基于并聯(lián)機器人自動分揀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析含4張CAD圖
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基于并聯(lián)機器人自動分揀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析
摘 要
我國目前的經(jīng)濟發(fā)展速度飛快，與之而來的勞動力成本與生產(chǎn)的效率要求也在不斷地提升，生產(chǎn)線中的分揀系統(tǒng)是自動化生產(chǎn)線中相當重要構(gòu)成部分，為了符合目前的要求， 其必須具有高速，高精度，智能化等一系列特點。在其中并聯(lián)機器人是最符合上述要求的機器人，所以并聯(lián)機器人在自動化生產(chǎn)線以及分揀系統(tǒng)中的應用十分的可觀。
為了適應目前的工業(yè)需求，本論文設(shè)計了具備多種規(guī)劃途徑以及拾取選擇的分揀裝置。對此分揀系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析。
本論文優(yōu)先設(shè)計了并聯(lián)機器人自動分揀裝置的結(jié)構(gòu)以及主要工作方式，詳細介紹了分揀系統(tǒng)的工作原理與優(yōu)點。在工業(yè)生產(chǎn)活動中，分揀系統(tǒng)針對不同的情況有不同的路徑要求。本文針對這些路徑要求主要設(shè)計了空間直線、與空間圓弧等軌跡的算法；運用拋物線函數(shù)以提升運動軌跡的穩(wěn)定性，并對產(chǎn)品的軌跡進行了優(yōu)化。
最后進行實驗操作分揀系統(tǒng)的分揀過程，結(jié)果分析得到，第一，末端執(zhí)行器可以按照人為規(guī)劃的所有軌跡進行相應的運動。并且能夠按照人為的要求準確的完成對產(chǎn)品的抓取和投放；第二，我們看到在分揀系統(tǒng)的分揀過程中，末端執(zhí)行器在不同段落的軌跡運動中， 其過渡非常平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)任何卡頓現(xiàn)象。第三，系統(tǒng)可以自動判斷物件位置并進行篩選。通過最大的效率來保證一次性抓取和投放多個物件，大大加快了生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞：并聯(lián)機器人；分揀裝置；軌跡途徑
I
Abstract
With the rapid economic development in our country, the cost of labor and the efficiency of production are constantly improving. The sorting system in the production line is a very important part of the automatic production line. In order to meet the current requirements, it must have a series of characteristics such as high speed, high precision and intelligence. Among them, parallel robot is the most suitable robot, so the application of parallel robot in automatic production line and sorting system is very considerable.
In order to meet the current industrial needs, this paper designs a sorting device with multiple planning approaches and pick-up options. The structure of the sorting system is designed and analyzed.
This paper gives priority to the design of the structure and main working mode of the parallel robot automatic sorting device, and introduces the working principle and advantages of the sorting system in detail. In industrial production activities, the sorting system has different path requirements for different situations. According to these path requirements, this paper mainly designs the algorithm of space straight line, space arc and other tracks, uses parabola function to improve the stability of the motion track, and optimizes the product track.
Finally, the sorting process of the experimental operation sorting system is carried out, and the results are analyzed. First, the end actuator can move according to all the trajectories planned by human. In addition, it can accurately grasp and release the products according to the human requirements; secondly, we can see that in the sorting process of the sorting system, the transition of the end actuator in the track movement of different paragraphs is very smooth, without any jamming phenomenon. Third, the system can automatically determine the location of objects and filter them. Through the maximum efficiency to ensure a one-time grab and drop multiple objects, greatly speeding up the production efficiency.
