码垛机器人能耗最优轨迹规划及算法实现
时间：2017-12-07
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机器人能耗最优轨迹规划及算法实现
1引言
由国内外在最优轨迹规划方面的研究现状知，目前研究成果均存在一定缺陷，所求取的最优轨迹严格意义上并非最优。
本文中，首先将用数学语言描述能耗最优问题，并将对时间和能耗之间的权重关系进行调节，以运行速度为约束条件，以能耗作为性能指标，建立两点固定能耗最优轨迹规划的泛函极值问题。其次，将运用变分法对问题进行数值求解。最后，将在两点固定的能耗最优轨迹规划问题求解方法的基础上，针对垛型固定的情况，对最佳物料拾取点问题进行讨论与解决。
2始末点固定时的能耗最优轨迹规划
码垛机器人最常见的运动形式即为点到点的运动，首先考虑两端固定(即起点及终点固定)情况下机器人能耗最优的轨迹规划。
1能耗最优轨迹规划问题的数学描述
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对最优轨迹规划的效果进行对比验证，测试轨迹的始末点设为图2-5对应的第2段直线轨迹的始末点，设置1,2,3轴的电机最大输出转矩为100 Nm , 70 Nm ,70 Nm，参考IRB460运行平均速度，设置运行时间为0.61s，得到最优轨迹和7次多项式规划轨迹的路径对比如图3-2所示，由此可以看出，在对码垛机器人的路径进行规划时，并非直线耗能最低，所以在进行轨迹规划时，应合理选择轨迹形状。
两种轨迹的能量消耗曲线对比图如图3-3所示，从图中可以看出，能耗最优轨迹能耗地增加较为稳定，而七次多项式轨迹的能耗波动即功率变化较大，也间接说明了能耗最优轨迹耗能较低的原因。经计算知，测试轨迹运动过程的总能耗为14.674kJ，而最优轨迹运动过程中消耗的能量为12.702kJ，总能耗降低了15.52%，较之前有明显降低，验证了能耗最优轨迹规划算法的有效性。
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