基于位移传感器的包装机械手运动跟踪方法设计

目的为提高包装机械手末端执行器轨迹跟踪精度,提出一种三维运动轨迹跟踪方法。方法获取拉绳式位移传感器在预先建立的三维坐标系中坐标数据和拉线长度。利用坐标和拉线长度计算运动物体的三维坐标数据,进而形成所述运动物体的三维运动轨迹。同时,给出基于ARM的轨迹跟踪控制器结构以及软件实现方法。结果实验结果表明,与传统示教盒相比,该方法可将定位精度提高1倍,相关误差可控制在0.3 mm以内。该方法在执行效率方面大约能够提升33%,提高了包装机械手的执行速度和分拣效率。结论所述轨迹跟踪方法能够提高包装机械手末端执行器的定位精度和定位速度,符合包装、食品、化工等行业的工艺要求。     

基于改进遗传算法的包装机器人轨迹规划

目的为了提高包装生产效率,提升直角坐标机器人的稳定性、可靠性和运动精度,避免机器人出现速度、加速度突变,对机器人运动轨迹进行规划。方法首先分析直角坐标机器人的工作原理,在此基础上采用三次均匀B样条曲线对机器人关节轨迹进行逼近,给出一种基于改进遗传算法的最优时间B样条轨迹规划方法。根据功能需求,设计一种基于ARM和FPGA的控制系统。结果仿真结果表明,机器人各个关节抵达节点的用时最短,运行耗时能够缩减39%以上,验证了算法的有效性。结论所述控制系统和方法能够满足包装码垛的要求,可提高包装效率。     

基于视觉反馈的包装机械手定位控制

目的 为了解决全自动食品包装机的块状食品抓取问题,以拾放并联机械手为研究对象,结合视觉反馈和预测控制,提出一种机械手定位控制方法。方法 给出了视觉反馈机械手总体设计方案,包括机械手本体、双目视觉系统和控制系统。研究输送带上运动食品的机器视觉定位算法。在考虑目标可见性约束和机械手执行器约束的前提下,将预测控制算法引入机械手的视觉伺服控制中,用于实现机械手末端位姿控制。最后,通过实验验证机械手的定位精度。结果 结果表明,平均误差可控制在0.7%,符合运动拾取精度要求。结论 所述控制方法可满足包装工艺要求,提高了包装过程自动化程度。     

包装搬运机器人运动轨迹优化设计

目的为提高包装搬运机器人的运动精度,提出基于改进S型曲线的包装机器人轨迹曲线的规划方法。方法首先分析包装搬运机器人的工艺要求,以码垛机器人为研究对象,重点讨论轨迹规划问题,采用改进S型曲线实现了码垛机器人轨迹规划。为进一步提高机器人运行效率,基于遗传算法对整个运动过程所需时间进行优化并给出了具体优化过程。最后,搭建实验平台并进行相关实验研究。结果实验结果表明,基于所述轨迹规划方法,码垛机器人的重复定位精度可以达到0.5 mm,运动过程无速度和加速度突变,机器人运行平稳。结论该控制系统有效提高了包装机器人的运行效率,对于机器人稳定可靠运行具有重要意义。     

基于机器视觉的包装物料自动筛选系统

目的为解决传统人工分拣作业效率低、速度慢、质量难以保证的问题。方法设计一种基于机器视觉的包装物料自动筛选控制系统,适用于多种输送线物料分拣的方案。结合多种图像处理算法,以提高物料筛选精度。改进中值滤波可实现图像预处理;形态学滤波可实现包装物料边缘检测;基于边缘匹配可完成物料识别。最后进行试验研究。结果试验结果表明,对于圆形、方形、三角形物料,所述包装物料筛选系统的分拣精度在99.5%以上,最大抓取速率能够达到150次/min。结论所述图像处理算法能够有效地提取物料边缘并实现物料识别,具有比较高的检测精度和稳定性,可以满足包装需求。     

