基于有限狀態(tài)機(jī)的煤礦輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載自動(dòng)化控制研究

王雯，吳娟，金書(shū)奎，邱建都

(1.太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山西太原 030024；2.礦山流體控制國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，山西太原 030024)

0 前言

煤礦運(yùn)輸分為主運(yùn)輸和輔助運(yùn)輸[1]。輔助運(yùn)輸承擔(dān)著人員、設(shè)備和材料等運(yùn)輸?shù)闹匾蝿?wù)。我國(guó)西部部分礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造異常復(fù)雜，巷道斷面為10～15 m2，采煤工作面推進(jìn)長(zhǎng)度短，一般為400～600 m，一個(gè)采區(qū)每年搬家倒面3-4次，輔助運(yùn)輸線路隨工作地點(diǎn)延伸或遷移頻繁。巷道運(yùn)輸路線錯(cuò)綜復(fù)雜、變坡及拐彎多，輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)多，單軌吊車與礦用平板車間轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)的自動(dòng)化水平仍不夠完善，需人工手動(dòng)操作完成起吊轉(zhuǎn)載作業(yè)，耗時(shí)耗力，安全性不高，嚴(yán)重制約了煤礦輔助運(yùn)輸智能化發(fā)展。

為實(shí)現(xiàn)煤礦輔助運(yùn)輸智能化，2019年1月國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局發(fā)布的《煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》明確提出：重點(diǎn)研發(fā)煤礦運(yùn)輸類機(jī)器人(無(wú)人駕駛運(yùn)輸車、搬運(yùn)機(jī)器人等)。

陳楊陽(yáng)等[4]提出我國(guó)煤礦運(yùn)輸機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)，闡述了機(jī)械臂類、清理類、無(wú)人車等機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景，初步判斷這3類方向是煤礦運(yùn)輸機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)。

本文作者提出一種采用煤礦輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載機(jī)器人實(shí)現(xiàn)容器自動(dòng)化轉(zhuǎn)載的控制方案，重點(diǎn)研究輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載機(jī)器人在轉(zhuǎn)載過(guò)程中各子系統(tǒng)(單軌吊車、轉(zhuǎn)載機(jī)械臂、平板車、鎖具)協(xié)同工作的運(yùn)動(dòng)控制策略，最后借助機(jī)器人操作系統(tǒng)(Robot Operating System，ROS)進(jìn)行轉(zhuǎn)載仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而驗(yàn)證該方法的合理性。

1 輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載機(jī)器人概述

為提高輔助運(yùn)輸效率和安全性，文中提出采用輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載機(jī)器人協(xié)助工人完成轉(zhuǎn)載工作，如圖1所示，轉(zhuǎn)載機(jī)器人主要包括單軌吊車、機(jī)械臂、平板車、轉(zhuǎn)載容器和鎖具。鎖具安裝在平板車車板四角位置，與轉(zhuǎn)載容器角座位置相對(duì)應(yīng)。單軌吊車沿著巷道頂部固定的軌道運(yùn)動(dòng)，機(jī)械臂底座安裝在單軌吊車的車廂頂部，機(jī)械臂抓取轉(zhuǎn)載容器，將裝有不同物料的轉(zhuǎn)載容器搬運(yùn)至單軌吊車上，實(shí)現(xiàn)物料的裝載。單軌吊車到達(dá)指定位置后由機(jī)械臂將裝有物料的轉(zhuǎn)載容器放置在平板車上，實(shí)現(xiàn)物料的轉(zhuǎn)載。

圖1 轉(zhuǎn)載機(jī)器人

2 輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 轉(zhuǎn)載控制系統(tǒng)方案

輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載控制主要是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載過(guò)程中單軌吊車、轉(zhuǎn)載機(jī)械臂、鎖具和平板車之間的協(xié)同工作，保證轉(zhuǎn)載的每一環(huán)節(jié)都能順利完成。文中給出的轉(zhuǎn)載控制實(shí)施方案如下：首先工人通過(guò)上位機(jī)監(jiān)控單軌吊車和平板車的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其到達(dá)指定的轉(zhuǎn)載點(diǎn)位置時(shí)，輸入指令控制單軌吊車和平板車停止運(yùn)動(dòng)。接著工人輸入轉(zhuǎn)載指令，系統(tǒng)切換到機(jī)械臂工作模式，機(jī)械臂先回初始位置，自檢成功后通過(guò)機(jī)器視覺(jué)算法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載容器的種類及坐標(biāo)位置的檢測(cè)，當(dāng)容器的種類符合轉(zhuǎn)載要求時(shí)，平板車上的鎖具解鎖，機(jī)械臂開(kāi)始抓取，實(shí)時(shí)根據(jù)容器當(dāng)前在機(jī)械臂坐標(biāo)系下的位姿計(jì)算機(jī)械臂各關(guān)節(jié)角度和夾爪開(kāi)度，將數(shù)據(jù)發(fā)送至PLC控制器，驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)載容器的抓取，抓取成功后將轉(zhuǎn)載容器放置在平板車上，機(jī)械臂重新回到初始位置。最后工人輸入平板車運(yùn)動(dòng)指令，系統(tǒng)切換到平板車工作模式，鎖具上鎖后，平板車開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，至此完成了容器的轉(zhuǎn)載工作。

