摘要:为了使新型工业码垛机器人抓手的位置和速度变化曲线具有光滑、顺畅的特性，且相关轨迹的运动计算量小，本文基于该机器人“取一放”操作的特性，在考虑机器人抓手位置、速度和加速度约束的基础上．采用“4-3-4”法对机器人单程运动进行了科学合理的轨迹规划。首先将整段轨迹分为三段．再采用不同低阶多项式对各轨迹段进行插补，且利用Matlab对计算数据生成了轨迹图像，为机器人控制系统的进一步研究打下一定的基础，以实现流畅、连续、稳定自动码放货物的要求。
0 引言
工业码垛机器人是典型的现代化工业机器人，作为自动化领域的一门新兴技术，近年来在自动化生产线、物流等领域得到广泛应用，对企业提高生产效率、降低运营成本、优化作业布局、改善劳动条件具有重要意义。工业码垛机器人要在作业空间准确完成给定任务，其末端执行器(抓手)的运动轨迹必须准确、稳定。为得到光滑、平稳、无噪声的抓手轨迹且使其运动计算量低，本文将对新型工业码垛机器人(见图1)的单程轨迹采用“4—3—4”法进行轨迹规划。
图1 新型工业码垛机器人机械实体
1 新型工业码垛机器人机械结构分析
新型工业码垛机器人的核心结构是基于平衡吊原理的七杆机构(见图2)，其手臂部分采用平行四连杆机构，采用这种机构的优点之一是使机器人具有相互独立的自由度。该机器人主体机构的优点在于，无论机器人空载，还是负载，在工作范围内的任何位置都可以随意停下并保持静止不动，即达到随遇平衡状态。。。机器人装置的四台电机分别负责抓手绕基座垂直轴的转动、径向水平直线运动、垂直运动和绕抓手转轴的转动，各运动可相互独立，这就使机器人的控制变得更加容易且高效，同时也使得机器人的轨迹规划相对简化起来。
图2 新型工业码垛机器人机械结构示意图
2 新型工业码垛机器人运动学分析
在图3所示新型工业码垛机器人运动分析示意图中，基于平行四连杆机构的平面运动H，设坐标系XOY随机器人基座一起旋转，在虚线位置时FO点与坐标原点重合。当水平电机驱动滑块正方向移动、垂直电机驱动滑块正方向移动Y时，机器人抓手的运动将呈现如下规律:
图3 新型工业码垛机器人运动分析示意图
3．1“4—3—4”轨迹规划法
工业机器人自由度大于3时，运动参数确定并不唯一且比较难于计算，基于新型工业码垛机器人作业过程中的“取一放”操作情况，采用“4—3—4”三段轨迹法进行规划将特别有效。当在初始点位置机器人抓取物体时，其抓手应沿物体支撑台表面的垂直方向离开，以避免抓手与支撑面相碰撞。在初始点的正上方，距初始点一段距离定义一离开位置θ(t)。同样，为了控制抓手接近目标位置，防止碰撞，在目标位置的正上方定义一个卸下位置θ(t)。
因为在每个轨迹段都需要确定N个关节的轨迹，故引入一个规范化的时间变量t∈【0，1】，即t=·72=r一f(tr为第i个轨迹段末段的实际7_一7l一1时间；t为通过第i个轨迹段的实际持续时间。)
(1)t=0(该轨迹段的初始位置)
(2)t=1(该轨迹段的终点位置)
(2)t=1(放下位置)
即X=Cl，(时间问隔t都是正值，则C～总是存在的)。
3.2 码垛过程分析及规划轨迹生成
新型工业码垛机器人的码垛作业流程如图4所示。
图4新型工业码垛机器人码垛作业流程
利用matlab绘出各段位置、速度和加速度曲线分别如图5、图6、图7所示，同时将各段曲线连接得出整段轨迹曲线如图8所示
图5第一段轨迹曲线
图6第二段轨迹曲线
图7第三段轨迹曲线
图8整段轨迹曲线
由于存在细小的计算误差，图中曲线未能呈现出完美的平滑性，但不影响码垛作业的流畅性和连续性。码垛作业的返程轨迹类似，规划规划方法完全相同，在此不再赘述。4结束语
本文介绍了新型工业码垛机器人的机械结构，推导了其运动学分析方程，对机器人码垛过程进行了轨迹规划。基于码垛机器人“取一放”操作的特性，采用“4—3—4”规划法将整段轨迹分为三段，分别用不同低阶多项式对各个行进段进行插补，从而得到了光滑平稳元噪声的轨迹且运动计算量少，并利用Matlab生成了相应图像。本文对新型工业码垛机器人轨迹规划的研究，为机器人控制系统的进一步开发打下一定的基础，以实现流畅、连续、稳定自动码放货物的要求。