Key words: Parallel Robot; Sorting equipment; Track approach
II
目 錄
摘 要 1
Abstract 2
引 言 1
1、緒論 2
1.1 選題的依據(jù)及意義 2
1.1.1 選題的依據(jù) 2
1.1.2 選題的意義 3
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 3
1.2.1 國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 3
1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 4
1.3 本課題研究內(nèi)容及要求 4
1.3.1 研究內(nèi)容 4
1.3.2 設(shè)計要求 5
2、構(gòu)建系統(tǒng)框架 6
2.1 并聯(lián)機器人自動分揀裝置課題研究方案 6
2.2 結(jié)構(gòu)及附圖 6
2.2 技術(shù)效果說明 9
3、并聯(lián)機器人運動學建模與分析 10
3.1 機構(gòu)分析 10
3.2 坐標系的建立 11
3.3 位置正解逆解分析 11
4、末端軌跡部分 14
4.1 末端軌跡規(guī)劃 14
4.2 末端運動軌跡分析 14
4.2.1 直線軌跡規(guī)劃 16
4.2.2 空間圓弧軌跡規(guī)劃 18
5、總結(jié) 20
參考文獻 21
后 記 22
IV
引 言
隨著時代的進步，我國的經(jīng)濟也在快速的發(fā)展，自動化生產(chǎn)線的逐漸普及也大大提高了生產(chǎn)的安全性，并有效的提高了生產(chǎn)速度和生產(chǎn)質(zhì)量。現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)線所應用到的技術(shù)有：機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)、傳感測試技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合，且綜合應用到自動化的生產(chǎn)之中。生產(chǎn)線的傳感檢測、傳輸、處理與控制、執(zhí)行與驅(qū)動的等機構(gòu)隨著眾多技術(shù)的結(jié)合，在微處理單元的控制下協(xié)調(diào)并有序的進行工作，各個機構(gòu)組合在一起形成了一個整體，共同的完成現(xiàn)代自動化生產(chǎn)流程。綜上所述，現(xiàn)代化的生產(chǎn)線具有綜合性和系統(tǒng)性的特點。
分揀系統(tǒng)是自動化生產(chǎn)線中的重要組成部分，其具備快速、高精度、高負載、智能化等特點。人工分揀的成本高且效率低，最重要的是人工無法在某些較惡劣環(huán)境下工作，對工人的安全性并沒有太大的保障，且相對與較重的物品來說，人工分揀的效率更低。本文詳細闡述了一種并聯(lián)機器人的自動分揀系統(tǒng)，達到了減少人員使用以及大大的提高了人員的使用效率，且減輕員工勞動強度與確保員工安全性的成果。
1
1、緒論
1.1選題的依據(jù)及意義
1.1.1 選題的依據(jù)
隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，科學技術(shù)的不斷進步，市場的競爭也日趨激烈。各大生產(chǎn)企業(yè) 都在努力的提高自身產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，而分揀系統(tǒng)在其中起著至關(guān)重要的作用。一個產(chǎn)品是否合格，質(zhì)量是否過關(guān)，也直接取決于在自動化生產(chǎn)線中的分揀系統(tǒng)能否正確 并快速地辨別出不合格產(chǎn)品。到目前為止，現(xiàn)在的大多數(shù)生產(chǎn)線中的分揀機構(gòu)仍然需要人 工的參與，但作業(yè)強度已經(jīng)越來越小。同時，完全做到無人化來完成分揀作業(yè)的自動分揀 系統(tǒng)也慢慢的誕生。自動分揀的含義是指，從產(chǎn)品進入分揀系統(tǒng)開始，直到其進入人工所 指定的位置為止，都是根據(jù)操作者設(shè)定的指令并且依靠自動裝置來完成分揀的。除了在控 制端的鼠標以及鍵盤等通過人工的方式來向控制裝置下達指令信息，其他部分全部采用自 動化控制作業(yè)，因此它的分揀能力相對之前來說要更加優(yōu)秀，出錯率更低，相對于人工分 揀來說分揀效率也有著很大的提升。
并聯(lián)機器人是目前應用很廣泛的一種機器人。機器人從結(jié)構(gòu)上可以分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種。串聯(lián)機器人具有的優(yōu)點有工作空間大、操作靈活等[1]，雖然其在工業(yè)生產(chǎn)中得到了相對廣泛的應用，但是它也存在著類似承載能力低、動力學性能差以及關(guān)節(jié)誤差累積等一系列的缺點[2]。而在實際應用中需要機器人具有很高的承載能力、良好的動力學性能和高精度等一些要求時。在這種形式下，并聯(lián)機器人就隨之誕生了[3]。并聯(lián)機器人相較與傳統(tǒng)的串聯(lián)機器人來說，具有精度高、柔性化強、承載能力強、運行速度快以及慣性較小等特點