根據(jù)上述轉(zhuǎn)載控制實(shí)施方案，文中設(shè)計(jì)了輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載控制系統(tǒng)框架，分為上中下3層，分別為上位機(jī)監(jiān)控層、核心算法層和轉(zhuǎn)載驅(qū)動(dòng)層，如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)載控制系統(tǒng)框架

上層為上位機(jī)監(jiān)控層，由PC機(jī)和工業(yè)路由器組成。PC機(jī)和工控機(jī)接入煤礦井上和井下由工業(yè)路由器建立的局域網(wǎng)中，在PC機(jī)上運(yùn)行輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載控制相關(guān)軟件，軟件功能主要包括單軌吊車的調(diào)度、轉(zhuǎn)載現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控、人工轉(zhuǎn)載控制和平板車的調(diào)度等。

中層是轉(zhuǎn)載控制核心算法層，其硬件主要由工控機(jī)和工業(yè)攝像頭組成。工業(yè)攝像頭采集轉(zhuǎn)載容器圖像數(shù)據(jù)，工控機(jī)內(nèi)部對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)運(yùn)行目標(biāo)檢測(cè)、識(shí)別和定位算法得到容器種類數(shù)據(jù)和容器位姿數(shù)據(jù)。將容器種類和位姿數(shù)據(jù)打包，通過(guò)機(jī)械臂抓取參數(shù)估計(jì)獲得機(jī)械臂各關(guān)節(jié)角度、機(jī)械臂夾爪姿態(tài)和夾爪開(kāi)度等數(shù)據(jù)，經(jīng)LAN網(wǎng)發(fā)送至轉(zhuǎn)載驅(qū)動(dòng)層。

下層為轉(zhuǎn)載驅(qū)動(dòng)層，通過(guò)防爆PLC控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)單軌吊車、轉(zhuǎn)載機(jī)械臂、鎖具和平板車的控制，所有控制程序燒錄到防爆PLC控制器內(nèi)，根據(jù)上層下達(dá)的控制指令統(tǒng)一執(zhí)行。

基于轉(zhuǎn)載控制系統(tǒng)框架，選用合適的硬件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載控制的自動(dòng)化，文中主要對(duì)機(jī)械臂和鎖具控制的硬件連接進(jìn)行研究。轉(zhuǎn)載機(jī)械臂的底座關(guān)節(jié)和末端夾爪姿態(tài)調(diào)整關(guān)節(jié)都采用液壓馬達(dá)作為關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源，剩余的連桿關(guān)節(jié)采用液壓缸作為關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)源，夾爪開(kāi)度控制采用液壓缸作為驅(qū)動(dòng)源。鎖具鎖桿旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鎖頭轉(zhuǎn)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)源采用扭轉(zhuǎn)油缸，配合防松油缸使得鎖頭能夠固定在指定旋轉(zhuǎn)角度。

控制系統(tǒng)硬件連接如圖3所示，控制臺(tái)A為防爆計(jì)算機(jī)，輸入指令可人工控制轉(zhuǎn)載過(guò)程，且人工控制優(yōu)先于其他通信控制。鎖具控制和轉(zhuǎn)載機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制分別采用獨(dú)立PLC控制器，鎖具控制采用2個(gè)二位二通電磁閥分別控制鎖頭旋轉(zhuǎn)和鎖緊。轉(zhuǎn)載機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制采用3個(gè)三位四通換向閥分別控制機(jī)械臂底座旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和兩連桿旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂末端在XY平面上的調(diào)整；采用1個(gè)三位四通換向閥控制末端旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂末端夾具姿態(tài)的調(diào)整；采用1個(gè)三位四通換向閥控制夾緊油缸，實(shí)現(xiàn)夾爪開(kāi)度的調(diào)整。2個(gè)PLC控制器分別接收各自執(zhí)行端反饋的信號(hào)，通過(guò)PID算法對(duì)實(shí)際裝載過(guò)程中產(chǎn)生的偏差進(jìn)行調(diào)整。

