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高速重载码垛机器人能耗最优轨迹规划和控制研究

时间：2017-12-06 来源：机器人在线阅读：6451

高速重载码垛机器人能耗最优轨迹规划和控制研究

1课题研究背景和意义

随着社会的不断发展，人类对生产力水平的需求越来越高。生产力的高水平意味着生产速度的不断加快和生产质量的不断提高，仅依靠人力己经无法完成这种高劳动强度的工作。而且伴随着我国人口红利的逐渐消失，人力成本越来越高，生产力水平急需通过其他方式来得到提高。机器人作为一种通用性强、工作效率高、重复劳动能力强的自动化设备，其在生产领域的大面积应用在一定程度上缓解了高要求带来的压力。

但是，码垛机器人的高速重载工况给机器人的运转带来了问题。一方面，高速重载的工况使得机器人关节变形增大，传统的刚体动力学模型误差加大，机器人实际运动为刚体运动和弹性振动的祸合，这会直接导致基于刚体动力学模型的传统控制方法无法达到理想效果甚至导致失稳;另一方面，常用的轨迹规划方式会使得机器人高速运行的同时能耗急剧上升，而且容易产生较为明显的末端残余振动，机器人出现能耗过高、磨损加剧以及寿命减短的现象，这加剧了能源、资源的消耗，也与我国构建“资源节约型”社会的目标相悖。因此有必要在高速重载码垛机器人领域开展相关研究。

国内外相关学者在机器人控制及轨迹规划算法的层面也开展了很多研究，但是大多数工作着眼于机器人精度以及速度的提高上，对于机器人能耗的关注较少。此外，国外著名机器人公司在机器人的核心算法上多采取保密策略，而国内开展的诸多研究虽然成果也较为丰富，但是并未与实际生产紧密结合起来，实用性较差，导致国内工业机器人的性能与国外差距较大，竞争力远远低于国外。国内在机器人性能上的提高瓶颈函待解决，也急需着眼于新方向，研发拥有自主产权的新技术。

因此，如何在保证机器人重载情况高速运行的前提下，减小机器人运行总能耗并实现机器人的高精度运动控制成为了本课题的研究方向，该方面的研究对于提供具有国内自主产权的技术、打破国外机器人的技术垄断地位具有重大意义。