码垛机器人能耗最优轨迹规划算法验证实验

为了验证能耗最优轨迹算法的有效性，对码垛机器人进行能耗最优轨迹规划算法的验证实验。对于相同的起始点，分别进行七次多项式轨迹规划及能耗最优轨迹规划，在TwinCAT的PLC中分别输入七次多项式轨迹点值及能耗最优轨迹算法求得的数值离散点的值，控制机器人进行运动。在运行过程中，使用TwinCAT的NCtoPLC功能实时反馈运行过程中电机实际输出力矩值及实际转速值，进而得到电机的瞬时功率值，通过Scope功能对其进行记录。运行结束后，对实际消耗能量进行计算:

 分别控制机器人沿七次多项式的测试轨迹、能耗最优轨迹进行运动，运行始末点为图2-5中的2段轨迹的始末点，运行时间为1s。为了避免实验过程中偶然性的出现，分别对两种轨迹进行10次测试，测得10次测试的能量消耗值如表5-4所示。

取每次测试所消耗能量的平均值为实际消耗能量值，轨迹所消耗的能量为17.036kJ，能耗最优轨迹所消耗的能得到七次多项式测试量为14.428kJ。这说明，在同样的起始点、终止点与运行效率的前提下，能耗最优轨迹可以使机器人运行的总能耗降低15.308070，这说明了能耗最优轨迹算法的有效性。此外，与仿真进行对比可以看出，实际消耗能量大于仿真结果，情况的出现可能是仿真时并未考虑摩擦力的因素。

5.5本章小结

本章在理论分析的基础上，基于EtherCAT建立了码垛机器人控制系统实验平台。首先通过位置控制对关节摩擦模型进行了辨识，得到了精度较高的摩擦模型。之后，将摩擦模型引入到了控制器中，进行了基于状态反馈的模糊滑模变结构控制器的控制器精度测试实验及能耗最优轨迹规划算法的验证实验。实验结果表明，该机器人重复定位精度可达±0.154mm，轨迹跟踪精度可达±0.160mm,精度指标接近国外先进水平。能耗最优轨迹下运行能耗较七次多项式轨迹降低了15.308%说明了能耗最优轨迹规划方法的有效性。