斜导面直线驱动码垛机器人控制系统设计与实现

【摘要】码垛机器人正部分替代人工成为码垛作业中的核心设备,它的智能化程度和码垛能力决定整个码垛系统的性能。本文针对一款新型串并混联结构码垛机器人的控制系统进行设计研究并实现。这款机器人在空间布局上采用斜导面支撑结构,能较好的优化力学承载性能。在驱动方面采用直线伺服元件,替代旋转关节,目的之一是避免采用价格昂贵的RV减速机。这种新型结构的机器人特别适用于大负载的工作任务,如炼钢,炼铝厂生产的钢锭和铝锭的搬运和码垛。本文研究工作中设计制造了一款小型样机,对样机完成控制系统设计,开展了非线性运动系统算法研究,进行了控制实现,验证了控制系统设计合理性。控制系统设计具有通用性,因此本论文项目能为将来类似机构码垛机器人的进一步深入研究,甚至实际应用打下好的基础。针对该新型结构码垛机器人的驱动控制技术,本文完成了以下具体工作：(一)码垛机器人设计的技术要求和结构设计。根据码垛需求提出具体的技术指标,并完成斜导面直线驱动码垛机器人的SOLIDWORKS模型,对每个关节的具体实现进行分析和比较。最后确定码垛机器人的机构图和结构参数,通过这些机构参数为研究码垛机器人控制系统的正逆运动学和轨迹规划打下基础；(二)码垛机器人的运动学分析。根据码垛机器人结构,分析了机器人的正逆运动学。在正运动学部分开创性的提出了构造相似三角形的方法计算该机构的正运动学。在逆运动学部分采用了Newton迭代法求解。最后利用MATLAB对工作空间进行仿真分析,得到了码垛机器人的工作空间,优化了机构参数；(三)码垛机器人的轨迹规划。从轨迹规划的目的出发将轨迹规划归为四类任务。本文设计的控制系统实现了第一类任务中的两种规划方式,空间直线和空间圆弧轨迹规划。本文推导了这两种轨迹规划的实现算法,并通过MATLAB对控制系统的输出数据进行仿真,验证算法的正确性；(四)机器人的控制系统方案选择及其实现。根据码垛机器人的技术指标和实际需求,本控制系统采用了固高的GTS四轴运动控制卡和松下伺服电机搭建控制系统硬件平台。控制系统软件采用基于固高控制卡的API函数库、MFC和OPENGL库的C++语言实现。
【作者】周新云；
【导师】李锻能；
【作者基本信息】广东工业大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】码垛机器人；运动学；轨迹规划；C++；

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