智能復(fù)合機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計與研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人在諸多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如汽車制造業(yè)、電子行業(yè)等，但對于紡織行業(yè)筒子紗生產(chǎn)物流和包裝，存在自動化程度低、勞動強(qiáng)度大、招工難等問題。在此背景下，本文研究設(shè)計用于分揀收集筒子紗的智能復(fù)合型機(jī)器人，該復(fù)合型機(jī)器人由移動平臺和機(jī)械手兩部分組成，機(jī)械手固定安裝在移動平臺上。其中，機(jī)械手負(fù)責(zé)抓取絡(luò)筒機(jī)絡(luò)好的筒子紗并放置在托盤上;移動平臺即自動導(dǎo)引車(AGV)，具有自主導(dǎo)航功能，負(fù)責(zé)背負(fù)機(jī)械手在各工位之間轉(zhuǎn)換。本設(shè)計融合移動平臺

2、和機(jī)械手各自的優(yōu)點(diǎn)，使復(fù)合型機(jī)器人具備移動和操作的能力，并創(chuàng)新性地應(yīng)用于自動化程度較低的紡織行業(yè)。該復(fù)合型機(jī)器人能夠適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境，并能勝任更加困難的任務(wù)，未來可推廣到更多領(lǐng)域。本論文的研究內(nèi)容如下:
　　1.首先，根據(jù)筒子紗生產(chǎn)物流自動化的需求，設(shè)計復(fù)合型機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)方案，分模塊對移動平臺和機(jī)械手分別設(shè)計。其中，為提高承載能力、靈活性，移動平臺采用四輪差速轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)。對于機(jī)械手，經(jīng)查閱相關(guān)資料并結(jié)合實(shí)際需求，從提高機(jī)械手的

3、靈活性和減少控制復(fù)雜程度的角度出發(fā)，選用6自由度關(guān)節(jié)式機(jī)械手，手腕，即后三個關(guān)節(jié)采用球形結(jié)構(gòu)設(shè)計。
　　2.其次，對采用四輪式差速轉(zhuǎn)向的移動平臺，構(gòu)建運(yùn)動學(xué)模型，并進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析。對6自由度關(guān)節(jié)式機(jī)械手，采用D-H法配置各個關(guān)節(jié)的坐標(biāo)系，利用坐標(biāo)變換原理，建立各坐標(biāo)系之間的變換矩陣，最終確定由第一個關(guān)節(jié)坐標(biāo)系到最后關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的變換矩陣。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)D-H參數(shù)表，求解出機(jī)械手的運(yùn)動學(xué)正解;最后利用代數(shù)法，求出各關(guān)節(jié)的運(yùn)動學(xué)逆解，

4、為以后的運(yùn)動控制提供理論依據(jù)。
　　3.再次，根據(jù)復(fù)合型機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境及功能要求，為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度，對采用基于工控機(jī)+運(yùn)動控制卡的伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件配置，采用兩張運(yùn)動控制卡分別控制移動平臺和6自由度機(jī)械手的方式。為提高運(yùn)動控制系統(tǒng)控制精度和動態(tài)性能，對模糊PID算法進(jìn)行研究，并通過在Matlab/Simulink中設(shè)計模糊PID控制器，分別用普通PID算法和模糊PID算法對電機(jī)控制進(jìn)行仿真對比，驗(yàn)證其有效性。
　　

5、4.最后，綜合考慮各種導(dǎo)航方式的優(yōu)劣、應(yīng)用環(huán)境及復(fù)合型機(jī)器人對穩(wěn)定性和靈活性的要求，確定采用慣性導(dǎo)航方式，并設(shè)計采用磁感應(yīng)器檢測標(biāo)定位置磁釘方式的校正系統(tǒng)來消除累積偏差。研究混合粒子群算法，通過在標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法中引入差分進(jìn)化的思想，以保持種群多樣性，避免陷入局部最優(yōu)。通過環(huán)境建模、適應(yīng)度函數(shù)設(shè)計，在Matlab中對全局路徑規(guī)劃進(jìn)行仿真，通過比較兩種算法優(yōu)化出的路徑，驗(yàn)證了混合粒子群算法的優(yōu)越性。設(shè)計了超聲波傳感器避障系統(tǒng)，通過合理布局超