装甑机器人运动规划的研究与应用

摘要

白酒酿造技术在中国已经经历了几千年，中国酒文化源远流长，但是智能机械化酿酒程度比较空缺，目前都是靠着肩拉臂抬。本文就采用工业机器人酿酒，给出了切实可行的方案。酒醅装甑是酿酒行业比较重点的一个关键环节，采用六自由度机器人进行装甑工作，实现了酿酒装甑环节的智能自动化。本论文主要研究的是六自由度机器人在圆桶内的路径规划问题的研究与应用。
　　研究六自由度机器人末端带动料仓在甑桶内部实施铺料，分析了六自由度机器人数学模型的基础上，主要研究一个不规则的几何物体在圆内部的路径规划问题，建立机器人运动轨迹的数学模型。针对路径规划问题，分析比较了遗传算法、二岔树逆向寻优方法、人工势场法等多种算法，提出引入一种改进人工势场算法，解决势场算法的合力方向规划机器人的实时路径问题。在本论文中原来的改进人工势场算法也不能完全的适用，需要建立新的斥力以及引力计算模型来改变合力方向，实时规划出机器人的运动轨迹。在机器人实时运动过程中，由于甑桶底部有蒸汽来加热桶内的酒醅，表层酒醅的温度会改变机器人的运动轨迹，通过采用红外相机实时检测桶表面的温度情况，引入灰度直方图的算法计算出料面温度较高的区域，把坐标传输到机器人，机器人会对坐标点进行统一规划，按照冒气最少的原则来规划机器人的运动轨迹，降低酒精蒸发量，提高酿酒的产率。甑酒步骤的核心有两点:其一是判断酒气冒气位置;其二尽可能快的去盖料。经过不断的实验和尝试，不断优化运动规划算法达到缩短机器人盖料的路径和时间，这个是甑酒机器人作业效率的硬指标。
　　目前第一台甑酒机器人样机已经研发完成并在某酒厂试用，作业数据与传统作业情况进行大量的数据采集和分析对比，采用了智能甑酒机器人的甑酒工艺比传统的人工甑酒在效率上提高很多，酒品质以及出酒量都有很大提升。甑酒机器人的研发成功对于复杂传统工艺向自动化行业发展提供了一些新思路。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 论文研究意义

1．2 关于六自由度机器人国内外相关研究概况及发展趋势

1．3 酿酒自动化国内外发展现状与趋势

1．4 论文主要任务

1．4．1 论文所做工作

1．4．2 研究目标与创新点

1．5 论文结构

2 甑酒机器人运动控制系统总体设计

2．1 总体设计思路

2．2 路径规划几种算法比较

2．2．1 遗传算法

2．2．2 人工势场法

2．2．3 二叉树逆向寻优方法

2．3 关于三种算法的比较和分析

3 关键算法与关键技术

3．1 六自由度机器人数学模型

3．3 机器人路径规划算法

3．3．1 机器人在甑桶中的运动规划

3．3．2 人工势场算法改进

3．3．3 多个见湿盖料的问题

3．4 红外相机选型及视觉算法模块

4 全自动装甑机器人系统设计

4．1 系统结构设计原则与功能结构

4．2 软件功能结构模块

4．3 软件主要界面

4．3．1 主页面

4．3．2 参数配置页面

4．4 机器人工作位姿态

4．4．1 基本固定位姿

4．4．2 单层平铺位姿

4．4．3 见湿改料位姿计算方法

5 机器人样机测试运行及分析

5．1 普通铺料实验

5．1．1 实验系统构成

5．1．2 实验数据采集

5．2 见湿盖料实验

5．3 实际效益

结论

参考文献

附录

致谢