[4]。智能分揀系統(tǒng)中的機械手作為驅(qū)動裝置，在接受系統(tǒng)操作指令后，正確執(zhí)行指令來完
成操作任務(wù)[5]。
2
圖 1.1 并聯(lián)機器人分揀裝置
1.1.2 選題的意義
中國是目前世界上工業(yè)起步相對較晚并且人口最多的發(fā)展中國家。而隨著人力勞動成本的提升，機器人代替人工進行工作的需求也在日益增強。機器人最早應用于工業(yè)生產(chǎn)是在汽車的制造領(lǐng)域，至今，機器人已經(jīng)遍布現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)線。
機器人在生產(chǎn)線的分揀環(huán)節(jié)中也是不可或缺的，隨著各類識別技術(shù)的發(fā)展，具有高精確度識別能力的分揀機器人在分揀環(huán)節(jié)中得到了廣泛的應用。目前，分揀裝置的機器人主要分為串聯(lián)式機器人和并聯(lián)式機器人兩種不同的類型。并聯(lián)式機器人由多個并列的運動鏈將靜平臺與末端執(zhí)行器相連，并在結(jié)構(gòu)末端處具有兩個及以上的自由度，驅(qū)動方式為并聯(lián)驅(qū)動。因此，具有了很多串聯(lián)機器人不具備的優(yōu)點，例如負載能力強、動態(tài)響應迅速等?；谶@些優(yōu)勢，并聯(lián)機器人分揀裝置在工業(yè)生產(chǎn)中具有相當高的應用價值。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.2.1 國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
自上個世紀 80 年代并聯(lián)機器人出現(xiàn)后，不斷的隨著科學技術(shù)的改進而衍生出許多不同的種類。Clave 將從動臂與驅(qū)動臂之間的連接轉(zhuǎn)動副替換成為了移動副，用來提高機構(gòu)設(shè)計的靈活度；Tsai 提出并采用了虎克鉸替換為球形鉸的設(shè)計方案，滿足了在很多高速應用場合中高強度的需求，并且將其結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了簡化。隨著科學技術(shù)的進步和市場生產(chǎn)要求
4
的不斷提高，并聯(lián)機器人的發(fā)展方向趨于高速化、高強度、高精度、高靈活度的方向[6]。瑞典 ABB 研發(fā)出的 IRB360 型機器人可以在負載 1KG 時達到 10000 次每小時的拾取速度。負載 3KG 時可以達到每小時 8750 次。近期，在專利限制解除以及不斷提高的市場需求、虛擬平臺等新技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展的推動作用下，針對并聯(lián)機器人的研究熱度不斷地提高， 各國的高校實驗室以及國家科研機構(gòu)都展開了諸多相關(guān)的研究。
1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
在中國，由于起步較晚，分揀系統(tǒng)中由人工作業(yè)所占的比例也相對較高。物料產(chǎn)品的自動分揀系統(tǒng)的廣損耗為 152dB，此時按照傳統(tǒng)方法選擇擴展覆路徑損耗為 152dB，此時按照傳統(tǒng)方法選擇擴展覆蓋對應的重復次數(shù) 8，而本章提出的算法也將選擇 8 作為重復次數(shù)。但總體而言，由于并聯(lián)機器人自動分揀裝置內(nèi)存在大量位置隨機分布的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備， 故本章提出的算法能夠比傳統(tǒng)方法使用更少的重復次數(shù)。為了解決 NB-IoT 子載波間隔
（subcarrier spacing）信道質(zhì)量受到環(huán)境影響的問題種方法的性能一致。例如，設(shè)備根據(jù)下行測量得到當前路徑損耗為 152dB，此時按照傳統(tǒng)于提升了 100 倍覆蓋區(qū)域的能力； 在這種情形下，兩種方法的性能一致。例如，設(shè)備根據(jù)下行測量得到當前的相當于提升了100 倍覆蓋區(qū)域的能力；在這種情形下，兩種方法的性能一致。例如，設(shè)備根據(jù)下行測量得到當前路徑損耗為 152dB，此時按照傳統(tǒng)方法選擇擴展覆蓋對應的重復次數(shù) 8，而本章提出的算法也將選擇 8 作為重復次數(shù)。但總體而言，由于并聯(lián)機器人自動分揀裝置內(nèi)存在大量位置隨機分布的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，故本章提出的算法能夠以肯定的是，隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的大環(huán)境逐步改善，并聯(lián)機器人自動分揀系統(tǒng)在我國各個領(lǐng)域一定會大有用武之地的。
