本文關(guān)鍵詞：4R桌面機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)及軌跡規(guī)劃算法研究　出處：《青島科技大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著機(jī)器人技術(shù)的迅猛發(fā)展和市場(chǎng)的迫切需求,我國已將機(jī)器人行業(yè)列為“中國制造2025”的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。本文以產(chǎn)學(xué)研合作為基礎(chǔ),以Dobot機(jī)器人為例,進(jìn)行功能擴(kuò)展,二次開發(fā),研發(fā)了一臺(tái)教學(xué)型四自由度桌面機(jī)器人,旨在讓學(xué)生更加深刻地認(rèn)知和了解機(jī)器人。在研發(fā)過程中,本文著重對(duì)桌面機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和軌跡規(guī)劃的算法進(jìn)行了研究。為了避免解被丟失的可能性和保證角的精度。本文根據(jù)桌面機(jī)器人的位姿結(jié)構(gòu)特點(diǎn),運(yùn)用D-H法建立了該機(jī)器人各關(guān)節(jié)坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,進(jìn)行了正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,得到了正逆解表達(dá)式,并將雙變量反正切函數(shù)運(yùn)用到了逆解的表達(dá)式中,通過真實(shí)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了其正逆解的正確性。同時(shí),對(duì)該機(jī)器人的微分運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分析,通過構(gòu)造法得到了桌面機(jī)器人的雅可比矩陣。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析為桌面機(jī)器人動(dòng)力學(xué)和軌跡規(guī)劃的分析研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模方法推導(dǎo)過程復(fù)雜,模型求解困難,計(jì)算誤差大,且難度隨著機(jī)器人自由度數(shù)的增加而迅速增加的問題。本文受到人工智能的啟發(fā),提出新方法,讓機(jī)器人自己學(xué)會(huì)動(dòng)力學(xué)建模。采用關(guān)節(jié)變量作為輸入,各關(guān)節(jié)所對(duì)應(yīng)的力矩值作為輸出,構(gòu)建了三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來解決桌面機(jī)器人動(dòng)力學(xué)逆問題。為了使模型訓(xùn)練收斂速度更快,更加穩(wěn)定,在訓(xùn)練中引入了彈性梯度下降算法。運(yùn)用MATLAB編程,將各關(guān)節(jié)所對(duì)應(yīng)的力矩預(yù)測(cè)值與計(jì)算所得實(shí)際值進(jìn)行了對(duì)比,達(dá)到了誤差精度要求。預(yù)測(cè)結(jié)果表明,桌面機(jī)器人力矩主要由2、3關(guān)節(jié)承受,其余關(guān)節(jié)受力較小,所建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能夠有效的預(yù)測(cè)桌面機(jī)器人在任意姿態(tài)下各關(guān)節(jié)所需的力矩值。采用人工智能的方法來解決機(jī)器人動(dòng)力學(xué)問題對(duì)今后機(jī)器人動(dòng)力學(xué)問題的研究具有很大的參考價(jià)值。為了尋求最佳運(yùn)動(dòng)路徑,解決逆解多重解和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性問題。首先,設(shè)計(jì)了桌面機(jī)器人軌跡規(guī)劃器算法流程圖,并在Solidworks中通過桌面機(jī)器人的裝配關(guān)系采用示教的方式獲取了起始點(diǎn)和終止點(diǎn)的位置。其次,在笛卡爾空間中利用直線插補(bǔ)算法和調(diào)用逆解公式求出了關(guān)節(jié)角序列,并用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法選出了一組最優(yōu)解序列。最后,針對(duì)離散的最優(yōu)解,再利用三次B樣條插值對(duì)其進(jìn)行了連續(xù)化處理。通過實(shí)例驗(yàn)證和MATLAB編程仿真,結(jié)果表明,得到了桌面機(jī)器人的最佳運(yùn)動(dòng)路徑并保證了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性,也驗(yàn)證了算法的正確性。為了提高機(jī)器人設(shè)計(jì)效率。本文運(yùn)用MATLAB GUIDE開發(fā)了機(jī)器人分析仿真平臺(tái),該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆問題、動(dòng)力學(xué)正逆問題、動(dòng)畫演示和軌跡規(guī)劃等分析仿真功能。并將仿真結(jié)果以數(shù)圖的形式輸出,可視化效果高。桌面機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)之上。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決了逆動(dòng)力學(xué)問題。運(yùn)用直線插補(bǔ)、動(dòng)態(tài)規(guī)劃和三次B樣條插值算法獲得了最佳運(yùn)動(dòng)路徑。通過開發(fā)分析仿真平臺(tái),有效地提高了桌面機(jī)器人的設(shè)計(jì)效率。本文的研究成果可以為機(jī)器人的設(shè)計(jì)和研究提供一種可借鑒的方法。
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1320113