● 摘要
随着自动化物流水平的进步，码垛技术也得到了长足的发展，在此基础上码垛机器人应运而生。码垛机器人的出现实现了码垛作业的自动化，保障了工人的安全，降低了工人的劳动强度，加快了物流转运速度，在稳定地获得整齐一致的物料堆垛的同时，也减少了物料的破损和浪费。本论文以码垛机器人作为研究对象，重点从机器人控制的角度出发，为保证码垛在工作现场条件下能够实现平稳高效地运行，进行了以下几方面研究：
第一，通过构型选择首先确定了码垛机器人的结构样式，完成机械总体设计，然后进行了码垛机器人的运动学及动力学分析，并使用ADAMS软件进行了仿真，得到了各关节电机驱动力和臂部结构几处重要连接处受力的变化情况，为关节驱动电机的选型和重点连接处的结构设计提供了参考依据。
第二，介绍了进行机器人轨迹规划的概念和基本方法，然后分别在笛卡尔空间和关节空间进行展开叙述，通过仿真分析和实验测量，证明了对码垛机器人进行轨迹规划的必要性和重要作用。在笛卡尔空间，针对码垛机器人运动所形成的空间曲线，讨论了空间直线、空间圆弧和空间中两条直线圆弧连接三种主要轨迹曲线的生成和插补方法。在关节空间，分别阐述了线性模式、B样条模式和PVT模式下的轨迹生成方法，并对插补算法得到的结果进行分析，得到的关节轨迹曲线光滑平顺，满足机器人对其各关节位移、速度和加速度的连续性条件。
第三，以自动控制理论为基础，介绍了机器人控制理论的发展过程，对工业机器人常用的独立PD控制、计算力矩控制和模糊PID控制三种控制方法进行了介绍分析。针对本项目使用的交流电机伺服系统，分析其位置环、速度环和电流环的三环反馈系统控制体系，并建立了系统模型。最后，用ADAMS与MATLAB对码垛机器人四自由度控制系统进行了联合仿真，证明该系统具有良好的稳定性和轨迹跟踪性。
第四，对码垛机器人控制方案的具体实现，分为硬件平台和软件系统两个方面予以介绍。确定了码垛机器人基于IPC+DPS的开放式机器人控制体系，阐述了硬件系统的配置情况以及各部分在系统中所起的作用。对所选用工控机、交流伺服电机和运动控制器等关键元器件分别进行了介绍。针对机器人控制软件所需的主要功能，对软件中人机交互窗口、轨迹的实时计算生成和上下位机的数据通讯三个主要方面进行讨论。
最后，总结现阶段项目工作取得的一些成果，对后续工作进行了展望。