装卸货物机械手运动规划方法研究及控制系统实现
发布时间：2020-04-12 13:35
【摘要】：物流作业的装卸货环节目前主要由耗时耗力的人工散装搬运方式完成,装车卸车机器人能实现该作业的全自动,极大改善这一状况。机械手作为系统的核心模块,其运行效率和稳定性直接影响整体性能。本文以系统中的机械手为研究对象,设计其控制系统,并研究特定约束下的最优运动规划方法,主要工作及结论如下:基于硬件基本需求,确定了“双层控制器+EtherCAT总线”的硬件方案。针对上层控制软件,使用UML建模方法,通过用例图建立了用例模型,使用顺序图和类图建立了分析模型,基于系统特征确定了ROS框架下的分层体系结构,并根据用例设计了界面原型;针对下层控制软件,确定了驱动程序的模块化方案。使用D-H方法,建立了上下货机械手的位置运动学和速度运动学模型。使用拉格朗日方法,建立机械手的动力学模型,并使用Adams仿真验证了数学模型的正确性。针对作业环境及任务特征,提出了结合插入中间点和栅格化构形空间后A*搜索的路径规划方法,并使用经过确定路径点及端点导矢可控的光滑5次B样条插值方法进行高阶连续的轨迹规划。针对装卸货作业流程,分析运动规划问题的输入,从而推导出运动规划的运动学及动力学约束条件。基于轨迹对效率及平稳性的需求,建立最优运动规划问题的凸优化数学模型,并给出了求解方法。最终,提出了作业场景下的运动规划问题的规范求解流程。对一次典型卸货作业的规划仿真验证了方法的实用性。依据设计方案,完整实现了机械手的控制硬件与软件系统。针对多种货物进行卸货作业实验,实际效果证明了控制系统能够较好满足实际作业的控制需求;对不同参数货物进行规划,得到的差异化结果验证了本文提出的最优运动规划方法的有效性。本文针对装车卸车机器人的机械手设计的控制系统,以及面向装卸货作业提出的最优运动规划方法,能够满足作业需求,实现对机械手在运动学、动力学限制条件下效率与平稳性综合最优的控制。
【图文】：
图 1-3 嵌入式托盘全自动装卸系统 图 1-4 伸缩式托盘全自动装卸系统针对上述问题，本项目设计全自动智能装车卸车机器人系统。整个系统由上下货机械手、自动输送带、托盘机械手、旋转托盘和移动底盘五个模块组成，使用先进导航技术引导全向底盘在装卸平台和车厢间移动，利用视觉系统引导机械手拆剁码垛，从而完成全自动装卸货。“双机械手+移动底盘”的设计大大提高了设备的灵活性和通用性，也降低了自动化改造成本。本课题针对系统中的机械手模块，，设计并实现其控制系统，聚焦运动规划问题，研究最优化轨迹规划方法，对实现项目需求、提高设备运行效率有着重要的意义。国内外研究现状机械手运动规划研究现状在机械手的研究中，运动规划是指根据任务要求与约束条件，得到其完整运动轨迹
图 1-3 嵌入式托盘全自动装卸系统 图 1-4 伸缩式托盘全自动装卸系统针对上述问题，本项目设计全自动智能装车卸车机器人系统。整个系统由上下货机械手、自动输送带、托盘机械手、旋转托盘和移动底盘五个模块组成，使用先进导航技术引导全向底盘在装卸平台和车厢间移动，利用视觉系统引导机械手拆剁码垛，从而完成全自动装卸货。“双机械手+移动底盘”的设计大大提高了设备的灵活性和通用性，也降低了自动化改造成本。本课题针对系统中的机械手模块，设计并实现其控制系统，聚焦运动规划问题，研究最优化轨迹规划方法，对实现项目需求、提高设备运行效率有着重要的意义。国内外研究现状机械手运动规划研究现状在机械手的研究中，运动规划是指根据任务要求与约束条件，得到其完整运动轨迹
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP241
本文编号：2624777
【图文】：
图 1-3 嵌入式托盘全自动装卸系统 图 1-4 伸缩式托盘全自动装卸系统针对上述问题，本项目设计全自动智能装车卸车机器人系统。整个系统由上下货机械手、自动输送带、托盘机械手、旋转托盘和移动底盘五个模块组成，使用先进导航技术引导全向底盘在装卸平台和车厢间移动，利用视觉系统引导机械手拆剁码垛，从而完成全自动装卸货。“双机械手+移动底盘”的设计大大提高了设备的灵活性和通用性，也降低了自动化改造成本。本课题针对系统中的机械手模块，，设计并实现其控制系统，聚焦运动规划问题，研究最优化轨迹规划方法，对实现项目需求、提高设备运行效率有着重要的意义。国内外研究现状机械手运动规划研究现状在机械手的研究中，运动规划是指根据任务要求与约束条件，得到其完整运动轨迹
图 1-3 嵌入式托盘全自动装卸系统 图 1-4 伸缩式托盘全自动装卸系统针对上述问题，本项目设计全自动智能装车卸车机器人系统。整个系统由上下货机械手、自动输送带、托盘机械手、旋转托盘和移动底盘五个模块组成，使用先进导航技术引导全向底盘在装卸平台和车厢间移动，利用视觉系统引导机械手拆剁码垛，从而完成全自动装卸货。“双机械手+移动底盘”的设计大大提高了设备的灵活性和通用性，也降低了自动化改造成本。本课题针对系统中的机械手模块，设计并实现其控制系统，聚焦运动规划问题，研究最优化轨迹规划方法，对实现项目需求、提高设备运行效率有着重要的意义。国内外研究现状机械手运动规划研究现状在机械手的研究中，运动规划是指根据任务要求与约束条件，得到其完整运动轨迹
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP241
【参考文献】
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本文编号：2624777
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