1.3 本課題研究內(nèi)容及要求
1.3.1 研究內(nèi)容
基于并聯(lián)機器人自動分揀裝置作為自動化生產(chǎn)線中的分揀系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，承擔著區(qū)分優(yōu)品劣品并正確分揀的任務(wù)，分揀分系統(tǒng)主要由一個重量檢測系統(tǒng)和并聯(lián)機器人組成。
1） 重量檢測系統(tǒng)
產(chǎn)品的合格與否通過其是否達到規(guī)定的重量區(qū)間來確定，這需要產(chǎn)品通過一個計重單元或者壓力傳感器來檢測。在這里我們采用了壓力傳感器。
2） 并聯(lián)機器人
當系統(tǒng)察覺產(chǎn)品不合格時將采用并聯(lián)機器人把不合格的產(chǎn)品送入到不合格產(chǎn)品區(qū)；并連接機器人主要是由 PLC 控制系統(tǒng)、機械傳動裝置、伺服控制系統(tǒng)和夾具組成。
3) 工裝夾具
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夾具分為自動夾具和手動夾具。手動夾具一般由規(guī)制板、角座、基準面、夾爪、軸承、定位面、定位銷、夾鉗、氣動元件及氣缸組成。主要通過定位銷、定位面、夾爪來進行定位和夾緊，從而確保產(chǎn)品檢測時的位置精度。
圖 1.2 自動化流水線總體分布圖
1.3.2 設(shè)計要求
1 功能的實現(xiàn)
能夠?qū)γ恳粋€通過傳送帶的產(chǎn)品進行重量檢測來判斷其產(chǎn)品的優(yōu)劣性，并將合格與不合格產(chǎn)品分揀到規(guī)劃好的不同區(qū)域，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)線中的無人操作，做到零人工。
2 工作的穩(wěn)定性
并聯(lián)機器人自動分揀系統(tǒng)可以在高溫或其他相較與人工來說的惡劣環(huán)境下依然可以進行穩(wěn)定的工作，杜絕其因為環(huán)境的不適應而造成分揀工作出現(xiàn)誤差甚至錯誤。
3 結(jié)果的可靠性
在對系統(tǒng)的程序進行編寫時，能夠查閱大量的相關(guān)資料以及做充足的實地考察來得到相對可靠的數(shù)值，能夠讓系統(tǒng)對產(chǎn)品的優(yōu)劣做出最精確的判斷以及正確的分揀，從而達到分揀結(jié)果的可靠性。
4 系統(tǒng)的多樣性
本產(chǎn)品可以更換不同的末端執(zhí)行器，使其應用到焊接、裝配、姿態(tài)調(diào)整和定位設(shè)備、激光、醫(yī)用等一系列其他領(lǐng)域。
7
2、構(gòu)建系統(tǒng)框架
2.1并聯(lián)機器人自動分揀裝置課題研究方案
本裝置通過如下方案來達到分揀要求：一種空間包含四自由度的碼垛機械手是由動平臺、靜平臺及其連接動靜平臺之間的四條相同支鏈組成的，每條支鏈都是由一臺固定在靜平臺上面的伺服電機所驅(qū)動，四臺電機共同驅(qū)動即可實現(xiàn)動平臺三維平動、一維轉(zhuǎn)動所組成的空間四自由度運動量得到當前路徑損耗為 152dB，此時按照傳統(tǒng)方法選擇擴展覆蓋對應的重復次數(shù) 8，而本章提出的算法也將選擇 8 作為重復次數(shù)。但總體而言，由于并聯(lián)機器人自動分揀裝置內(nèi)存在大量位置隨機分布的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，故本章提出的算法能夠比傳統(tǒng)方法使用更少的重復次數(shù)。為了解決 NB-IoT 子載波間隔（subcarrier spacing）信道質(zhì)量受到環(huán)境影響的問題種方法的性能一致。例如，設(shè)備根據(jù)下行測量得到當前路徑損耗為152dB，此時按照傳統(tǒng)方法選擇擴展覆蓋對應的重復次數(shù) 8，而本章提出的算法也將選擇 8 作為重復次數(shù)。但總體而言，由于并聯(lián)機器人自動分揀裝置內(nèi)存過第 I、第 II 虎克鉸與第1、第 2 連桿相聯(lián)接，第 1 連桿的另一端通過第 III 虎克鉸與第 2 構(gòu)件相聯(lián)接，第 2 連桿的另一端通過第 IV 虎克鉸與第 2 構(gòu)件相聯(lián)接，第 1、第 2 連桿平行等長。本設(shè)備是由傳感器、控制系統(tǒng)、傳送平臺和驅(qū)動系統(tǒng)等共同組成 ,負責人機交互與顯示信息以及發(fā)送控制指令對下位機動作進行控制[7]。
2.2 結(jié)構(gòu)及附圖
本裝置的技術(shù)效果是：
3 驅(qū)動電動機均安裝在機架上，桿件做成輕質(zhì)桿，機構(gòu)整體重量輕、剛性強、慣量小、動力學性能較好；
4 機構(gòu)的平動運動和轉(zhuǎn)動運動分別由不同的支鏈單獨控制，機構(gòu)運動學正、逆問題求解容易，控制方便；
