安全遮拦搬运机器人优化设计及其控制算法研究

作     者：王兴财 

作者单位：中国民航大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张长勇

授予年度：2017年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：搬运机器人 移动机械臂 运动学分析 轨迹规划 模糊迭代学习 

摘      要：随着移动机器人技术的发展,带有机械臂的搬运机器人成为人们研究的技术热点。机场航站楼等公共场所在客流高峰时段会利用安全遮拦疏导人流、规范秩序。针对安全遮拦需求量多、不易搬运等问题,本课题设计了一款安全遮拦搬运机器人,可以实现自主搬运、收放并且合理布置安全遮拦的功能。根据安全遮拦的特殊结构形式和工作任务要求,采用圆柱坐标式机械臂结构,分析机械臂的各个关节和移动平台的结构及其工作原理,对各模块的驱动电机进行动力学性能匹配。利用静力学仿真,模拟在工作状态时机械臂结构的应力分布和变形程度,验证设计方案的合理有效性。结合改进的机械臂,建立运动学模型,通过运动学正解计算末端执行器的工作范围。结合机械臂的工作流程,对机械臂进行关节空间轨迹规划,通过MATLAB仿真得到机械臂末端的空间运动轨迹和各个关节的运动曲线。针对搬运机器人在较少磁带引导过程中存在的路径偏差,设计了一种基于模糊迭代学习的路径纠偏控制器。结合六轮中驱差速式移动平台,设计基于“粗磁带定位和“精确磁带定位的路径偏差定位系统,利用模糊迭代学习纠正不同转弯半径的路径偏差。实验结果表明该控制方法可以实现机器人精确定位和循迹跟踪。基于PC+PLC控制系统,搭建搬运机器人实验验证平台。PC上位机用于接收和处理传感器信息,给PLC发送相应指令,PLC主要完成机械臂的轨迹规划和移动平台的运动控制。现场实验测试表明该方案可以实现机械臂合理的运动规划和移动平台在极少磁带下的循迹,能够自主高效地完成放置、回收安全遮拦的工作任务。