短小丝条状物料包装关键技术原理

目的为了提高食品、医疗等行业包装产品的生产效率、自动化程度以及降低企业成本,对能够实现短小丝条状物料连续包装、自动计量和充填来代替人工操作的特殊机械手开展研究。方法应用机电一体化和控制技术,设计一种全自动机械手,机械手整体采用直角坐标型设计方案;机械手由6只料手构成,并配置单片机称量装置,实现自动计量;料手采用多指结构,通过控制料手动作,实现抓取物料和卸放充填包装;机械手水平往复运动和竖直上下运动由PLC控制实现;结果对机械手样机进行试验研究,结果表明该机械手能够模仿人工操作,可以实现对短小丝条状物料的拾取、计量和充填。结论该机械手的设计原理可行,为短小丝条状物料的全自动化包装奠定了技术基础。     

机械手多约束条件下时间最优运动规划

最优运动规划问题是路径规划和轨迹规划问题的结合.本文建立了机械手的约束条件的数学模型,用高次多项式对运动轨迹进行插值,通过遗传算法得到的轨迹既满足了关节速度、加速度、二阶加速度和力矩的约束,又避开了障碍.采用罚函数与奖励函数结合的办法改进适应度函数,实验证明加速了收敛速度.最后通过一个算例说明方法的有效性.     

一种包装机械手充填重量的单片机检测系统

为实现快速准确计量包装机械手抓取的包装物的重量,在机械手结构中嵌入单片机应用系统,对包装物重量进行实时采集与显示,保证能正确显示机械手抓取的物料的重量.上述系统可以代替传统的手工计量方法,能够大幅度提高生产效率和包装准确度.     

基于遗传算法的电容装盘机器人轨迹规划

目的为了改变电容人工装盘方式,提高电容装盘自动化程度及效率,选用SCARA型机器人代替人工方式,并对其进行轨迹规划,避免运动冲击影响电容装盘稳定性以及精确性。方法首先介绍SCARA机器人的结构和电容装盘过程,然后利用五次非均匀B样条曲线完成轨迹曲线的构造,最后提出带罚函数的遗传算法,以实现时间最优的机器人轨迹规划过程。结果仿真结果表明,机器人装盘时间用时更短,且运动平稳无冲击,验证了算法的有效性。结论该轨迹规划方法能够满足实际生产要求,提高了电容搬运装盘质量及效率。     

基于S型曲线的包装堆垛机器人轨迹规划

目的为了保证包装堆直角坐标堆垛机器人系统能够平滑、稳定、高速运行,避免机器人出现速度、加速度的突变,并对机器人轨迹进行规划。方法首先分析直角坐标机器人的运动过程,在此基础上提出一种基于多项式的S型曲线包装堆垛机器人轨迹规划方法,并设计机器人控制系统,利用威纶TK6050ip触摸屏对机器人进行监控和参数设定,采用西门子S7-200 PLC和EM253位置控制模块实现对机器人速度和位置的控制,最后对机器人运动轨迹进行仿真实验分析。结果仿真实验结果表明,该轨迹规划方法能够保证机器人速度和加速度无突变,确保了机器人平滑稳定运行。结论该控制系统有效提高了包装堆垛机器人的运行效率,对于机器人稳定可靠运行具有重要意义。     

基于Dobot机械臂的包装自动线运动规划与仿真

目的 针对手工包装作业劳动强度大、生产速率低、一致性差等问题,基于Dobot轻型机械臂设计一种针对校园纪念品包装的自动化线.方法 首先对自动包装线各工序进行分析,确定各工步关键路径点,对各工序内的工步机械臂运动进行轨迹规划.其次利用Robotics Toolbox工具箱建立机械臂仿真模型,进行运动仿真分析.最后联合Matlab和Inventor进行可视化运动虚拟仿真.结果 运动仿真结果显示,在机械臂执行轨迹规划任务过程中各关节角位移无突变,且角速度和角加速度曲线平滑,能保证机械臂运行平稳,可视化虚拟仿真显示机械臂运行平顺.结论 证明各工序机械臂运动规划可行,符合各工步任务要求,可以满足包装自动化任务要求.     