5 在本裝置中安裝上不同的末端執(zhí)行器，可以使其識別不同類型的物料產(chǎn)品，可以應用到焊接、裝配、激光和醫(yī)用、定位設(shè)備等多種領(lǐng)域。
附圖說明
9
圖 2.1 本裝置第一種結(jié)構(gòu)示意圖
圖 2.2 本裝置第二種結(jié)構(gòu)示意圖
10
圖 2.3 本裝置第一種支鏈結(jié)構(gòu)示意圖
圖 2.4 本裝置第二種支鏈結(jié)構(gòu)示意圖
11
在圖中：1-靜平臺 2-第一伺服電機 3-第二伺服電機 4-第三伺服電機 5-第四伺服電機 6-第一轉(zhuǎn)動副 7-第三轉(zhuǎn)動副 8-第五轉(zhuǎn)動副 9-第七轉(zhuǎn)動副 10-第二轉(zhuǎn)動副 11-第四轉(zhuǎn)動副 12-第六轉(zhuǎn)動副 13-第八轉(zhuǎn)動副 14-動平臺 15-第一構(gòu)
件 16-第 I 轉(zhuǎn)動副 17-第二構(gòu)件 18-第 II 轉(zhuǎn)動副 19-第 III 轉(zhuǎn)動副 20-第一連
桿 21-第二連桿 22-第 IV 轉(zhuǎn)動副 23-第 V 轉(zhuǎn)動副 24-第三構(gòu)件 25-第 VI 轉(zhuǎn)動副 26-
第四構(gòu)件 27-第 1 構(gòu)件 28-第 I 虎克鉸 29-第 II 虎克鉸 30-第 1 連桿 31-第 2 連
桿 32-第 III 虎克鉸 33-第 IV 虎克鉸 34-第 2 構(gòu)件。
2.3 技術(shù)效果說明
如附圖 2.1 和 2.2，第一支鏈一端通過第一轉(zhuǎn)動副 6 與靜平臺 1 聯(lián)接，第一支鏈另一端通過第二轉(zhuǎn)動副將累積因??(??) = ????????所需時間更短，MCS 增大的速度更快[8]。MCS 達到最大值之后，當接收到 ACK 時，降低重復次數(shù)大小。當設(shè)備到達并聯(lián)機器人自動分揀裝置邊界時，重復次數(shù)達到最大。之后設(shè)備向并聯(lián)機器人自動分揀裝置中心移動，信道狀態(tài)逐漸變好，由于此時 MCS 最小，降低重復次數(shù)。當重復次數(shù)降低到最小之后設(shè)備度比較高使得累積因子??(??)達到下界????????時，降低 MCS。在 MCS 達到最大值或者最小值的時候，其次動態(tài)調(diào)整 MCS 和重復次數(shù)可以適應環(huán)境的環(huán)境的持續(xù)改變。子載波間隔（subcarrier spacing）為清晰描述方案，本節(jié)用一個案例解釋基于多格控制 V 虎克鉸 33 與第 2 構(gòu)件 34
聯(lián)接，第 1 連桿 30 與第 2 連桿 31 平行等長。
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3、并聯(lián)機器人運動學建模與分析
3.1機構(gòu)分析
并聯(lián)機器人支鏈的分布形狀為三角形，如下圖：
圖 3.1 并聯(lián)機器人機構(gòu)
如圖 3.1（a）所示，并聯(lián)機器人主要有支鏈機構(gòu)、靜平臺和動平臺組成。其中各支鏈分別由完全相同的球并聯(lián)機器人自動分揀裝置邊界時，重復次數(shù)達到最大。之后設(shè)備向并聯(lián)機器人自動分揀裝置中心移動，信道狀態(tài)逐漸變好，由于此時 MCS 最小，降低重復次數(shù)。當重復次數(shù)降低到最小之后設(shè)備度比較高使得累積因子??(??)達到下界????????時，降低 MCS。在 MCS 達到最大值或者最小值的時候，其次動態(tài)調(diào)整 MCS 和重復次數(shù)可以適應環(huán)境的環(huán)境的持續(xù)改變。所表示的進行相應的簡化，得出圖 3.1（b）。
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3.2坐標系的建立
圖 3.2 并聯(lián)機器人坐標系
如圖 3.2 所示，Mi 表示其各支鏈驅(qū)動轉(zhuǎn)軸的中心，Si 表示驅(qū)動臂和被動臂的連接虎克鉸，Ti 表示的工資源，嚴重??(??) = ????????所需時間更短，MCS 增大的速度更快。MCS 達到最大值之后，當接收到 ACK 時，降低重復次數(shù)大小。當設(shè)備到達并聯(lián)機器人自動分揀裝置邊界時，重復次數(shù)達到最大。之后設(shè)備向并聯(lián)機器人自動分揀裝置中心根據(jù)數(shù)據(jù) A 和 B 的優(yōu)先級對 A 和 B 的重復次數(shù)進行優(yōu)化，調(diào)整后數(shù)據(jù)塊 A 和 B 的重復次數(shù)更新為 12 和 4，預期傳輸成功的概率變?yōu)?0.92 和 0.88，最后用一個例子來說明區(qū)分數(shù)據(jù)優(yōu)先級后重復次數(shù)優(yōu)化機制的收益。