基于时间最优的搬运机器人运动规划VIP免费

第7期2012年7月组合机床与自动化加工技术ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueNo．7Jul．2012文章编号:1001－2265(2012)07－0033－06收稿日期:2011－12－13;修回日期:2012－02－02*基金项目:863重点攻关项目(2009AA043903)搬运工业机器人产业化作者简介:曹波(1986—)，男，江西人，上海交通大学机械与动力工程学院硕士研究生，研究方向为工业机器人运动控制，(E－mail)hbwh-hk123@163．com。基于时间最优的搬运机器人运动规划*曹波1，曹其新1，童上高2，李佳平2，栾南1，冷春涛1，李彰植1(1．上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240;2．上海沃迪科技有限公司，上海201114)摘要:为了提高搬运机器人在码垛过程中的速度和运动平稳性，在其关节空间内，以时间最短为规划目标，采用三次样条曲线对搬运机器人的运动轨迹进行规划，保证其速度，加速度连续;针对搬运机器人的特定的工作方式和特定的机械结构，在传统的PTP运动模式基础上提出一种基于时间最优的规划方法，对机器人整个码垛过程进行再规划。通过实验验证，运动优化后，其码垛速度大大提高。关键词:运动规划;轨迹规划;搬运机器人;s型曲线中图分类号:TH162;TP241．2文献标识码:ATheMotionplanningofHandlingRobotBasedonTimeOptimalCAOBo1，CAOQi-xin1，TONGShang-gao2，LIJia-ping2，LUANNan1，LENGChun-tao1，LIZhang-zhi1(1．SchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China;2．Shang-haiTriowinTechCompany，Shanghai201114，China)Abstract:InordertoimprovethespeedandstationarityoftheHandlingrobotwhenworking，therobot’strajectoryisplanedinjointspaceusingCubicsplinecurve，sothatthespeedandaccelerationisconse-quent．Forthespecificmovementandmechanicalstructureoftherobot，APlanningmethodbasedontimeoptimalisproposedinthetraditionalmodelbasedonthePTPmovement，thetrajectoryofpalletizingprocessisre-planed．Atlast，itisverifiedthatthespeedofpalletizingisgreatlyimprovedbyusingthemethod．Keywords:motionplanning;trajectoryplanning;handlingrobot;S-shapedcurve0引言搬运机器人属于一种常见的工业机器人，主要应用于物流自动化领域，用于代替人工进行自动码垛。随着生产规模的扩大和自动化水平的提高，对搬运机器人的堆垛速度提出了更高的要求;同时，搬运机器人在工作过程中频繁地快速启动、快速停止，对机械结构的冲击和磨损很严重。因此，为了能够使搬运机器人在码垛过程中快速平稳，运动规划对机器人的作业非常重要。机器人运动规划主要研究机器人在工作空间中构建一条从起点到终点，或者从起始位姿(位置+姿态)到终止位姿的无碰、高效的运动序列［1］。机器人运动规划通常又可分为路径规划和轨迹规划上下两级:路径规划用于在机器人操作空间或关节空间中产生一无碰撞的几何路径;轨迹规划用于产生机器人沿着该几何路径运动［2］。常见的运动规划方法主要有人工势场法、栅格法、遗传算法和模糊控制等。人工势场法和栅格法主要用于机器人所在环境中障碍物比较多的场合，其规划目标是在机器人在运动过程中如何避开这些障碍物成功到达目标点，而不是以到达目标点的时间作为规划目标［3-4］。把遗传算法或模糊控制应用到轨迹规划上，造成计算复杂程度上升，计算量大大的增加，不利于机器人的实时控制。本文涉及的搬运机器人采用的是PTP(点到点)运动控制模式，根据机器人实物结构和工作环运动方式，在传统的PTP运动规划的基础上，提出了一种以时间最优为规划目标的规划方法，并用于实际工程项目中，提高搬运机器人工作效率。1搬运机器人特点本文采用的搬运机器人为一种四自由度的工业机器人，通过机构设计实现了圆柱坐标系下的解耦运动。在机器人工作过程中，其第四关节的旋转中心总是垂直于基座平面，机器人手抓装在该关节上，如图1所示为其实物样机，机器人的前三个关节运动为圆柱坐标(R，θ，Z)，第四个关节为手抓的旋转运动。第一个关节为腰部旋转关节，为圆柱坐标的旋转角θ;第二个关节为上下运动，为圆柱坐标的Z;第三个关节为水...