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基于RBF神经网络的机械手轨迹规划及运动仿真研究

作者：孙秀军 Publish: 2007-10-30 Hits:-

【中文题名】

基于RBF神经网络的机械手轨迹规划及运动仿真研究

【英文题名】

Trajectory Planning of Manipulator Based on RBFNN and Kinematics Simulation

【学科专业】

机械电子工程

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-10-30

【中关键词】

机械手,动力学,径向基函数神经网络,虚拟样机,关节空间,

【英关键词】

Manipulator,Dynamics,RBFNN,Prototype,Articulate space,

【分类导航】

工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>机器人技术>机械手>

【论文摘要】

机器人的轨迹规划在机器人的控制中具有重要的地位。论文以AS-MRobot6机器人为研究对象,提出一种新的轨迹优化近似算法。通过对机器人操作臂的轨迹规划的具体分析、基于运动学寻优轨迹算法的模拟实现、关节空间的轨迹优化等方面的全过程的研究,针对AS-MRobot6机器人轨迹规划要求,分别建立了RBF神经网络逼近模型和RBF神经网络插值模型,将其分别应用于关节空间与操作空间的轨迹规划。建立了单输入-单输出RBF神经网络模型,以离散点横坐标值作输入,纵坐标值作为目标输出,训练网络,实现操作空间轨迹的插值运算;建立了单输入-六输出RBF神经网络模型,以离散时间点作输入,以对应于离散时间点的六个角度值作为目标输出,训练网络,实现关节空间轨迹的逼近运算。该算法实现了轨迹规划的快速收敛和近似逼近,具有一定的容错能力,避免了因约束点的输入顺序而产生的影响,使得规划轨迹达到工程上的光顺性要求。然后利用虚拟样机技术,在机械系统动力学软件——ADAMS上建立了机械手的仿真模型,根据优化的关节空间运动轨迹进行运动学仿真,研究机械手的运动学和动力学指标在运动过程中的变化情况,验证了该优化算法的可行...

【论文题纲】

摘要	3-4
ABSTRACT	4-10
第一章绪论	10-19
1.1 模块化、分布式机器人技术	10-12
1.1.1 可重构模块化机器人简介	10
1.1.2 模块化机器人的现状和发展趋势	10-12
1.2 机器人轨迹规划概述	12-17
1.2.1 机器人轨迹规划简介	12-14
1.2.2 轨迹规划算法的研究现状	14-17
1.3 虚拟样机技术	17-18
1.4 本文的主要工作内容	18-19
第二章建立 AS-MRobot6 机器人虚拟样机	19-26
2.1 AS-MRobot6 机器人模块选择	19-20
2.1.1 焊接工作简述	19
2.1.2 机器人模块选择	19-20
2.2 样机模型生成与装配	20-22
2.2.1 Unigraphics 建模功能	20-21
2.2.2 建立模型部件文件	21
2.2.3 机械手模型装配	21-22
2.2.4 装配文件导出	22
2.3 建立机器人虚拟样机	22-24
2.3.1 ADAMS 软件概述	22-23
2.3.2 ADAMS 环境设置	23
2.3.3 样机模型生成与细化	23-24
2.4 添加关节角度范围传感器	24-25
2.5 本章小结	25-26
第三章 AS-MRobot6 机器人运动学分析	26-45
3.1 位姿描述和齐次变换	26-30
3.1.1 刚体位姿描述	26-28
3.1.2 坐标变换概述	28-30
3.1.3 齐次变换矩阵的乘法运算	30
3.2 机械手运动学	30-35
3.2.1 机械手连杆参数和连杆坐标系	30-32
3.2.2 连杆变换和运动学方程	32-33
3.2.3 AS-MRobot6 型机械手连杆间的坐标变换	33
3.2.4 AS-MRobot6 型机械手的运动学方程	33-35
3.3 运动学反解分析	35-44
3.3.1 逆解方程推导	35-38
3.3.2 雅可比矩阵	38-43
3.3.3 奇异性分析	43-44
3.4 本章小结	44-45
第四章基于 RBFNN 的 AS-MRobot6 机器人轨迹规划	45-57
4.1 工作任务描述	45-48
4.1.1 焊接轨迹描述	45-46
4.1.2 初始状态及运动参数设定	46-48
4.2 各段轨迹方程	48-49
4.3 RBF 神经网络模型分析	49-51
4.4 规划机器人运动轨迹	51-55
4.4.1 曲线参数表示的知识基础	51-52
4.4.2 操作空间轨迹规划	52-53
4.4.3 关节空间轨迹规划	53-55
4.5 本章小结	55-57
第五章基于 ADAMS 的运动仿真及性能测试	57-67
5.1 模型调试和仿真分析控制参数设置	57-59
5.1.1 为机构添加驱动	57-58
5.1.2 仿真分析控制参数设置	58-59
5.2 工具末端运动轨迹	59
5.3 关节转角及转速的仿真结果	59-61
5.3.1 各个关节转角的仿真结果	59-60
5.3.2 关节角速度的仿真结果	60-61
5.4 工具位姿参数与速度的仿真结果	61-64
5.4.1 工具位姿参数的仿真结果	61-62
5.4.2 工具速度仿真结果	62-63
5.4.3 各关节角时、频曲线的转换	63-64
5.5 模型动力性能分析	64-66
5.5.1 铰链支反力与转矩的分析	64-66
5.5.2 杆件动能的仿真结果	66
5.6 本章小结	66-67
第六章总结与展望	67-69
6.1 总结	67-68
6.2 展望	68-69
攻读硕士学位期间发表论文及参加科研工作情况	69-70
致谢	70-71
参考文献	71-74
附录	74-85

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.385862



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