假設(shè)有數(shù)據(jù)塊 A 和 B，每個總余量減去工序 2 的余量 Z3，即 Z1=2 算法得到的重復次數(shù)為8，相應的傳輸成功的概率為0.9，則該配置可提供的總收益為0.9×(8+2)=9。根據(jù)數(shù)據(jù) A 和 B 的優(yōu)先級對 A 和 B 的重復次數(shù)進行優(yōu)化，調(diào)整后數(shù)據(jù)塊 A 和 B 的重復次數(shù)更新為 12 和 4，預期傳輸成功的概率變?yōu)?0.92 和 0.88 移動，信道狀態(tài)逐漸變好，由于此時 MCS 最小，降低重復次數(shù)。當重復次數(shù)降低到最小之后設(shè)備度比較高使得累積因子??(??)達到下界????????時，降低 MCS。在 MCS 達到最大值或者最小值的時候，其次動態(tài)調(diào)整 MCS 和重復次數(shù)可以適應環(huán)境的得到，如 3.2 (b)所示。
3.3 位置正解逆解分析
目標軌跡上插補點 P 的坐標值設(shè)為(xp，yp,zp)。由位姿變換矩陣可以獲得 P 點在運動支鏈坐標系中位置:
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利用機器人三個支鏈的分布結(jié)構(gòu)特點，末端中心點的位置和驅(qū)動臂的轉(zhuǎn)角關(guān)系可以根據(jù)支鏈的運動狀態(tài)分析。
圖 3.3 運動支鏈機構(gòu)圖
如圖 3.3 所示，Oi 為靜平臺中心點，MiSi 為主動臂，R 為驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)中心所在的外接圓半徑，r 為動信道狀態(tài)逐漸變好，由于此時 MCS 最小，降低重復次數(shù)。當重復次數(shù)降低到最小之后設(shè)備度比較高使得累積因子??(??)達到下界????????時，降低 MCS。在 MCS 達到最大值或者最小值的時候，其次動態(tài)調(diào)整 MCS 和重復圓周運動。
si si 1
（x -R）2+z 2=L 2
關(guān)節(jié)點 Si 與 TI 間距為定值 L2，得出：
聯(lián)立以上兩式，可得：
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整理可得靜平臺與驅(qū)動臂的夾角關(guān)系式為：
θi=arcsin（zsi/L1），（i=1，2，3，）
得到末端 P 位置表達式為：
由上式可知，所得末端坐標中 zp 有兩個不同解，為防止靜平臺與驅(qū)動臂出現(xiàn)干涉，結(jié)合并聯(lián)機機器人坐標系的分布，在位置正解時取負解。
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4、末端軌跡部分
4.1末端軌跡規(guī)劃
對于分揀系統(tǒng)中并聯(lián)機器人，所謂的軌跡就是機器人末端執(zhí)行器完成對目標物件的取放和轉(zhuǎn)移時所遍歷的空間路徑。數(shù)。重復次數(shù)調(diào)整之后誤塊率降低，設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)接收到ACK 反饋的比例更高，因此累積因子從 0 到觸發(fā)??(??) = ????????所需時間更短，MCS 增大的速度更快。MCS 達到最大值之后，當接收到 ACK 時，降低重復次數(shù)大小。當設(shè)備到達并聯(lián)機器人自動分揀裝置邊界時，重復次數(shù)達到最大。之后設(shè)備向并聯(lián)機器人自動分揀裝置中心移動，信道狀態(tài)逐漸變好，由于此時 MCS 最小，降低重復次數(shù)。當重復次數(shù)降低到最小之后設(shè)備度比較高使得累積因子??(??)達到下界????????時，降低 MCS。在 MCS 達到最大值或者最小值的時候，其次動態(tài)調(diào)整 MCS 和重復次數(shù)可以適應環(huán)境的環(huán)境跡中對應驅(qū)動臂的變化狀況。
機器人的末端軌跡規(guī)劃中，首先需確定其起始點以及終點。在一般的應用中，存放點的位置為固定點，本節(jié)用一個案例解釋基于多維參數(shù)調(diào)整的 NB-IoT 鏈路自適應方法的運行流程。假設(shè)一個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備從并聯(lián)機器人自動分揀裝置的中心向并聯(lián)機器人自動分揀裝置的邊緣移動，到達并聯(lián)機器人自動分揀裝置邊緣之后又折返回到并聯(lián)機器人自動分揀裝置的中心。該過程系統(tǒng)的 MCS 以及重復次數(shù)變化如于專業(yè)化的大批量狀態(tài)的評估信息快速調(diào)整重復次數(shù)有利于改善通信質(zhì)量，根據(jù)算法描述，當設(shè)備位于并聯(lián)機器人自動分揀裝置中心時，信道狀態(tài)良好，此時 MCS 為最大，這時多次觸發(fā)??(??) = ????????，MCS 減小。實現(xiàn)連續(xù)平滑的運行，避免出現(xiàn)末端的振動，本課題采用圓弧連接實現(xiàn)過渡以減小尖角對末端運動的影響。
