基于自适应调速方法的电气布线机器人速度规划

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近年来,国家大力推进高新技术装备制造产业升级。电气装备是制造业升级的重点,高低压成套设备的生产特别是电气控制柜的制造成为产业升级的重要一环。但是,在电控柜内部线缆敷设工序中,人工装配方式限制了生产效率。因此,如何将布线工序自动化以提高装配质量,是目前亟需解决的问题。本文结合项目需求,在自适应调速的基础上,提出了一种通过预先导入运动路线进行前瞻速度规划的方法,实现了对电控柜内部线缆自动铺设机器人在不同长度路线下速度模式的自切换,主要完成了以下研究工作。首先,对工业场合常用的四类加减速曲线进行对照分析,确定了采用S型曲线作为本文加减速模型的方案,并给出S型曲线各变速段参数的理论数值计算公式。针对电控柜布线过程中行进路线存在较多转折和短距离接线的情况,对S型曲线的变速段进行调整改进,实现了短距离布线工况下速度的平滑切换。针对路线转折处易产生系统冲击和速度锐减的情况,通过设置交融半径的方式对转角进行圆弧化处理,提高了运动机构在转折点处的行进速度和路线平滑度。其次,针对系统加减速模型中的参数优选环节,提出通过粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法进行寻优,即以用时最短为原则,确定约束条件下的目标函数,并在MATLAB中搭建仿真模型进行参数求解。针对粒子群算法寻优时的收敛特点,详细讨论了惯性权重、学习因子和边界约束等因素对算法的影响,通过仿真将各因素对算法性能的影响进行量化和分析,确定了非线性权重调整加边界速度反弹的算法改进策略。之后,基于Visual Studio开发了以客户端-服务器为系统架构的人机交互界面,其被控主体是一台UR-5e机器人。机器人控制箱作为服务器实时接收客户端请求并应答,上位机作为客户端以套接字方式向服务器提出请求。针对UR机器人的位姿表示特点,给出旋转矩阵、旋转向量和欧拉角的转换方法,以此确定了基底坐标系下工具中心点(Tool Central Point,TCP)的位姿。最后,将本文所提方法在MATLAB中进行仿真,并将仿真数据与传统方法的结果进行对比分析。结果表明,采用本文给出的速度规划方法,完成相同路线用时可减少20.9%以上。在UR机器人实验平台上应用速度规划策略,统计并分析运行数据。实验结果表明,该策略对机器人的运动效率提升明显,且运动过程中系统所受冲击显著降低,从而验证了本文所提方法的可行性和有效性。
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