直角坐标码垛机器人轨迹规划与控制系统设计

作     者：李脉 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨继东;Yi Hongwei

授予年度：2019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：直角坐标码垛机器人 四次多项式 控制系统 算法解析与实现 跃度 

摘      要：生产设备的先进性和生产自动化程度决定当代社会生产的水平、产品质量和经济效益。工业机器人作为计算机、电子和机械的结合,是实现自动化、智能生产的典型装备。码垛机器人属于工业机器人的一个分支,主要应用于物流仓储,用高效率、低成本的自动作业模式替代重复且繁重的人力劳作模式。所以码垛机器人的工作效率总是作为首要参考标准,其次码垛机器人消耗的能量,运动过程产生的冲击也逐步成为研究的关键。机器人运动过程中的冲击会造成过冲、振动、机械磨损和设备寿命损耗等,较小的冲击也更利于码垛过程中抓取、运送和释放,因此优化码垛机器人的工作效率和减少码垛机器人的工作过程中的冲击具有重要意义。本文旨在以直角坐标码垛机器人为研究对象,以件烟为码垛对象,旨在提高码垛机器人的码垛效率,在此条件下对运动规划算法进行研究并实现,本文主要研究内容如下:在分析国内码垛机器人现状与发展趋势的基础上,选用交流伺服系统为对象。分析和介绍交流伺服系统的特性,将伺服电机作为轨迹规划的影响因素考虑,再根据直角坐标码垛机器人结构和码垛任务,忽略部分影响因素,建立电机拖动模型,为码垛轨迹规划算法做实际支撑。在对常规轨迹算法在时间-冲击两个方面分析的基础上,指出常规算法在冲击方面的不足,跃度突变次数多和突变较大。高阶多项式可减小跃度突变,本文采用四次多项式对“S型曲线进行改进得到7段四次多项式,通过与已有算法进行对比仿真,分析表明运用四次多项式改进“S型曲线在时间方面表现更好。并将完整7段四次多项式针对各种情况分类,得到6段、5段、4段等,适应各种运动场合。为验证四次多项式算法在码垛机器人中的实际效果,在结合机械结构的基础上,选用STM32F407为核心设计控制系统,设计包括电源、IO、串口屏、通讯、电机控制和存储等模块。再以脉冲数量决定位移,脉冲频率决定速度为思想,将四次多项式离散化,编写程序实现算法。单轴运动可通过STM32的定时器输出比较功能模拟PWM波发送脉冲完成运动控制,多轴运动可通过DMA+PWM的方式发送脉冲避免中断频繁导致脉冲丢失,最后通过电机编码器采集脉冲数据完成本论文算法验证。