本文關(guān)鍵詞：智能復合型機器人系統(tǒng)的設計與研究　出處：《山東大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關(guān)文章： 自動導引車 運動學分析 運動控制 粒子群算法 路徑規(guī)劃

【摘要】：隨著科技的發(fā)展,機器人在諸多行業(yè)得到廣泛應用,如汽車制造業(yè)、電子行業(yè)等,但對于紡織行業(yè)筒子紗生產(chǎn)物流和包裝,存在自動化程度低、勞動強度大、招工難等問題。在此背景下,本文研究設計用于分揀收集筒子紗的智能復合型機器人,該復合型機器人由移動平臺和機械手兩部分組成,機械手固定安裝在移動平臺上。其中,機械手負責抓取絡筒機絡好的筒子紗并放置在托盤上;移動平臺即自動導引車(AGV),具有自主導航功能,負責背負機械手在各工位之間轉(zhuǎn)換。本設計融合移動平臺和機械手各自的優(yōu)點,使復合型機器人具備移動和操作的能力,并創(chuàng)新性地應用于自動化程度較低的紡織行業(yè)。該復合型機器人能夠適應復雜的工作環(huán)境,并能勝任更加困難的任務,未來可推廣到更多領域。本論文的研究內(nèi)容如下:1.首先,根據(jù)筒子紗生產(chǎn)物流自動化的需求,設計復合型機器人的整體結(jié)構(gòu)方案,分模塊對移動平臺和機械手分別設計。其中,為提高承載能力、靈活性,移動平臺采用四輪差速轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)。對于機械手,經(jīng)查閱相關(guān)資料并結(jié)合實際需求,從提高機械手的靈活性和減少控制復雜程度的角度出發(fā),選用6自由度關(guān)節(jié)式機械手,手腕,即后三個關(guān)節(jié)采用球形結(jié)構(gòu)設計。2.其次,對采用四輪式差速轉(zhuǎn)向的移動平臺,構(gòu)建運動學模型,并進行運動學分析。對6自由度關(guān)節(jié)式機械手,采用D-H法配置各個關(guān)節(jié)的坐標系,利用坐標變換原理,建立各坐標系之間的變換矩陣,最終確定由第一個關(guān)節(jié)坐標系到最后關(guān)節(jié)坐標系的變換矩陣。在此基礎上,根據(jù)D-H參數(shù)表,求解出機械手的運動學正解;最后利用代數(shù)法,求出各關(guān)節(jié)的運動學逆解,為以后的運動控制提供理論依據(jù)。3.再次,根據(jù)復合型機器人的應用環(huán)境及功能要求,為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度,對采用基于工控機+運動控制卡的伺服控制系統(tǒng)進行硬件配置,采用兩張運動控制卡分別控制移動平臺和6自由度機械手的方式。為提高運動控制系統(tǒng)控制精度和動態(tài)性能,對模糊PID算法進行研究,并通過在Matlab/Simulink中設計模糊PHD控制器,分別用普通PID算法和模糊PID算法對電機控制進行仿真對比,驗證其有效性。4.最后,綜合考慮各種導航方式的優(yōu)劣、應用環(huán)境及復合型機器人對穩(wěn)定性和靈活性的要求,確定采用慣性導航方式,并設計采用磁感應器檢測標定位置磁釘方式的校正系統(tǒng)來消除累積偏差。研究混合粒子群算法,通過在標準粒子群算法中引入差分進化的思想,以保持種群多樣性,避免陷入局部最優(yōu)。通過環(huán)境建模、適應度函數(shù)設計,在Matlab中對全局路徑規(guī)劃進行仿真,通過比較兩種算法優(yōu)化出的路徑,驗證了混合粒子群算法的優(yōu)越性。設計了超聲波傳感器避障系統(tǒng),通過合理布局超聲波傳感器減小檢測盲區(qū),并分析避障情形。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

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