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码垛机器人运动特性的研究与实现

时间：2017-12-27 来源：机器人在线阅读：7018

码垛机器人运动特性的研究与实现

课题来源于“机器人产品化项目”，针对码垛机器人的设计进行了相关理论的研究，并对机器人调试过程中遇到的问题，进行了理论分析，提出了解决方法，并进行了实验验证。以码垛机器人为研究对象，准确分析其运动特性，研究其动力学性能，以及对机器人调试过程遇到的速度加速度容易超限等问题进行分析，提出一种保证运动不超限、充分发挥驱动关节的驱动性能的轨迹规划方法。

课题的主要研究内容如下:

(1)研究码垛机器人的机构设计，分析其运动学正反解并且验证，研究其奇异性、工作空间等;

(2)建立码垛机器人动力学方程，分析其动力学性能，仿真分析码垛机器人动作时的驱动关节的力矩与速度加速度之间的关系;

(3)研究满足运动约束的最优加速度轨迹规划算法，并进行可行性分析，并实现该算法;

(4)设计码垛机器人控制系统，并且在此平台上，验证算法，证明该轨迹规划算法的驱动性能最优。

第一章主要阐述了论文的研究背景、目的和意义。详细介绍了国内外的研究现状以及分析了发展动态，并且对课题的主要研究内容与研究目标进行了阐述，最后介绍了论文的结构安排。

第二章根据码垛机器人特殊的机械结构特点，在此基础上利用几何关系，进行机器人主传动机构的运动分析，通过建立参考坐标系优化计算，利用坐标系之间的齐次变换，分析了码垛机器人运动学位置的正反解，通过PLC_ Config进行运动控制编程，通过实际测得的数据来验证所建机器人运动学模型的正确性。并且通过对位置正反解进行一阶、二阶求导得到速度、加速度正反解。根据得到的雅各比矩阵，通过计算其矩阵特征值分析码垛机器人运动范围的奇异性，并且利用Matlab仿真了码垛机器人的工作空间。

第三章首先简单介绍了码垛机器人动力学的主要研究内容，将机器人运动分为臂部结构平面运动以及腰部回转运动，选取拉格朗日法建立了码垛机器人的动力学方程，从理论上分析了码垛机器人结构上的合理性与优越性。最后，利用Solidworks与ADAMS软件，仿真了码垛机器人的运动，并且利用ADAMS的后处理功能，更加直观地研究了该机构机器人的动力学性能。

第四章主要针对码垛机器人的轨迹规划的要求以及轨迹规划方案进行理论介绍，并对最优加速度运动轨迹速度曲线进行了理论计算与仿真分析，从理论验证了所推导出算法的可行性。并且详细介绍了该算法的实现过程。

第五章首先介绍了码垛机器人电气系统和软件系统的设计。利用C语言实现满足运动约束的最优加速度速度曲线轨迹规划算法，添加到运动控制器MAC 1600中，分别利用单轴绝对位置、轴组连续曲线运动控制功能块，通过与传统速度曲线下的运动进行比较，证明无论单轴还是轴组，该最优加速度轨迹规划算法下的各个驱动关节的驱动性能最优。

本章主要介绍了码垛机器人的研究背景、研究目的和意义，以及对国内外码垛机器人的发展现状和码垛机器人的研究概况进行了介绍，最后说明了课题的研究内容、研究目标以及论文的结构安排。