铝锭伺服堆垛机的运动轨迹规划研究

摘要

铝锭堆垛机作为铝锭铸造生产线的重要设备，已经成为铝锭生产中必不可少的装备之一，而路径规划是堆垛机控制中的一个重要模块，对堆垛机的运动特性和工作效率具有重大影响。因此，本文提出以最优轨迹为研究目标，以兰州理工大学研制的28t/h的铝锭堆垛机为研究对象，对其轨迹规划进行了优化研究。
　　首先，机器人轨迹规划方法主要是利用多项式、抛物线、直线插补、三次样条插值法和圆弧插补等进行轨迹规划,通过对这些轨迹规划方法的对比研究，发现三次样条插值法不仅保留了分段低次插值多项式的各种优点，而且还提高了插值函数的光滑性等优点。所以，选择三次样条插值法规划铝锭堆垛机的运动轨迹，既可以可保证结点处的速度和加速度连续，也可以使其轨迹平滑，减小了堆垛机在运动过程中对机体的冲击和振动，大大提高了堆垛机的使用寿命。
　　其次，本文对堆垛机结构进行运动分析，在此基础上进行轨迹规划。通过三次样条曲线进行堆垛机运行轨迹规划，建立垛层坐标系，利用穷举法求出了路径最短时抓取点的位置（Z=425mm）。利用三次样条公式的定义及结合Matalb工具箱，求出了从第一层到第十一层的运动轨迹方程，并用Matalb进行了仿真，得到了铝锭堆垛机的十一层铝锭堆垛的运动轨迹。
　　最后，通过规划求解出的最短路径，以时间最优做为优化目标（第一层堆垛轨迹和第十一层堆垛轨迹为例），选用自适应遗传算法来求最优解。简单介绍了遗传算法的原理及实现步骤，根据优化目标确定了目标函数和适应度函数，最终来得到遗传算子。通过基于Matalb遗传算法程序，基于工业常用的三角函数速度曲线，最终得到了满足约束条件的三次样条曲线的运动轨迹，且运行时间比优化前减少了14.3％，并对其轨迹优化结果进行了仿真。