智能复合型机器人系统的设计与研究

发布时间：2017-12-26 00:11

本文关键词：智能复合型机器人系统的设计与研究　出处：《山东大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着科技的发展,机器人在诸多行业得到广泛应用,如汽车制造业、电子行业等,但对于纺织行业筒子纱生产物流和包装,存在自动化程度低、劳动强度大、招工难等问题。在此背景下,本文研究设计用于分拣收集筒子纱的智能复合型机器人,该复合型机器人由移动平台和机械手两部分组成,机械手固定安装在移动平台上。其中,机械手负责抓取络筒机络好的筒子纱并放置在托盘上;移动平台即自动导引车(AGV),具有自主导航功能,负责背负机械手在各工位之间转换。本设计融合移动平台和机械手各自的优点,使复合型机器人具备移动和操作的能力,并创新性地应用于自动化程度较低的纺织行业。该复合型机器人能够适应复杂的工作环境,并能胜任更加困难的任务,未来可推广到更多领域。本论文的研究内容如下:1.首先,根据筒子纱生产物流自动化的需求,设计复合型机器人的整体结构方案,分模块对移动平台和机械手分别设计。其中,为提高承载能力、灵活性,移动平台采用四轮差速转向结构。对于机械手,经查阅相关资料并结合实际需求,从提高机械手的灵活性和减少控制复杂程度的角度出发,选用6自由度关节式机械手,手腕,即后三个关节采用球形结构设计。2.其次,对采用四轮式差速转向的移动平台,构建运动学模型,并进行运动学分析。对6自由度关节式机械手,采用D-H法配置各个关节的坐标系,利用坐标变换原理,建立各坐标系之间的变换矩阵,最终确定由第一个关节坐标系到最后关节坐标系的变换矩阵。在此基础上,根据D-H参数表,求解出机械手的运动学正解;最后利用代数法,求出各关节的运动学逆解,为以后的运动控制提供理论依据。3.再次,根据复合型机器人的应用环境及功能要求,为提高系统稳定性和精度,对采用基于工控机+运动控制卡的伺服控制系统进行硬件配置,采用两张运动控制卡分别控制移动平台和6自由度机械手的方式。为提高运动控制系统控制精度和动态性能,对模糊PID算法进行研究,并通过在Matlab/Simulink中设计模糊PHD控制器,分别用普通PID算法和模糊PID算法对电机控制进行仿真对比,验证其有效性。4.最后,综合考虑各种导航方式的优劣、应用环境及复合型机器人对稳定性和灵活性的要求,确定采用惯性导航方式,并设计采用磁感应器检测标定位置磁钉方式的校正系统来消除累积偏差。研究混合粒子群算法,通过在标准粒子群算法中引入差分进化的思想,以保持种群多样性,避免陷入局部最优。通过环境建模、适应度函数设计,在Matlab中对全局路径规划进行仿真,通过比较两种算法优化出的路径,验证了混合粒子群算法的优越性。设计了超声波传感器避障系统,通过合理布局超声波传感器减小检测盲区,并分析避障情形。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

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