圖3 輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載控制硬件連接示意

工業(yè)攝像頭通過(guò)USB接口連接工控機(jī)，其采集的圖像數(shù)據(jù)作為工控機(jī)內(nèi)部核心算法的輸入，PLC控制器E在接收到工控機(jī)計(jì)算得到的轉(zhuǎn)載容器位姿、機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度、夾爪的開(kāi)度等數(shù)據(jù)后，開(kāi)啟油泵2，驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)電磁閥工作，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載機(jī)械臂抓取的控制。PLC控制器B在接收轉(zhuǎn)載機(jī)械臂抓取狀態(tài)信號(hào)后，開(kāi)啟油泵1，當(dāng)機(jī)械臂從平板車上抓取轉(zhuǎn)載容器時(shí)，PLC控制器B關(guān)閉防松電磁閥，使得鎖頭可以相對(duì)于鎖具底座轉(zhuǎn)動(dòng)，打開(kāi)扭鎖電磁閥，將鎖頭旋轉(zhuǎn)90°，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載容器與平板車解鎖。當(dāng)機(jī)械臂把轉(zhuǎn)載容器放置在平板車上后，PLC控制器B打開(kāi)扭鎖電磁閥，將鎖頭再次旋轉(zhuǎn)90°，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載容器與平板車上鎖固定，打開(kāi)防松電磁閥，將鎖頭固定在當(dāng)前角度，防止鎖頭意外旋轉(zhuǎn)使得容器與平板車固定失效。兩PLC控制器互為冗余，與工控機(jī)、本地WiFi基站間通過(guò)LAN線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，采用備用電源應(yīng)急，保證了輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載控制的安全性能。

2.2 輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載控制系統(tǒng)模型建立

煤礦輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載需要單軌吊車、平板車、鎖具、轉(zhuǎn)載機(jī)器人之間協(xié)同工作，各個(gè)子系統(tǒng)之間不是相互獨(dú)立運(yùn)行的，其運(yùn)行的時(shí)間和順序需要一個(gè)總的控制系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，文中以此為基礎(chǔ)建立了輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載控制系統(tǒng)模型，如圖4所示。

圖4 煤礦輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載控制系統(tǒng)模型

該模型主要包括一個(gè)系統(tǒng)任務(wù)切換狀態(tài)機(jī)、機(jī)械臂抓取控制子系統(tǒng)、平板車運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)、鎖具運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)和單軌吊車運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)。其中系統(tǒng)任務(wù)切換狀態(tài)機(jī)根據(jù)輸入的用戶指令結(jié)合各個(gè)子系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，對(duì)下一步的工作做出判斷。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)切換到機(jī)械臂抓取控制子系統(tǒng)時(shí)，用戶可以手動(dòng)輸入機(jī)械臂4個(gè)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度和夾爪開(kāi)度來(lái)控制機(jī)械臂完成轉(zhuǎn)載；也可使機(jī)械臂根據(jù)傳入的圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)載容器目標(biāo)檢測(cè)、圖像處理和機(jī)械臂抓取參數(shù)估計(jì)后自主獲得機(jī)械臂各關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度和夾爪開(kāi)度信息，完成容器的轉(zhuǎn)載。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)切換到鎖具控制子系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)用戶輸入的指令和機(jī)械臂抓取的狀態(tài)完成鎖具的解鎖和上鎖。

文中通過(guò)系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)協(xié)同工作，使得輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載能夠安全進(jìn)行，圖5所示為文中設(shè)計(jì)的輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載任務(wù)切換狀態(tài)機(jī)，主要包括初始化狀態(tài)、單股吊車運(yùn)動(dòng)控制狀態(tài)、平板車運(yùn)動(dòng)控制狀態(tài)和機(jī)械臂抓取控制狀態(tài)四部分。

圖5 煤礦輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)

圖6所示為初始化狀態(tài)的詳細(xì)框圖，系統(tǒng)進(jìn)入初始化狀態(tài)后，各個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)位全部停止，使得系統(tǒng)在一個(gè)安全的狀態(tài)下運(yùn)行。

