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箱式货物装车机器人控制系统设计与实现

【摘要】:当前工业自动化技术的应用与发展十分迅速,工业机器人在包装、搬运、焊接以及物流等行业逐渐扮演了传统劳动力的角色。近年来,随着市场上对货物装车的需求日益增大,传统的人工装车方式已不能满足需求,急需发展自动化装车。目前国内外针对自动化装车的研究大多数集中在气体,液体,散装和袋装物品上,对箱式物品的研究较少。基于该现状,实验室与校外企业合作开发了一套自动装车系统,该系统由自动拆垛机构、装车机器人以及自动装车夹具三部分组成。本课题基于装车机器人的控制需求,实现了机器人控制系统的搭建。本文针对控制系统的开发做了如下几个方面的工作:(1)构建控制系统总体架构。分析控制系统的主要功能需求,用基于PC的上位机软件首先完成车厢内货物布局与码垛路径规划,结合自动装车夹具的工作方式计算机器人理论定位点;然后对理论定位点进行伸缩臂变形量补偿,生成实际定位点;最后由运动学逆解将实际定位点转换为机器人关节控制量,生成定位指令;用基于PLC的下位机控制系统接受上位机软件的定位指令,完成机器人的实际定位控制。(2)构建机器人运动学模型。首先运用改进D-H法则建立机器人连杆坐标系图,求得运动学参数表;然后求解运动学正逆解方程与速度雅可比矩阵;最后利用MATLAB机器人工具箱验证运动学模型的正确性。(3)机器人运动规划与伸缩臂变形分析。首先设计了车厢内货物码垛布局与机器人码垛路径规划方法;然后分析了伸缩臂的末端变形并建立变形量求解数学模型;最后设计实验验证了数学模型的可靠性。(4)具体实现控制系统搭建。首先完成硬件设备的配置、线路规划以及组态调试;然后基于VS编程环境、C++编程语言以及MFC应用程序开发框架编写上位机软件,基于TwinCAT软件编写下位机PLC程序;最后设计实验验证装车机器人控制系统的合理性与实用性。

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