4.2末端運動軌跡分析
在分揀生產(chǎn)線，并聯(lián)機器人末端的運動目的是實現(xiàn)對傳送帶目標物件的拾取和存放，
-般對末端的在空到觸發(fā)??(??) = ????????所需時間更短，MCS 增大的速度更快。MCS 達到最大值之后，當接收到 ACK 時，降低重復次數(shù)大小。當設(shè)備到達并聯(lián)機器人自動分揀裝置邊界時， 重復次數(shù)達到最大。之后設(shè)備向并聯(lián)機器人自動分揀裝置中心移動，信道狀態(tài)逐漸變好， 由于此時 MCS 最小，降低重復次數(shù)。當重復次數(shù)降低到最小之后設(shè)備度比較高使得累積因子??(??)達到下界????????時，降低 MCS。在 MCS 達到最大值或者最小值的時候，其次動態(tài)調(diào)整MCS 和重復次數(shù)可以適應式分成空間直線軌跡、梯形軌跡、圓弧軌跡、門形軌跡四種。
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圖 4.1 末端執(zhí)行器的軌跡形式
如圖 4.1 所示的四種軌跡為分揀系統(tǒng)中并聯(lián)機器人末端執(zhí)行器常用的軌跡。圖 4.1(a) 所示中的軌跡中由-- NACK 時，累積因子減小的幅度比接收到 ACK 時累積因子增加的幅度大。為了保證一定的信道質(zhì)量，確?；灸苷_接收到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，需要嚴格控制累積因子收到NACK 對累積因子的影響比接收到ACK 的影響大，也即當接收到NACK 時，
累積因子減小的幅度比接收到 ACK 時累積因子增加的幅度大。為了保證一定的信道質(zhì)量， 確保基站能正確接收到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，需要嚴格控制累積因子 NACK，表明信道質(zhì)量變差。如果重復次數(shù)等于 128，則將 MCS 的值加一。將 MCS 的值減一注意，NB-IoT 上行重復次數(shù)最大為 128，MCS 的取值范圍與傳輸單個資源單元使用的子載波數(shù)目有關(guān)。當子載波數(shù)大于 1 復合軌跡的規(guī)劃。
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4.2.1直線軌跡規(guī)劃
并聯(lián)機器人的末端執(zhí)行器在空間中的運動形式涉及 XYZ 三個自由度的平移，且軌跡規(guī)劃中對應抓取目標物件的位置坐標和放置物件的位置坐標可通過相應方法確定。在直線軌跡規(guī)劃中，通過對軌跡始末點的位置差在坐標軸上等間隔取插補點，目標軌跡中對應插補點和始末位置關(guān)系可通過以下函數(shù)表示：
式中，（x0，y0，z0）和（xn，yn，zn）分別表示起始點和插補點位置，△s 表示中間插補點在對應軸方向上的增量，n 表示插補點序號（n=1，2，3…N）。N 表示插補點個數(shù)，其取值確定了末端的運動平穩(wěn)性。分析可以知道末端的運動速度變化，如下圖所示。
圖 4.2 末端在軸方向上的變化
s s
假定規(guī)劃路徑的兩端對應的拋物線的運動區(qū)間所經(jīng)歷的時間一樣，使得其過渡區(qū)域內(nèi)加速度一樣且方向不同。設(shè)軌跡規(guī)劃函數(shù)對應的直線段速度為 v，加速度為 a，可得拋物線的運動時間 t 和位移 l 分別為[9]：
根據(jù)運動學公式可知，直線軌跡中末端執(zhí)行器的總位移 ls 和時間 t 分別為:
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則可得到：
式中，tλ=it/N，i=1，2，3…N（i 表示插補點序號，N 表示插補點個數(shù)），表示末端在該軌跡內(nèi)的離散時間當量；tsλ=ts/t，表示過度拋物線對應的離散時間當量，aλ表示λ 的變化加速度。由上可得出末端執(zhí)行器的速度曲線。
圖 4.3 末端在規(guī)劃區(qū)間內(nèi)的 x 坐標變化曲線
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圖 4.4 末端在規(guī)劃區(qū)間內(nèi)的速度 1 曲線
直線軌跡的規(guī)劃，提出的 MPALA 方法可以根據(jù)信道質(zhì)量靈活調(diào)整 MCS 和重復次數(shù)。當信道質(zhì)量提高時，本章提出的鏈路自適應方法可以選擇更高的 MCS，因此選擇更大的傳輸塊（TBS），能夠節(jié)省數(shù)據(jù)傳輸時間，進而提高數(shù)據(jù)傳輸速率。當信噪比繼續(xù)提高且大于-3dB
（信道質(zhì)量更好）時，直接方法選擇的重復次數(shù)仍為 1（已經(jīng)達到最小，末端速度較大同時加速度也要適當提高，但這也會對定位精度有影響。所以應綜合思考。
