發(fā)布時間：2020-04-12 13:35

【摘要】：物流作業(yè)的裝卸貨環(huán)節(jié)目前主要由耗時耗力的人工散裝搬運方式完成,裝車卸車機器人能實現(xiàn)該作業(yè)的全自動,極大改善這一狀況。機械手作為系統(tǒng)的核心模塊,其運行效率和穩(wěn)定性直接影響整體性能。本文以系統(tǒng)中的機械手為研究對象,設計其控制系統(tǒng),并研究特定約束下的最優(yōu)運動規(guī)劃方法,主要工作及結論如下:基于硬件基本需求,確定了“雙層控制器+EtherCAT總線”的硬件方案。針對上層控制軟件,使用UML建模方法,通過用例圖建立了用例模型,使用順序圖和類圖建立了分析模型,基于系統(tǒng)特征確定了ROS框架下的分層體系結構,并根據用例設計了界面原型;針對下層控制軟件,確定了驅動程序的模塊化方案。使用D-H方法,建立了上下貨機械手的位置運動學和速度運動學模型。使用拉格朗日方法,建立機械手的動力學模型,并使用Adams仿真驗證了數學模型的正確性。針對作業(yè)環(huán)境及任務特征,提出了結合插入中間點和柵格化構形空間后A*搜索的路徑規(guī)劃方法,并使用經過確定路徑點及端點導矢可控的光滑5次B樣條插值方法進行高階連續(xù)的軌跡規(guī)劃。針對裝卸貨作業(yè)流程,分析運動規(guī)劃問題的輸入,從而推導出運動規(guī)劃的運動學及動力學約束條件�；�于軌跡對效率及平穩(wěn)性的需求,建立最優(yōu)運動規(guī)劃問題的凸優(yōu)化數學模型,并給出了求解方法。最終,提出了作業(yè)場景下的運動規(guī)劃問題的規(guī)范求解流程。對一次典型卸貨作業(yè)的規(guī)劃仿真驗證了方法的實用性。依據設計方案,完整實現(xiàn)了機械手的控制硬件與軟件系統(tǒng)。針對多種貨物進行卸貨作業(yè)實驗,實際效果證明了控制系統(tǒng)能夠較好滿足實際作業(yè)的控制需求;對不同參數貨物進行規(guī)劃,得到的差異化結果驗證了本文提出的最優(yōu)運動規(guī)劃方法的有效性。本文針對裝車卸車機器人的機械手設計的控制系統(tǒng),以及面向裝卸貨作業(yè)提出的最優(yōu)運動規(guī)劃方法,能夠滿足作業(yè)需求,實現(xiàn)對機械手在運動學、動力學限制條件下效率與平穩(wěn)性綜合最優(yōu)的控制。
【圖文】：

圖 1-3 嵌入式托盤全自動裝卸系統(tǒng) 圖 1-4 伸縮式托盤全自動裝卸系統(tǒng)針對上述問題，本項目設計全自動智能裝車卸車機器人系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由上下貨機械手、自動輸送帶、托盤機械手、旋轉托盤和移動底盤五個模塊組成，使用先進導航技術引導全向底盤在裝卸平臺和車廂間移動，利用視覺系統(tǒng)引導機械手拆剁碼垛，從而完成全自動裝卸貨。“雙機械手+移動底盤”的設計大大提高了設備的靈活性和通用性，也降低了自動化改造成本。本課題針對系統(tǒng)中的機械手模塊，，設計并實現(xiàn)其控制系統(tǒng)，聚焦運動規(guī)劃問題，研究最優(yōu)化軌跡規(guī)劃方法，對實現(xiàn)項目需求、提高設備運行效率有著重要的意義。國內外研究現(xiàn)狀機械手運動規(guī)劃研究現(xiàn)狀在機械手的研究中，運動規(guī)劃是指根據任務要求與約束條件，得到其完整運動軌跡

圖 1-3 嵌入式托盤全自動裝卸系統(tǒng) 圖 1-4 伸縮式托盤全自動裝卸系統(tǒng)針對上述問題，本項目設計全自動智能裝車卸車機器人系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由上下貨機械手、自動輸送帶、托盤機械手、旋轉托盤和移動底盤五個模塊組成，使用先進導航技術引導全向底盤在裝卸平臺和車廂間移動，利用視覺系統(tǒng)引導機械手拆剁碼垛，從而完成全自動裝卸貨�！半p機械手+移動底盤”的設計大大提高了設備的靈活性和通用性，也降低了自動化改造成本。本課題針對系統(tǒng)中的機械手模塊，設計并實現(xiàn)其控制系統(tǒng)，聚焦運動規(guī)劃問題，研究最優(yōu)化軌跡規(guī)劃方法，對實現(xiàn)項目需求、提高設備運行效率有著重要的意義。國內外研究現(xiàn)狀機械手運動規(guī)劃研究現(xiàn)狀在機械手的研究中，運動規(guī)劃是指根據任務要求與約束條件，得到其完整運動軌跡
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP241

【參考文獻】

相關期刊論文 前7條

1 張文棟;路敦民;;基于IPC與運動控制卡的機器人運動控制系統(tǒng)[J];測控技術;2015年07期

2 李小為;胡立坤;王琥;;速度約束下PSO的六自由度機械臂時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃[J];智能系統(tǒng)學報;2015年03期

3 王小立;趙寧;沈丹峰;;基于ARM的SCARA機器人控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J];電子世界;2013年19期

4 王會方;朱世強;吳文祥;;基于INSGA-Ⅱ算法的機械手多目標軌跡規(guī)劃[J];浙江大學學報(工學版);2012年04期

5 李偉光;許陽釗;;搬運機器人的軌跡規(guī)劃[J];組合機床與自動化加工技術;2010年05期

6 閆曉娟;劉景林;;電機運動控制網絡及其發(fā)展研究[J];電機與控制應用;2010年02期

7 陶其銘,柯尊忠;機器人軌跡規(guī)劃新方法的研究[J];機床與液壓;2003年04期

相關碩士學位論文 前6條

1 楊昌鑄;六軸工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃及仿真[D];廣東工業(yè)大學;2018年

2 秦國華;裝車卸車移動機器人定位方法及運動控制研究[D];華中科技大學;2018年

3 謝鍇;基于EtherCAT總線的多軸控制系統(tǒng)設計[D];浙江大學;2017年

4 李瑞峰;時間最優(yōu)的機器人點到點軌跡規(guī)劃問題研究[D];大連理工大學;2016年

5 胡忠仲;基于多軸運動控制卡的開放式工業(yè)機器人控制系統(tǒng)設計[D];合肥工業(yè)大學;2015年

6 龐飛;工業(yè)機器人二次最優(yōu)軌跡規(guī)劃算法研究[D];東北大學;2014年

本文編號：2624777