装车机器人的规划与控制系统开发

【摘要】：货运物流行业,特别是箱式货物集装箱装车作业,仍是劳动密集型的,依赖低效率的人工搬运,制约了整个行业的自动化水平,亟待采用机器人自动化技术实现自动装车,以解决人口红利下降、劳动强度高、作业效率低、安全问题突出等问题。本文则是针对快消品物流行业的重要需求,以自行研制的伸缩臂型全自动装车系统为对象,研究开发一套开放式、智能化的装车机器人规划与控制系统。(1)针对装车机器人的特点及要求,分析规划与控制软件系统的数据接口、功能需求和性能需求;基于模块化、开放式思想,设计软件总体架构,将软件功能分解成人机界面、三维仿真、装车规划、运动规划、文件系统、传感检测、通讯等功能模块;对关键的模块进行详细设计。该方案具备一般工业机器人控制系统的基本规划功能,同时又具备装车工艺过程规划、三维可视化显示等功能,满足装车机器人规划与控制的需求。(2)对系统所必需的机器人运动学、路径规划、运动规划、以及控制等核心算法进行分析与建模。首先,分析装车机器人机构原理,建立机器人位置运动学模型和速度运动学模型;研究机器人装车工艺过程要求,给出装车路径点的求解方法;建立机器人操作空间平滑轨迹规划算法模型,由装车路径点信息生成平滑的机器人运动轨迹;分析示教和自主规划两种运动控制策略和流程。对关键算法进行深入研究,为装车机器人规划与控制系统的实现奠定了理论基础。(3)基于Windows和C++平台,设计并实现了机器人规划与控制系统软件。首先由系统功能模块设计方案,设计C++功能类库,在调度上分解成装车规划、运动规划、仿真、通讯和主线程等5个线程,然后对每个线程逐一实现。该系统的有效性和正确性,通过对装车运动的仿真、软件功能测试、以及装车机器人实际实验得以验证。