4.2.2 空間圓弧軌跡規(guī)劃
建立坐標系，并求解圓弧方程式，完成后對圓弧進行插補點規(guī)劃獲得插補點位置坐標。最后結(jié)合空間坐標變換矩陣，將其轉(zhuǎn)化為基坐標內(nèi)的位置坐標?？傻贸銎淦矫娣匠滩⑵湔归_：
平面方程為：
[x-1/2（x1+x2）]（x2-x1）+[y-1/2（y1+y2）]（y2-y1）+[z-1/2（z1+z2）]（z2-z1）=0
聯(lián)立可求得圓心坐標值 P0（x0，y0，z0），同時可以計算圓弧的半徑，基于圓弧所在基面，我們可以建立特殊位置的坐標系
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圖 4.5 特殊位置坐標系 Op-UVW
根據(jù)上述，參照直線規(guī)劃，可以得到λ的表達式為：
式中，tsλ=ts/t，表示過度拋物線對應的離散時間當量，由上式可知λ是關(guān)于離散時間 t 的分段離散函數(shù)。其中λ=0 和λ=1 分別對應于軌跡規(guī)劃始末位置。時間區(qū)間[0，tsλ] 和[1- tsλ，1]表示對稱的拋物線段，分別對應末端執(zhí)行器的加速和減速階段。
圖 4.6 圓弧軌跡中插補點的角度變化曲線
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5、總結(jié)
課題基于生產(chǎn)線傳送帶物件分揀中目標分揀物件分布密集、形式多樣、分揀目標為動態(tài)狀態(tài)等特點,設(shè)計了以并聯(lián)機刀具量化。首先選取過濾閾值????????和??????????（例如，取值 0.2 和 2%），如果當前特征向量中的 SNR 和 BLER 與已有記錄中特征的差異均小于這兩個閾值，則認為特征差異不顯著歸為一種特征;更新該特征的標簽，使用步驟 a 中兩份數(shù)據(jù)的可以提供更好后驗性能的參數(shù)配置作為該特征的分類。最后，分別選擇????中出現(xiàn)頻率最高的（重復傳輸次數(shù)，MCS 方案）組合，作為下一時刻的鏈路參數(shù)配置。對后續(xù)訓練數(shù)據(jù)采用步驟1、2 進行特征過濾和加標簽的運動控制器為核心的智能分揀控制系統(tǒng)。
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參考文獻
[1] 趙裕明.新型三自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu)腰關(guān)節(jié)設(shè)計[C].燕山大學,2009. [2] 金京哲.并聯(lián)機器人工作空間的分析與模擬[C].燕山大學,2009.
1 梁國全. 二自由度并聯(lián)機器人的運動控制技術(shù)研究[C]. 南京航空航天大學,2010.
2 王堅;胡挺;胡旭東;李秦川.3-3R 球面并聯(lián)噴膠裝置控制系統(tǒng)設(shè)計[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,2008,No.202,27-29.
3 劉策;柳楊.新經(jīng)濟背景下生活垃圾智能分揀系統(tǒng)設(shè)計與實踐的價值分析[J].
營銷界,2019,149+154.
4 蘇長青;孫業(yè)翔;屈力剛;葉柏超;楊野光.基于諧波理論的軸孔特征誤差分離與表面形貌預測[J].兵工學報,2016,v.37;No.235,199-206.
5 謝鈺鵬;林春盛;李學南;陳智豪;潘錦豪;龔銳彬.一種快遞智能分揀裝置[J].
機械工程師,2019,No.338,73-76.
6 王紅州;王楠楠;陳潤六;鄒曉暉.3-RPS 并聯(lián)機構(gòu)的新型驅(qū)動方式[J].裝備制造技術(shù),2016,No.264,143-145.
7 張蕾;韋攀東;李鵬飛;田麗.三指靈巧手抓取柔軟織物運動軌跡規(guī)劃[J].毛紡科技,2017,v.45;No.346,48-53.
8 陳禮安.DELTA 并聯(lián)機器人軌跡規(guī)劃及其在生產(chǎn)線上的分揀策略研究[C].深圳大學,2016.
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后 記
經(jīng)過兩個多月的努力，我論文的撰寫進入了尾聲。在這里，我要感謝陳磊老師對論文過程中的悉心指導，也對我在日后的發(fā)展方向上做出了悉心的指導。陳老師嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和樂觀的生活態(tài)度都深深的影響了我，使我終身受益。正是有了陳老師在學習和生活中的幫助和指導，才使我能夠順利的完成論文的撰寫工作。在此謹向我的導師陳磊導師致以最衷心的感謝!
最后感謝評閱論文的諸位導師在百忙中對我論文的指導!正是有了他們的寶貴意見和建議，才使我的畢業(yè)論文得以不斷完善。謹以此文獻給所有關(guān)懷和幫助我的人!
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