摘要
随着工业生产速度的加快以及规模化生产对质量和技术要求的不断提高，工业机器人连续运行速度成为衡量一个机器人质量的重要指标，以完成任务时间最短为目标的高速机器人运动轨迹最优化成为目前相关学者研究的热点。由于大中型机器人机械臂自重、负载较大，在高速运动时其动力学问题不可避免，因此本文提出结合动力学的工业机器人轨迹最优化方案，主要内容分为以下几部分。 工业机器人的数学建模。以STEP SA1400机器人为研究对象，基于改进DH参数法建立其数学模型，并给出机器人的运动学正逆解表达式和牛顿欧拉动力学公式。基于粘滞库伦摩擦模型进行摩擦参数辨识，并综合考虑重力与转子惯量的影响，提高动力学模型精度;最后通过动力学力矩前馈方式验证了机器人数学模型的准确性。 考虑动力学特性的轨迹规划。在最优化基础上，提出了在关节空间以五次B样条作为关节轨迹模型，考虑机器人的关节速度、力矩和位姿约束，以工作时间最短为目标的机器人运动轨迹规划方案。通过对比三种轨迹模型在最优化算法下性能，验证了B样条的优越性;指出目前最优化约束条件中存在问题，提出了仅采用关节速度约束的策略，并根据轨迹类型添加了轨迹位姿约束策略。针对机器人部分关节伺服驱动器功率过小问题，提出了力矩连续过载时间约束策略;为进一步提高规划精度，提出了自适应型值点生成策略对轨迹进行预处理。最后通过实验分析验证了所提出策略的性能。 混合最优化模型。本文针对于单一优化算法难以取得全局最优解问题，提出以遗传算法(GA)和序列二次规划(SQP)优化算法为基础的一种混合最优化方案;采用根据种群规模自适应的精英保留算子和根据父代双亲适应度的启发式交叉算子以及根据最优个体与边界条件自适应的变异算子等方式，提高GA算法性能。最后通过对比三种优化方案，验证了混合最优化的性能。 实验仿真与验证。测试平台采用STEP SA1400焊接机器人，控制器采用实验室基于KRMotion开发的并增加轨迹跟随功能工业机器人运动控制系统，仿真软件采用Vrep。实验结果表明，本文提出的方案有效的提高了机器人运动速度，并具有良好的精度。
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