用途：

搬運(yùn)、碼垛

負(fù)載：

120-180KG

軸數(shù)：

4-6軸

機(jī)器人行走軌道是一種為機(jī)器人的行走設(shè)計(jì)的一種產(chǎn)品，使用行走軌道可以延長機(jī)器人的工作行程。機(jī)器人行走軌道也稱為機(jī)器人第七軸、機(jī)器人導(dǎo)軌等。在焊接、搬運(yùn)、機(jī)械加工等行業(yè)領(lǐng)域都有應(yīng)用。

機(jī)器人軌道主要包括軌道基座、安裝機(jī)械手的移動托盤、控制系統(tǒng)及安全防護(hù)裝置。機(jī)器人安裝在軌道上，使用電機(jī)驅(qū)動，具有重得定位精度高、響應(yīng)速度快、運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)軌道的時候我們添加了防塵罩，用來保護(hù)導(dǎo)軌、直線軸承以齒條等運(yùn)動部件，增長了機(jī)器人行走軌道的使用壽命。

在設(shè)計(jì)機(jī)器人行走軌道的時候，我們需要根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的本體重量、載重、底座尺寸來設(shè)計(jì)機(jī)器人行走軌道的整體結(jié)構(gòu)，并選配適合的電機(jī)，所以不同的機(jī)器人配的軌道的價格也有所不同、一般來說國產(chǎn)的焊接機(jī)器人行走軌道價格要低一些，而國產(chǎn)的搬運(yùn)機(jī)器人因?yàn)檩d重較重，所以價格要高。

隨著社會生產(chǎn)力水平的不斷提高,物料搬運(yùn)領(lǐng)域?qū)Π徇\(yùn)負(fù)載以及搬運(yùn)效率提出了越來越高的要求,因此高速重載碼垛機(jī)器人得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但是隨著負(fù)載的增大和速度的提高,傳統(tǒng)的控制方法難以滿足定位精度要求,而傳統(tǒng)的軌跡規(guī)劃方法也帶來了能耗過高的問題,這些問題的出現(xiàn)給機(jī)器人的軌跡規(guī)劃和控制方法提出了新的挑戰(zhàn)。針對這種需求,本文以自主開發(fā)的雙平行四邊形碼垛機(jī)器人為研究對象,從碼垛機(jī)器人實(shí)際工況出發(fā),開展高速重載碼垛機(jī)器人能耗最優(yōu)軌跡規(guī)劃及運(yùn)動控制研究,提出了一種高速重載碼垛機(jī)器人能耗最優(yōu)軌跡規(guī)劃方法及模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制方法,搭建了基于EtherCAT總線的碼垛機(jī)器人運(yùn)動控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對能耗最優(yōu)軌跡規(guī)劃方法及控制方法的有效性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首先,本文運(yùn)用幾何法建立了碼垛機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)模型,得到其運(yùn)動學(xué)正逆解以及雅可比矩陣;采用第二類拉格朗日方程建立機(jī)器人的剛體動力學(xué)模型,并考慮關(guān)節(jié)柔性進(jìn)一步建立了機(jī)器人的剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型;采用ADAMS建立了機(jī)器人的虛擬樣機(jī)模型,分析并驗(yàn)證了機(jī)器人運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型的準(zhǔn)確性,為后續(xù)軌跡規(guī)劃和控制算法設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。其次,從節(jié)能角度提出了機(jī)器人運(yùn)行速度不降低前提下的能耗最優(yōu)軌跡規(guī)劃問題,建立了相應(yīng)的力矩及始末點(diǎn)約束,并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題;運(yùn)用四階R-K方法和多重打靶法對該問題進(jìn)行數(shù)值求解,得到了能耗最優(yōu)軌跡,并通過仿真驗(yàn)證了其有效性。針對固定垛型以及機(jī)器人實(shí)際運(yùn)行工況,對碼垛起始點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化選取,得到了使得整體碼垛過程能耗最低的起始點(diǎn),并分析了起始點(diǎn)位置與整體能耗大小之間的關(guān)系。再次,根據(jù)機(jī)器人系統(tǒng)強(qiáng)耦合性、時變性和不確定性的特點(diǎn),結(jié)合模糊控制和滑模變結(jié)構(gòu)控制的優(yōu)點(diǎn),提出了模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制方法。該方法使用狀態(tài)反饋的形式估計(jì)末端位置以解決末端無法得到直接反饋值的問題。最后引入摩擦補(bǔ)償以減小關(guān)節(jié)摩擦對機(jī)器人快速啟停性能的影響。最后,搭建了基于EtherCAT總線的碼垛機(jī)器人運(yùn)動控制實(shí)驗(yàn)平臺,開展了機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦模型辨識實(shí)驗(yàn),得到了較為準(zhǔn)確的關(guān)節(jié)摩擦模型,并開展了機(jī)器人能耗最優(yōu)軌跡規(guī)劃和控制性能測試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,控制系統(tǒng)的重復(fù)定位精度能達(dá)到±0.154mm,軌跡跟蹤精度能達(dá)到±0.160mm,精度指標(biāo)接近國外先進(jìn)碼垛機(jī)器人指標(biāo),驗(yàn)證了控制算法的有效性;能耗最優(yōu)軌跡下實(shí)際能量消耗較七次多項(xiàng)式軌跡降低了15.308%,說明了能耗最優(yōu)軌跡規(guī)劃方法的有效性。

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