【摘要】：物流作業(yè)的裝卸貨環(huán)節(jié)目前主要由耗時耗力的人工散裝搬運(yùn)方式完成,裝車卸車機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)該作業(yè)的全自動,極大改善這一狀況。機(jī)械手作為系統(tǒng)的核心模塊,其運(yùn)行效率和穩(wěn)定性直接影響整體性能。本文以系統(tǒng)中的機(jī)械手為研究對象,設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng),并研究特定約束下的最優(yōu)運(yùn)動規(guī)劃方法,主要工作及結(jié)論如下:基于硬件基本需求,確定了“雙層控制器+EtherCAT總線”的硬件方案。針對上層控制軟件,使用UML建模方法,通過用例圖建立了用例模型,使用順序圖和類圖建立了分析模型,基于系統(tǒng)特征確定了ROS框架下的分層體系結(jié)構(gòu),并根據(jù)用例設(shè)計(jì)了界面原型;針對下層控制軟件,確定了驅(qū)動程序的模塊化方案。使用D-H方法,建立了上下貨機(jī)械手的位置運(yùn)動學(xué)和速度運(yùn)動學(xué)模型。使用拉格朗日方法,建立機(jī)械手的動力學(xué)模型,并使用Adams仿真驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性。針對作業(yè)環(huán)境及任務(wù)特征,提出了結(jié)合插入中間點(diǎn)和柵格化構(gòu)形空間后A*搜索的路徑規(guī)劃方法,并使用經(jīng)過確定路徑點(diǎn)及端點(diǎn)導(dǎo)矢可控的光滑5次B樣條插值方法進(jìn)行高階連續(xù)的軌跡規(guī)劃。針對裝卸貨作業(yè)流程,分析運(yùn)動規(guī)劃問題的輸入,從而推導(dǎo)出運(yùn)動規(guī)劃的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)約束條件�；谲壽E對效率及平穩(wěn)性的需求,建立最優(yōu)運(yùn)動規(guī)劃問題的凸優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,并給出了求解方法。最終,提出了作業(yè)場景下的運(yùn)動規(guī)劃問題的規(guī)范求解流程。對一次典型卸貨作業(yè)的規(guī)劃仿真驗(yàn)證了方法的實(shí)用性。依據(jù)設(shè)計(jì)方案,完整實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的控制硬件與軟件系統(tǒng)。針對多種貨物進(jìn)行卸貨作業(yè)實(shí)驗(yàn),實(shí)際效果證明了控制系統(tǒng)能夠較好滿足實(shí)際作業(yè)的控制需求;對不同參數(shù)貨物進(jìn)行規(guī)劃,得到的差異化結(jié)果驗(yàn)證了本文提出的最優(yōu)運(yùn)動規(guī)劃方法的有效性。本文針對裝車卸車機(jī)器人的機(jī)械手設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng),以及面向裝卸貨作業(yè)提出的最優(yōu)運(yùn)動規(guī)劃方法,能夠滿足作業(yè)需求,實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手在運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)限制條件下效率與平穩(wěn)性綜合最優(yōu)的控制。
【圖文】：

圖 1-3 嵌入式托盤全自動裝卸系統(tǒng) 圖 1-4 伸縮式托盤全自動裝卸系統(tǒng)針對上述問題，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)全自動智能裝車卸車機(jī)器人系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由上下貨機(jī)械手、自動輸送帶、托盤機(jī)械手、旋轉(zhuǎn)托盤和移動底盤五個模塊組成，使用先進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)引導(dǎo)全向底盤在裝卸平臺和車廂間移動，利用視覺系統(tǒng)引導(dǎo)機(jī)械手拆剁碼垛，從而完成全自動裝卸貨�！半p機(jī)械手+移動底盤”的設(shè)計(jì)大大提高了設(shè)備的靈活性和通用性，也降低了自動化改造成本。本課題針對系統(tǒng)中的機(jī)械手模塊，，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)其控制系統(tǒng)，聚焦運(yùn)動規(guī)劃問題，研究最優(yōu)化軌跡規(guī)劃方法，對實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目需求、提高設(shè)備運(yùn)行效率有著重要的意義。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀機(jī)械手運(yùn)動規(guī)劃研究現(xiàn)狀在機(jī)械手的研究中，運(yùn)動規(guī)劃是指根據(jù)任務(wù)要求與約束條件，得到其完整運(yùn)動軌跡

圖 1-3 嵌入式托盤全自動裝卸系統(tǒng) 圖 1-4 伸縮式托盤全自動裝卸系統(tǒng)針對上述問題，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)全自動智能裝車卸車機(jī)器人系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由上下貨機(jī)械手、自動輸送帶、托盤機(jī)械手、旋轉(zhuǎn)托盤和移動底盤五個模塊組成，使用先進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)引導(dǎo)全向底盤在裝卸平臺和車廂間移動，利用視覺系統(tǒng)引導(dǎo)機(jī)械手拆剁碼垛，從而完成全自動裝卸貨�！半p機(jī)械手+移動底盤”的設(shè)計(jì)大大提高了設(shè)備的靈活性和通用性，也降低了自動化改造成本。本課題針對系統(tǒng)中的機(jī)械手模塊，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)其控制系統(tǒng)，聚焦運(yùn)動規(guī)劃問題，研究最優(yōu)化軌跡規(guī)劃方法，對實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目需求、提高設(shè)備運(yùn)行效率有著重要的意義。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀機(jī)械手運(yùn)動規(guī)劃研究現(xiàn)狀在機(jī)械手的研究中，運(yùn)動規(guī)劃是指根據(jù)任務(wù)要求與約束條件，得到其完整運(yùn)動軌跡
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP241

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2624777