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包装搬运机器人运动轨迹优化设计
 
 
 
 
 
   
 
 
 
摘要：机器人具有高柔性、高效率与高精准性，使得机器人在不同的生产领域都得到了广泛的应用。包装搬运机器人在承载能力、工作空间、运行速度、定位精度等方面都需要满足流水车间的要求，任何一种包装机器人都不能避免轨迹规划和分析的问题，具有一定的通用性。本文以码垛机器人为研究对象，对其轨迹规划和优化方法进行了探讨和实验验证。
关键词：包装搬运机器人；运动轨迹；优化设计
前言
，高端智能化方面装备的重要的组成部分就是工业机器人，其发展和研究的进程再次被提到新的重要位置。机器人技术是多门类多学科的重要集合体，一个国家制造业的发展发展的基本状况就是机器人的发展水平。包装方面的机器人的运动精度需要提高，就提出了一种基于改进S曲线的轨迹规划方法。
机器人的相关的作业过程分析
在实际方面的使用的过程中，包装搬运的机器人（包括码垛机器人）大多与其他方面的辅助设备或流水线进行协同工作。传统的包装的过程主要依靠的使人工的搬运和包装，物料方面的拣选和放置使整个过程中最重要的动作，因此物料的拣选和放置使包装搬运机器人的主要工作。
包装方面作业的流程如图1所示。整个工作的空间可简化为两条输送带、包装机器人、物料、托盘等，一条输送带用于将要包装或堆放的物料有序地向前输送；另一条传送带用于将包装或堆放的物料输送到下一道工序。在整个输
送方面的过程中，一旦物料进入机器人工作的空间，外部的传感器就会对物料做出响应。此时，主控制器根据设定的程序跟随示教结果，使包装机器人移动到相应的拣料点；抓取后，物料被输送到不同的放置点，从而完成操作过程。运输机器人负责在一条传送带上拾取物料，然后将代码放在另一条传送带上。
图 1 包装的作业的过程
根据流水线的特点，包装机器人不仅要有大的工作空间和小的面积，而且要有很高的重复定位精度。为了实现这一要求，机器人的轨迹规划是非常重要的，因此本文对这一问题进行了研究。
2、码垛机器人轨迹规划
S型曲线
以末端执行器的空间轨迹的规划为研究对象，在包装过程中，码垛机器人不仅要高速运行，而且要频繁地启动、停止和换向，因此加减速控制非常重要。加减速曲线应平滑无加速度突变。因此，有必要设计合适的轨迹曲线，以减少机械冲击，提高运动效率。本文在S形曲线的基础上进行了轨迹规划。速度、加速度和加速度曲线如图2所示。
图 2 速度、加速度、加加速度曲线
从图2可以看出，传统S型曲线包括7段，即加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、减减速段、匀减速段、加减速段。各截面的加速度可用常数表示，各截面的加速度可用一阶函数表示，各截面的速度可用二次函数表示。在一定程度上可以避免这种现象对电机的冲击。
定义加加速度的最大值为Jmax，加速度的最大值为amax，速度的最大值为vmax。理想情况下，可认为电机正反转的驱动能力是相同的，所以假定电机正反转的最大加速度相等，即a+=a-=amax。为便于分析，文中假定加速度从0增加到amax所用时间，与其从amax减小到0所用时间一致，即存在t1=t3，t5=t7。另外，假设电机正反转的加加速度大小是一致的，即存在t1=