圖6 初始化狀態(tài)框圖

圖7所示為從初始化狀態(tài)切換到單軌吊車運(yùn)動(dòng)控制狀態(tài)的詳細(xì)框圖。系統(tǒng)完成初始化后，通過(guò)輸入用戶指令單軌吊車運(yùn)動(dòng)，在判斷機(jī)械臂是否處于回中位狀態(tài)后，觸發(fā)狀態(tài)切換，系統(tǒng)由初始化狀態(tài)切換到單軌吊車運(yùn)動(dòng)控制狀態(tài)，在該控制狀態(tài)下又包含單軌吊運(yùn)動(dòng)和停止2個(gè)子模塊。當(dāng)進(jìn)入單軌吊車控制子系統(tǒng)后，首先使單軌吊車控制開(kāi)啟，通過(guò)用戶輸入指令使得單軌吊車運(yùn)動(dòng)控制關(guān)閉或返回到開(kāi)啟狀態(tài)。

圖7 單軌吊車運(yùn)動(dòng)控制狀態(tài)框圖

圖8所示為從初始化狀態(tài)切換到平板車運(yùn)動(dòng)控制狀態(tài)的詳細(xì)框圖，由于和單軌吊車運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程相似，文中不再進(jìn)行說(shuō)明。

圖8 平板車運(yùn)動(dòng)控制狀態(tài)框圖

圖9所示為機(jī)械臂抓取控制狀態(tài)框圖，將機(jī)械臂抓取控制狀態(tài)分為回中位、開(kāi)始抓取和結(jié)束抓取3個(gè)環(huán)節(jié)。首次進(jìn)入機(jī)械臂抓取控制狀態(tài)，機(jī)械臂先回到中位，如果機(jī)械臂當(dāng)前的狀態(tài)為已經(jīng)回到中位，則進(jìn)入機(jī)械臂開(kāi)始抓取狀態(tài)，同時(shí)使得鎖具控制狀態(tài)位解鎖；此時(shí)若抓取成功，則進(jìn)入結(jié)束抓取狀態(tài)，若用戶輸入指令結(jié)束機(jī)械臂抓取，則機(jī)械臂又重新回到中位，當(dāng)接收到控制其他子系統(tǒng)的用戶指令后，進(jìn)入對(duì)應(yīng)的子系統(tǒng)狀態(tài)。

圖9 機(jī)械臂抓取控制狀態(tài)框圖

3 輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載控制系統(tǒng)仿真

3.1 系統(tǒng)信號(hào)列表建立

系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)和各子系統(tǒng)間工作控制都是通過(guò)信號(hào)傳遞實(shí)現(xiàn)的，文中把系統(tǒng)中傳遞的信號(hào)分為用戶指令信號(hào)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反饋信號(hào)和控制位信號(hào)三大類，具體信號(hào)內(nèi)容如表1所示。

3.2 轉(zhuǎn)載控制系統(tǒng)仿真分析

將需要輸入的用戶指令信號(hào)和傳感器信號(hào)寫入Signal Builder子模塊中，觸發(fā)狀態(tài)機(jī)協(xié)調(diào)各個(gè)子系統(tǒng)工作。圖10所示為建立的轉(zhuǎn)載控制系統(tǒng)仿真環(huán)境。

圖10 轉(zhuǎn)載控制系統(tǒng)仿真環(huán)境

在Signal Builder子模塊中模擬用戶輸入自動(dòng)轉(zhuǎn)載指令，系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)根據(jù)當(dāng)前各子系統(tǒng)狀態(tài)反饋類信號(hào)和用戶指令信號(hào)對(duì)輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載進(jìn)行控制，其輸入和輸出的信號(hào)時(shí)序如圖11所示。

圖11 輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載控制時(shí)序

用戶輸入自動(dòng)轉(zhuǎn)載指令后，系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)判斷平板車和單軌吊車都處于靜止?fàn)顟B(tài)，機(jī)械臂控制位置1，機(jī)械臂抓取子系統(tǒng)狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)行，機(jī)械臂反饋狀態(tài)為開(kāi)始抓取，此時(shí)鎖具控制位置1。鎖具開(kāi)鎖完成后，機(jī)械臂進(jìn)行轉(zhuǎn)載容器的抓取，機(jī)械臂的反饋狀態(tài)為抓取中，當(dāng)用戶觀測(cè)到機(jī)械臂反饋狀態(tài)為完成抓取時(shí)，輸入終止轉(zhuǎn)載指令，此時(shí)機(jī)械臂控制位置0，機(jī)械臂由完成抓取狀態(tài)進(jìn)入回中位狀態(tài)，機(jī)械臂反饋狀態(tài)位回中位后，鎖具控制位置0，鎖具上鎖。用戶輸入平板車運(yùn)動(dòng)指令，平板車控制位置1，平板車反饋狀態(tài)為開(kāi)始運(yùn)動(dòng)后，用戶輸入單軌吊車運(yùn)動(dòng)指令，單軌吊車控制位置1，單軌吊車反饋狀態(tài)為開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，至此容器的自動(dòng)轉(zhuǎn)載工作已完成。

