【摘 要】
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随着智能制造的兴起,工业机器人作为车间智能化重要的一环,期望机器人在完成作业时尽可能提高生产效率、运行平稳。传统示教编程难度大且机器需经常停机导致工业生产耗时增加,采用离线编程能弥补以上缺点,并提高工业机器人使用率。本文研究离线编程中机械臂路径规划和轨迹规划算法,针对搬运工况对工作效率要求较高,进行避障路径规划以搜索出最短路径,并进行时间最优轨迹规划;针对打磨工况对作业精度要求较高,为避免机械臂末
【基金项目】
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国家重点研发计划:网络协同制造和智能工厂,智能工厂设计仿真技术与软件工具开发,基于3D组态的制造系统物化建模和性能仿真,项目编号2018YFB1701002；
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随着智能制造的兴起,工业机器人作为车间智能化重要的一环,期望机器人在完成作业时尽可能提高生产效率、运行平稳。传统示教编程难度大且机器需经常停机导致工业生产耗时增加,采用离线编程能弥补以上缺点,并提高工业机器人使用率。本文研究离线编程中机械臂路径规划和轨迹规划算法,针对搬运工况对工作效率要求较高,进行避障路径规划以搜索出最短路径,并进行时间最优轨迹规划;针对打磨工况对作业精度要求较高,为避免机械臂末端受到冲击偏离打磨轨迹,根据打磨关键路径点进行时间-冲击多目标轨迹优化提高运行平稳度。研究工作如下:（1）分析了圆柱体包围盒与常见AABB、OBB、球包围盒间的相交检测方法,并应用在机械臂碰撞检测场景中,与改进RRT*算法结合进行避障路径规划。（2）针对传统多项式插值函数进行轨迹规划存在曲线难以控制问题,采用五次B样条构造关节轨迹,对型值点反算控制点及控制点各阶导数求导规则进行分析以用于表示机械臂运动学约束,并与三次、五次多项式及三次B样条插值轨迹比较。（3）提出一种改进鲸鱼算法IWOA并与标准粒子群、改进粒子群、传统鲸鱼算法在12组基准测试函数及机械臂最优时间轨迹规划实验中比较算法在整体搜索空间寻优、整体收敛速度和所求最优解精度性能,时间优化后的轨迹满足运动学约束且运行时间短,曲线连续光滑,证明本文IWOA算法可行性。（4）针对单一时间目标轨迹规划难以满足对精度要求较高作业需求,建立时间-冲击多目标优化数学模型,基于改进非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ,在满足运动学约束下进行轨迹规划,得到Pareto最优解集。与基于IWOA算法对轨迹时间优化后的仿真结果对比,加加速度最大减少58.46%,提高机械臂运行平稳性和作业精度。（5）利用Maltab与机器人仿真软件Coppeliasim搭建机械臂轨迹规划仿真实验平台,通过两者进行联合仿真,分别进行机械臂搬运实验和打磨轮毂实验,从而验证本文基于IWOA的时间最优算法和基于改进NSGA-Ⅱ的时间-冲击优化算法有效性。
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