一种码垛机器人低能耗控制优化方法研究

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1、天津大学硕士学位论文一种码垛机器人低能耗控制优化方法研究AnOptimizingMethodofLowEnergyControlProblemonPalletizingRobot学科专业：机械工程研究生：方志炜指导教师：梅江平副教授天津大学机械工程学院2016年12月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说

2、明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要本文围绕码垛机器人低能耗控制问题，以一种由伺服电机和减速机组成的单关节系统及天津大学开发的MD-1200型码垛机器人为研究对象，系统研究了基于

3、LuGre摩擦模型的单关节系统动力学建模方法、单关节系统低能耗控制优化方法以及码垛机器人关节空间低能耗控制优化方法等内容。全文取得的成果如下：针对一种由伺服电机和减速机组成的单关节系统，提出了一种基于LuGre摩擦模型的单关节系统动力学建模方法。该方法基于该单关节系统的结构特点，将整个系统分为高速部分(由电机和减速机高速轴组成)和低速部分(由减速机低速轴和负载组成)，分别建立基于LuGre摩擦模型的动力学模型。针对LuGre摩擦模型参数，采用最小二乘法和频率响应法辨识其静态参数和动态参数。Simulink仿真结果表明，该建模方法能有效建立单关节系统的动力

4、学模型，为后续研究奠定了基础。针对上述单关节系统，在建立其能耗模型的基础上，首先分析了单关节系统低能耗控制问题，指出其实质是寻找能耗最低的最优运动规律，然后提出了一种以能耗为优化目标，以运动始末位置、速度和加速度为约束条件，利用傅里叶级数表示运动规律，结合遗传算法进行单关节系统低能耗控制优化的方法。利用该方法对算例进行优化，与3-4-5次多项式运动规律对比的结果表明了该优化方法所得到的运动规律明显降低了关节系统能耗。针对MD-1200型码垛机器人，结合上述研究内容，在其能耗模型的基础上，从关节空间的角度出发，应用上述优化方法研究了码垛机器人的低能耗控制。

5、针对直接应用遗传算法优化收敛速度慢的缺点，又提出了傅里叶级数项数固定和项数逐渐增加的两种改进优化策略。算例的优化结果表明了两种优化策略均有一定作用。同时，对比于3-4-5次多项式的能耗，SolidworksMotion仿真及实验测试结果均验证了所用的优化方法的有效性。本文的优化方法为码垛机器人关节空间上的低能耗控制提出了一种新的优化方法，为码垛机器人低能耗控制方法研究提供了新的思路。关键词：码垛机器人，单关节系统，低能耗控制优化，傅里叶级数，遗传算法IABSTRACTRevolvedaroundthetopicoflowenergyconsumption

6、controlinpalletizingrobot,takingtheMD-1200palletizingrobotwhichwasdevelopedbyTianjinUniversityandatypeofsinglejointsystemcomposingofaservomotorandareductionboxastheresearchobject,thisdissertationresearchedonthemodelingmethodbasedonLuGremodelinsinglejointsystem,theoptimizingmethod

7、oflowenergyconsumptioncontrolusedinthesinglejointsystemandthepalletizingrobots.Thefollowingachievementshavebeenaccomplished:Focusedonatypeofsinglejointsystemcomposingofaservomotorandareductionbox,amodelingmethodbasedonLuGremodelhasbeenproposed.Thismethoddividesthesinglejointsyste

8、mintotwoparts:thehighspeedpart(composing