包装生产线的操作臂轨迹规划的一种优化方法

目的 为提高仓库存储、包装生产领域操作臂运动效率,提出一种基于混合优化的鲸鱼算法（MAIWOA）来求解操作臂始末2点运动过程中时间最优值。方法 首先是通过混沌算法优化初始化种群;其次,提出一种对勾函数和包围收缩学习机制来帮助算法跳出局部收敛;然后利用改进的反向树形拓扑结构来提高种群探索的多样性;采取改进收敛因子和自适应权重机制来平衡前中期的全局探索能力和后期的收敛性。结果 该算法在收敛速度和收敛精度上均有可观的提升。将该算法应用到五次多项式插值关节运动时间最优求解上取得了很好的效果,关节1、2、3的运动时间由20 s分别缩减到了9.642 5、9.2515、10.787s,效率分别提高了51.79%、53.74%、46.07%。结论 将MAIWOA应用到一般性操作臂轨迹规划上,可提高生产线上操作臂的执行效率。     

基于MATLAB的机械臂运动学分析和轨迹规划

目的 研究包装机械臂运动学和轨迹规划,以实现机器臂的平稳运行和精确控制。方法 以六自由度包装机械臂模型为研究对象,采用改进的D–H参数法建立坐标系,推导运动学方程,运用MATLAB搭建机械臂模型并进行正逆运动学仿真,以验证模型的正确性。其次,采用五次多项式插值算法对机械臂关节空间进行轨迹规划。最后,针对包装作业中待包装产品的定点抓取搬运任务进行轨迹规划和仿真。结果 搭建的机械臂模型正确,五次多项式插值法轨迹优化效果好,可保证各关节角度、速度和加速度曲线光滑连续;计算出抓取搬运任务中各关节的关节量,并得到了末端执行器运动轨迹曲线。结论 机械臂能以预期的运动精度完成抓取搬运的动作,为进一步探究机械臂的运动控制和实际应用奠定了基础。     

基于 Tau-jerk 策略的机器人运动轨迹规划

目的为了提高包装的效率,满足大量包装的需要,设计基于Tau-jerk运动策略的轨迹规划控制六自由度机器人运动的方法。方法首先对Tau-jerk运动策略进行理论分析。然后,通过仿真得出六自由度机器人的速度、加速度曲线光滑连续,加速度的导数也连续,且起点和终点的速度、加速度都为0,并与五次多项式插值法进行对比得到更加平滑的速度、加速度曲线,驱动力矩更小。再以时间优化为目标,采用自适应遗传算法对生成的轨迹进行优化。结果机械臂总的运动时间由原来的12 s缩短到了7.058 s,时间缩短了41.18%,达到了优化效果。结论通过在KUKA Youbot机器人实验平台上进行实验验证,证实该方法可以提高包装效率。     

基于模糊神经网络的包装机械臂定位方法研究

目的 为提高包装机械臂的抓取精度,文中基于模糊神经网络设计一种包装机械臂定位方法。方法 将激光测距仪与工业相机融合,可实现目标点的初步定位并得到位姿偏差。以机械臂末端位置误差补偿为例,设计一种模糊神经网络控制器,可实现PID控制关键参数的在线调整以提高误差补偿精度。进一步地,采用果蝇优化算法实现神经网络控制器初始值的优化,可提高控制系统性能。最后,进行实验研究。结果 实验结果表明,机械臂定位算法可使最大绝对误差从7.704 9 mm下降到1.424 2 mm;平均绝对定位误差降低约82.5%;机械臂执行效率与对照组相当。结论 该定位方法可以大幅度提高包装机械臂定位精度,可满足包装、化工、食品等相关行业要求。     

Trajectory optimization of nonholonomic mobile manipulators departing to a moving target amidst moving obstacles

How to plan the optimal trajectory of nonholonomic mobile manipulators in dynamic environments is a significant and challenging task, especially in the system with a moving target. This paper presents trajectory optimization of a nonholonomic mobile manipulator in dynamic environment pursuing a moving target. Full nonlinear dynamic equations of the system considering the nonholonomic constraints of wheels are presented. Then, dynamic motion planning of the system is formulated as an optimal control problem considering moving obstacle avoidance conditions. Accordingly, a new formulation of dynamic potential function was proposed based on the dynamic distance between colliding objects. In addition, an appropriate boundary value for a moving target was defined, and the resulted boundary value problem was solved to optimize the trajectory of the system. To solve the problem, an indirect solution of optimal control was applied which leads to transform the optimal control problem into a set of coupled differential equations. To demonstrate the efficiency and applicability of the method a number of simulations and experiments was performed for a spatial nonholonomic mobile manipulator.