本文關(guān)鍵詞：放射性容器退役拆解中機(jī)械臂軌跡規(guī)劃與跟蹤研究　出處：《西南科技大學(xué)》2017年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：核退役拆解任務(wù)中機(jī)械臂的應(yīng)用受到越來(lái)越多的關(guān)注。在工作強(qiáng)度大、環(huán)境復(fù)雜、輻射危害大、拆解工藝復(fù)雜等特點(diǎn)下,機(jī)械臂任務(wù)空間的軌跡規(guī)劃問(wèn)題對(duì)放射性容器退役拆解任務(wù)中機(jī)械臂高效、穩(wěn)定、精確平滑地運(yùn)行有重要意義。本課題以放射性容器熱切割退役拆解任務(wù)為研究背景,以MOTOMAN-MH6S型六自由度串聯(lián)機(jī)械臂為研究對(duì)象,在機(jī)械臂任務(wù)空間采樣獲得描述切割任務(wù)關(guān)鍵位姿點(diǎn),通過(guò)研究適用于MH6S類(lèi)型機(jī)械臂的姿態(tài)規(guī)劃算法和位置規(guī)劃算法,規(guī)劃出滿足切割任務(wù)工藝要求的機(jī)械臂運(yùn)行軌跡,并且確保獲取機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)平滑、平穩(wěn),位姿準(zhǔn)確的軌跡時(shí)間函數(shù)θ_e(t);通過(guò)旋量理論建立任務(wù)空間和關(guān)節(jié)空間的映射關(guān)系,將任務(wù)空間中的軌跡時(shí)間函數(shù)θ_e(t)以能量最優(yōu)條件映射至關(guān)節(jié)空間,進(jìn)一步研究給定參考軌跡輸入的機(jī)械臂軌跡跟蹤控制方法。整個(gè)方案對(duì)提高機(jī)械臂運(yùn)行的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的可靠性、工作效率有重要意義。本文重點(diǎn)研究MH6S型六自由度機(jī)械臂任務(wù)空間中軌跡的位置規(guī)劃、姿態(tài)規(guī)劃方法、以及從任務(wù)空間到關(guān)節(jié)空間映射關(guān)系,再者,以關(guān)節(jié)空間中的軌跡時(shí)間函數(shù)θ_e(t)為機(jī)械臂給定參考輸入,進(jìn)行軌跡跟蹤控制算法驗(yàn)證,最后在MH6S機(jī)械臂平臺(tái)上構(gòu)建典型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。本論文中,在任務(wù)空間中通過(guò)三次非均勻B樣條插值算法對(duì)具有連續(xù)路徑點(diǎn)約束條件的軌跡進(jìn)行位置規(guī)劃;利用單位四元數(shù)三次多項(xiàng)式樣條插值算法實(shí)現(xiàn)對(duì)多姿態(tài)約束條件軌跡的位姿規(guī)劃,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂在任務(wù)空間中連續(xù)路徑點(diǎn)約束條件的位姿規(guī)劃;利用旋量的方法求解任務(wù)空間中機(jī)械臂的姿態(tài)和關(guān)節(jié)空間中機(jī)械臂位姿的映射關(guān)系;利用五次樣條插值算法對(duì)關(guān)節(jié)空間中的連續(xù)位姿進(jìn)行規(guī)劃。軌跡規(guī)劃是機(jī)械臂軌跡跟蹤的基礎(chǔ),將規(guī)劃好的軌跡時(shí)間律作為控制系統(tǒng)的參考輸入,在采用拉格朗日公式建立的動(dòng)力學(xué)模型上,利用重力補(bǔ)償?shù)腜D控制算法實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂系統(tǒng)對(duì)參考軌跡跟蹤驗(yàn)證。本文在MATLAB/Visual Studio軟件上對(duì)任務(wù)空間中連續(xù)路徑點(diǎn)約束條件的機(jī)械臂給定任務(wù)描述進(jìn)行軌跡規(guī)劃,并結(jié)合旋量方法將任務(wù)空間中規(guī)劃的軌跡時(shí)間函數(shù)映射到關(guān)節(jié)空間,在關(guān)節(jié)空間中利用五次樣條插值實(shí)現(xiàn)對(duì)軌跡平滑連續(xù)的規(guī)劃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的規(guī)劃方法對(duì)任務(wù)空間中連續(xù)路徑點(diǎn)約束條件的軌跡規(guī)劃切實(shí)可行,為機(jī)械臂離線編程奠定基礎(chǔ)。
[Abstract]:More and more attention has been paid to the application of robot arm in the nuclear decommissioning task. Under the characteristics of high working intensity, complex environment, large radiation hazard and complex dismantling process, etc. The trajectory planning problem of robot arm mission space is highly efficient and stable for the decommissioning mission of radioactive container. It is of great significance to run accurately and smoothly. In this paper, the research background is the decommissioning task of radioactive vessel thermal cutting, and the research object is MOTOMAN-MH6S six-degree-of-freedom series manipulator. The key position and attitude points describing the cutting task are obtained by sampling in the manipulator mission space. The attitude planning algorithm and the position planning algorithm suitable for the MH6S type manipulator are studied. The trajectory of the manipulator is designed to meet the requirements of the cutting task, and the trajectory time function 胃 E / T of smooth, steady and accurate position and pose is obtained. The mapping relationship between the task space and the joint space is established by spinor theory, and the locus time function 胃\\\. Further study the trajectory tracking control method for the given reference trajectory input. The whole scheme can improve the stability of the manipulator operation and the reliability of the system. This paper focuses on the position planning, attitude planning method and mapping relationship from mission space to joint space in the task space of MH6S six-degree-of-freedom manipulator. The locus time function 胃 _ S _ T in the joint space is used as the reference input of the manipulator, and the trajectory tracking control algorithm is verified. Finally, a typical experiment is constructed on the platform of MH6S manipulator for verification. In the task space, the trajectory with continuous path point constraints is planned by cubic nonuniform B-spline interpolation algorithm. The cubic polynomial spline interpolation algorithm of unit quaternion is used to realize the pose planning of multi-attitude constraint locus, so as to realize the position and pose planning of the continuous path point constraint condition of the manipulator in the mission space. The mapping relationship between the attitude of the manipulator in the mission space and the position and attitude of the manipulator in the joint space is solved by the spinor method. The quintic spline interpolation algorithm is used to plan the continuous position and pose in the joint space. The trajectory planning is the basis of the trajectory tracking of the manipulator. The planned trajectory time law is used as the reference input of the control system. In the dynamic model established by Lagrange formula. The PD control algorithm of gravity compensation is used to verify the reference trajectory tracking of manipulator system. This paper is based on MATLAB/Visual. The trajectory planning for the given task description of the manipulator with the constraint of continuous path points in the task space is carried out by Studio software. The trajectory time function of the task space is mapped to the joint space by spinor method, and the smooth and continuous planning of the trajectory is realized by using the quintic spline interpolation in the joint space. The programming method presented in this paper is feasible for trajectory planning of continuous path point constraints in mission space and lays a foundation for off-line programming of manipulator.
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP241

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本文編號(hào)：1440283