关键词：六自由度串联机械手;;三次B样条;;能耗模型;;粒子群算法;;GPSO算法
摘 要：中国制造2025以及工业4.0需要大量工业机械臂,但使用大量使用工业机械臂能耗特别高,我国是世界上机械臂使用数量最多的国家。目前全球环境问题突出,同时我国大力推行节能减排,要求在发展经济的同时减少能耗加强对环境的保护。因此降低机械臂进行作业过程中的能耗是需要解决的一个重要问题。本文以AIR6A六自由度串联机械手为研究对象,在机器人运动学和动力学建模的基础上进行轨迹规划,比较不同优化方法在降低能耗方面的效果,本文的主要研究工作和取得的成果如下:首先,分析了机械手运动学和动力学的理论基础,建立了标准D-H模型,推导了机械手的连杆变换矩阵和逆运动学求解方法;根据机械手的齐次变换矩阵使用拉格朗日动力学方程建立动力学模型,求解了机械手的动力学约束公式;使用三次非均匀B样条函数对离散的路径点进行插值,得到连续的、始末点均重合的关节轨迹,并求解了关节角度、角速度和角加速度约束条件。然后,基于动能建立机械手的能耗模型。将能耗模型表示成时间的函数,将能耗最优问题转化成求解一组满足能耗最优的时间间隔序列问题。分别使用粒子群算法、遗传算法和遗传-粒子群(GPSO)算法对轨迹规划过程中的能耗进行优化,得到多组轨迹规划方案,然后对能耗均值、时间均值做对比。最后,在ADAMS中建立AIR6A机械手的虚拟样机,分别对遗传-粒子群(GPSO)算法和粒子群算法优化后的能耗最后的轨迹规划方案进行仿真,分析两种轨迹规划方案的力矩、速度和加速度情况。仿真分析得各关节速度和力矩均满足约束范围要求,同时各关节的加速度曲线连续。仿真后比较两种算法的轨迹规划方案,得GPSO算法的方案为能耗最优的轨迹规划方案。
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