有效性。最后,完成了切割質(zhì)量預測和工藝參數(shù)優(yōu)化、水切割機器人作業(yè)規(guī)劃等相關軟件的開發(fā),對軟件進行測試,驗證軟件的正確性和合理性,并實現(xiàn)與通用平臺集成和整體軟件的功能測試。
【關鍵詞】：水切割機器人 切割質(zhì)量預測 工藝參數(shù)優(yōu)化 過渡路徑規(guī)劃 作業(yè)規(guī)劃
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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 論文組織結構18-21
• 第二章 水切割機器人作業(yè)規(guī)劃系統(tǒng)總體需求21-33
• 2.1 水切割機器人工作單元與軟件開發(fā)需求21-22
• 2.2 水切割機器人作業(yè)規(guī)劃系統(tǒng)體系結構設計22-24
• 2.3 水切割機器人離線自動編程系統(tǒng)的改進設計24-29
• 2.3.1 水切割機器人離線自動編程系統(tǒng)的集成24-26
• 2.3.2 水切割機器人離線自動編程系統(tǒng)的改進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模型結構35-36
• 3.4 多層ANN模型的學習算法36-41
• 3.4.1 標準BP算法的原理36-39
• 3.4.2 交叉熵代價函數(shù)的引入39-41
• 3.5 多層ANN模型的實現(xiàn)41-43
• 3.6 基于多層ANN算法的切割質(zhì)量預測模型的驗證43-47
• 3.7 水切割工藝參數(shù)優(yōu)化47-50
• 3.7.1 目標函數(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)化的驗證49-50
• 3.8 本章小結50-51
• 第四章 過渡路徑規(guī)劃方法的研究與實現(xiàn)51-73
• 4.1 水切割機器人作業(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RRT~*算法及其實現(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~*算法及其實現(xiàn)67-68
• 4.6 路徑修正器的設計68-69
• 4.7 過渡路徑規(guī)劃算法的仿真實驗與比較分析69-72
• 4.7.1 仿真實驗軟硬件平臺與規(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 標準RRT~*算法和改進RRT~*算法的性能比較70-71
• 4.7.4 A~*算法、改進RRT~*算法以及Bi-RRT~*算法性能比較71-72
• 4.8 本章小結72-73
• 第五章 水切割機器人全局路徑規(guī)劃方法的研究與實現(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現(xiàn)76-84
• 5.4.1 基于多雙向快速擴展隨機樹的過渡路徑規(guī)劃77-80
• 5.4.2 過渡路徑庫的設計80-83
• 5.4.3 切割輪廓排序與過渡路徑規(guī)劃融合方法的實現(xiàn)83-84
• 5.5 面向水切割應用的全局路徑規(guī)劃仿真實驗與效果分析84-89
• 5.5.1 實驗對象84-85
• 5.5.2 實驗平臺85
• 5.5.3 實驗步驟85-88
• 5.5.4 實驗結果88-89
• 5.6 本章小結89-91
• 第六章 總結與展望91-93
• 致謝93-95
• 參考文獻95-99
• 作者在攻讀碩士期間發(fā)表的論文99

【參考文獻】

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本文編號：1071578