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  • 碼垛機器人軌跡規劃研究現狀與展望

    2021-10-31 75

    碼垛機器人具有作業效率高、碼垛穩定等優點,解放工人繁重體力勞動,已在各個行業的包裝物流線中發揮強大作用。碼垛機器人主要適應對象為大批量、重復性強或是工作環境具有高溫、粉塵等條件惡劣情況。如何能夠保證碼垛機器人快速、準確、穩定地抓取、搬運和放置貨物,是碼垛機器人的主要目的。因此,弄清碼垛機器人標準作業流程,對碼垛任務的關鍵環節軌跡規劃進行分析總結對于實現碼垛機器人的主要目的很有必要。

    1.碼垛機器人軌跡規劃研究現狀

    碼垛機器人的運行離不開運動軌跡的規劃。機器人軌跡規劃屬于機器人底層規劃范疇,主要研究的是機器人在關節空間和笛卡爾空間的運動規劃和軌跡生成方法。實用的碼垛機器人運動軌跡應滿足平滑、平穩、加減速效率高的要求。

    2.軌跡優化

    軌跡優化是在軌跡規劃的基礎上,進一步改善軌跡的性能。軌跡優化的主要原因有兩個:一是由于作業任務限制,需要改善軌跡才能完成作業;二是實際作業要求需要獲得更大的效益,為此需要提高效率、減少能力消耗、減少沖擊等。

    碼垛機器人在進行軌跡規劃和優化需要重點考慮以下兩個方面:①速度。衡量機器人的一個重要性能指標是碼垛的工作效率。也就是說要保證機器人如何讓機器人快速的實現來回運動,并且持續保持。②平穩。在實際碼垛任務中,碼垛機器人需要頻繁快速啟停,勢必對機械本體造成沖擊和磨損。因此碼垛機器人在運功規劃過程中一定要考慮穩定性和平滑性需求。

    3.碼垛機器人軌跡規劃發展趨勢

    隨著制造業和科學技術的不斷發展和進步,工業自動化生產中的工況越加復雜,且對精度的要求越來越高,這對碼垛機器人的軌跡規劃提出了更高的要求。軌跡規劃需要向高精度、模塊化及智能化等方向發展。主要發展趨勢體現在以下幾個方面:

    ①結合實際工作模式,綜合各種因素實現高可靠性,達到全局最優。實際應用中,對軌跡進行規劃,需要綜合考慮碼垛機器人本體的重量、電機的工作轉速、負載的特性等許多因素。需要在考慮上述諸多因素的前提下,針對具體的工況進行軌跡規劃,從而達到高可靠性。而不是像目前的研究,針對某一方面,在既定的條件下進行特定優化,需要考慮諸多因素實現軌跡規劃的全局最優。

    ②將虛擬現實技術應用于碼垛機器人軌跡規劃系統。虛擬現實(Virtual Reality,VR)具有直觀、逼真、沉浸的三維視覺效果,在進行碼垛機器人的軌跡規劃的時候,利用此特點可以提供一種易于設計和交互的模式。另外,坐標變換、路徑規劃等領域是虛擬現實和機器人學都需要關注的領域,二者在很多領域的技術相關性很大,這為虛擬現實技術廣泛地應用在碼垛機器人中提供了充分的條件。

    ③軌跡規劃算法朝模塊化、集成化和智能化發展。軌跡規劃算法對于機器人使用者來說非常難懂。這就要求軌跡規劃算法能夠模塊化,進行軟件封裝,最后集成各種功能,形成一款易用性高和功能強大的軟件,為機器人跟著提供全配套智能解決方案。目前,這一趨勢在當前主流品牌的工業機器人制造企業的工業產品中早有體現,如ABB RobotStudio,Fanuc的RoboGuide,KUKA.Sim pro等。這些軟件封裝機器人軌跡規劃及控制算法等功能模塊,能夠實現快速建模、高效編程和實時驗證。這些產品提供簡單易用的界面。使用者通過簡單的培訓或者閱讀說明書,就可以快速使用工業機器人完成任務,大大地降低了工業機器人的使用門檻。軟件使用者不需要了解軌跡規劃算法,也能獨立快速地完成軌跡設計。


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