在系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)的協(xié)同控制下，嚴(yán)格把控各子系統(tǒng)工作順序和時(shí)間，避免由于系統(tǒng)工作時(shí)序混亂引發(fā)的轉(zhuǎn)載安全事故。

4 機(jī)械臂抓取實(shí)驗(yàn)

在ROS中建立了轉(zhuǎn)載機(jī)械臂抓取仿真環(huán)境，工業(yè)相機(jī)安裝在兩指夾爪上端，加載Gazebo仿真環(huán)境，機(jī)械臂前端放置一張實(shí)驗(yàn)桌，桌子上散亂擺放著不同類別轉(zhuǎn)載容器和抓取后放置的箱子，如圖12所示。將該機(jī)械臂接入系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)，在外部模擬平板車、單軌吊、鎖具的狀態(tài)信號(hào)。通過(guò)系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)控制機(jī)械臂完成容器的抓取和搬運(yùn)。

圖12 機(jī)械臂實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

在機(jī)械臂抓取控制子系統(tǒng)中包括了機(jī)械臂完成抓取所需要的目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)位姿獲取和抓取放置相關(guān)算法，啟動(dòng)機(jī)械臂抓取控制子系統(tǒng)，機(jī)械臂回到程序設(shè)定的初始位置。此時(shí)，工業(yè)相機(jī)與桌面平行，工業(yè)相機(jī)獲取轉(zhuǎn)載容器圖像信息并輸入到事先訓(xùn)練好的模型，輸出識(shí)別到的容器檢測(cè)結(jié)果和對(duì)應(yīng)的三維空間位姿。將準(zhǔn)備抓取的容器位姿輸入到抓取參數(shù)估計(jì)算法中，輸出置信度最優(yōu)的夾爪旋轉(zhuǎn)角度和夾爪抓取寬度，然后打包成消息發(fā)送給機(jī)械臂控制節(jié)點(diǎn)。機(jī)械臂接收到目標(biāo)抓取容器信息后，夾爪中心運(yùn)動(dòng)到模型輸出的最優(yōu)抓取點(diǎn)位置，然后閉合夾爪實(shí)施抓取，夾取容器后機(jī)械臂重新回到初始位置，運(yùn)動(dòng)規(guī)劃到平板車上方并松開(kāi)夾爪，容器放置到箱子后，機(jī)械臂重新回到初始位置準(zhǔn)備下次抓取。在抓取過(guò)程中，機(jī)械臂時(shí)刻向系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)反饋當(dāng)前的工作狀態(tài)。機(jī)械臂抓取過(guò)程如圖13所示。

圖13 機(jī)械臂抓取過(guò)程

一次成功抓取的標(biāo)準(zhǔn)為機(jī)械臂抓取容器到箱子上方的整個(gè)過(guò)程中不出現(xiàn)掉落，以該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)轉(zhuǎn)載容器進(jìn)行20次抓取實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

表2 抓取實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可以看出：在Gazebo環(huán)境中機(jī)械臂抓取物體的成功率可以達(dá)到80%以上，由于夾爪閉合時(shí)，物體和夾爪會(huì)產(chǎn)生碰撞和摩擦，可能會(huì)造成“空抓”現(xiàn)象。

5 結(jié)論

文中主要對(duì)輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載自動(dòng)化控制系統(tǒng)展開(kāi)研究。首先概述了輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載機(jī)器人的組成及工作原理；然后設(shè)計(jì)了輔助運(yùn)輸轉(zhuǎn)載控制系統(tǒng)框架，并在此框架基礎(chǔ)上建立了轉(zhuǎn)載控制系統(tǒng)模型，在MATLAB中搭建了轉(zhuǎn)載控制系統(tǒng)模型的仿真環(huán)境，生成系統(tǒng)信號(hào)列表，對(duì)自動(dòng)轉(zhuǎn)載控制過(guò)程進(jìn)行仿真分析；最后在ROS中建立了轉(zhuǎn)載機(jī)械臂抓取仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，將Gazebo中的機(jī)械臂接入系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)，在外部模擬平板車、單軌吊、鎖具的狀態(tài)信號(hào)，通過(guò)系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)控制機(jī)械臂完成容器的抓取和搬運(yùn)。在Gazebo中仿真轉(zhuǎn)載容器抓取實(shí)驗(yàn)，不同位置下抓取的成功率均在80%以上。