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码垛机器人动力系统控制与轨迹优化研究主要工作

时间：2017-08-17 来源：机器人在线阅读：6611 原创

1.3.1本文主要研究内容

本学位论文的主要研究内容如下:

(1)分析四自由度ABT码垛机器人的机械构型及运动特性，根据码垛机器人动力系统控制总体要求设计其系统总体方案，并针对各个功能模块的主要任务和功能实现作具体分析。

(2)针对具体型号Trio MC405，研究其硬件性能、工作原理和具体应用方法，负责完成插补运算、伺服控制、速度控制、逻辑控制等机器人运动过程中的工作任务。其次，分别详细介绍了MC405下的编程操作软件Motion Perfect V3的使用说明、软件编程语言—Trio Basic语言中运动控制指令。

(3)完成机器人动力控制系统软硬件平台的搭建。确立伺服驱动系统的控制方式，对各运动轴的电机及驱动器进行匹配及选型以及对动力和控制系统的主要硬件进行信号线路的搭建和电气线路连接。另外开发了上位机人机界面，研究触摸屏各功能模块及实现方法。

(4)在关节空间内设计并优化抓手的基本运行轨迹，并且兼顾机器人的动力学特性和运动学特性以对比的形式推到出具有综合特性的两种拟合型轨迹规划算法，配合实际电机运行求得机器人操作最短时间。

(5)结合ABT码垛机器人本体，对整个动力控制系统进行调试和验证，综合评价软硬件系统性能。同时实验验证了本文轨迹规划的可行性。

1.3.2预期要解决的问题及解决方法

机器人实际运动过程中的问题可以归纳为以下三个方面:

(1)快:码垛工作效率无疑是衡量机器人性能的重要指标。如何在这样的短时间内使机器人完成来回运动并且连续持久工作将是本论文考虑的问题之一;

(2)稳:码垛机器人在工作过程中频繁的快速启动、快速停止，势必对机械结构造成冲击和磨损，因此，对机器人运动的稳定性和平滑性做出了要求;

(3)整:要求编程过程中逻辑系统性以及程序模块的相互关系，传感器信号回馈、报警事件、输入输出信号对应、人机界面的人性化都将是编程中需要考虑并且解决的因素。

针对以上问题解决的主要途径有:

(1)硬件上:完善机器人动力控制系统如:驱动器的驱动性能、控制器性能以及根据机器人各关节运动速度和运行情况考虑所需伺服电机的转速以及转矩进行电机运行匹配;

(2)软件上:工程程序实行模块化，且各模块之间形成‘锅合”效应，既要相互连接，也要形成一个整体;

(3)理论上:优化控制理论提高控制策略，包括轨迹规划算法优化及实现、关节空间末端运行路径合理规划。传统的轨迹规划算法，并不考虑伺服电机或者机器人动力学特性这些实现层面的因素，导致算法的实针对性不强，因此还需理论控制与实际硬件驱动系统相结召。

2码垛机器人构型及运动分析

图2.1为合肥奥博特自动化设备有限公司提供的ABT-210型码垛机器人实物照片。其抓手可根据客户搬运物料的形状和特性订制不同类型的机器人抓取器适应不同应用领域的搬运需求。码垛机器人通常情况下是和包装生产线配合使用。将生产线传输的物料整齐地码放在托盘上，由叉车将托盘堆放到仓库、或直接堆放到汽车上。