【摘 要】
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随着技术的不断突破以及市场需求的多元化,机械臂的应用范围越来越广泛,早已不再局限于工业流水线上的工作。随着而来的,对机械臂工作质量的要求也越来越高。因此本文以六自由度机械臂为研究对象,研究其轨迹规划及轨迹时间最优化方法。论文具体完成的工作如下:（1）对机械臂进行运动学分析。采用改进D-H参数法建立机械臂模型,推导出正运动学方程,运用解析法对机械臂求出8组逆解,选择误差最小的一组作为最优逆解;先在理
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随着技术的不断突破以及市场需求的多元化,机械臂的应用范围越来越广泛,早已不再局限于工业流水线上的工作。随着而来的,对机械臂工作质量的要求也越来越高。因此本文以六自由度机械臂为研究对象,研究其轨迹规划及轨迹时间最优化方法。论文具体完成的工作如下:（1）对机械臂进行运动学分析。采用改进D-H参数法建立机械臂模型,推导出正运动学方程,运用解析法对机械臂求出8组逆解,选择误差最小的一组作为最优逆解;先在理论上推导机械臂工作空间,再通过Matlab绘制出点云集。（2）对机械臂进行轨迹规划。根据空间划分不同,在笛卡尔空间和关节空间内对机械臂进行5种插值法的轨迹规划。其中重点讨论关节空间三次均匀B样条拟合法,针对该方法得到的轨迹不能通过全部控制点这一不足进行改进。利用改进后的B样条拟合法对一组路径点进行插值计算,得到三维空间路径以及关节运动参数曲线,观察曲线情况,都处在约束条件内,从理论上证明改进B样条拟合法的可行性。（3）对机械臂进行轨迹优化。从适应度函数与遗传算子两方面对遗传算法进行改进。以机械臂运动参数为约束条件,利用惩罚函数消除求解问题中的约束条件;引入正弦函数改进遗传算子,使其随计算过程的推进做非线性变化。根据优化结果重新规划轨迹,得到新的运动参数曲线,从理论上证明改进优化算法的可行性。（4）搭建机械臂虚拟仿真平台。利用Solidworks与Matlab联合仿真,搭建机械臂Simscape模型,对前述的运动学逆解算法、轨迹规划与优化算法进行仿真验证。将逆解算法仿真结果与机器人工具箱结果对比,验证推导出的逆解算法的正确性;在该平台上运行得到的改进B样条轨迹以及时间最优轨迹,对比仿真得到的Scope波形和理论上的运动参数曲线,验证轨迹规划算法的正确性与优化算法的可行性。
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