【摘 要】
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随着“中国制造2025”战略的不断推进和我国人口红利的逐渐消失,减少人工成本和加速仓储、物流智能化已经成为智慧工厂的发展方向。补货是仓储中心重要的一部分。它占用大量劳动力,效率却不能满足需求。因此机械臂代替人工进行补货已成为新的趋势。针对货架环境下机械臂补货系统的要求和难点,论文做了具体分析并设计了基于仓储货架的ROS（Robot Operating System）机械臂补货系统的解决方案。论文将
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“多维度智能群体网络的感知与协同优化研究（No.61672244）”； “武汉市教育局产学研立项项目:应用于智能机器人的ROS驱控一体系统研发（编号:CXY2020016）”（武汉精锋微控科技有限公司）；
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随着“中国制造2025”战略的不断推进和我国人口红利的逐渐消失,减少人工成本和加速仓储、物流智能化已经成为智慧工厂的发展方向。补货是仓储中心重要的一部分。它占用大量劳动力,效率却不能满足需求。因此机械臂代替人工进行补货已成为新的趋势。针对货架环境下机械臂补货系统的要求和难点,论文做了具体分析并设计了基于仓储货架的ROS（Robot Operating System）机械臂补货系统的解决方案。论文将基于仓储货架的ROS机械臂补货系统分为基于ROS机械臂的控制系统和基于数字孪生的机械臂规划系统。基于ROS机械臂的控制系统主要负责目标检测与精准控制机械臂。在其感知系统中,为了提高手眼标定的精度,提出了使用谱聚类算法筛选数据的方法。实验表明,将筛选出来的数据用于手眼标定计算,标定精度可提高13.51%。基于数字孪生的机械臂规划系统的主要任务是对轨迹进行规划和验证。考虑到路径最短和抓取风险最低这两个目标,轨迹规划问题被抽象为多目标优化的旅行商问题。论文提出了改进型NSGA-II（Nondominated Sorting Genetic Algorithm II）算法,得到满足条件的Pareto最优解集。在最优策略确定后,通过Gazebo在线仿真验证策略的可行性,最后由数据传输模块将其传递给物理世界。论文通过一组抓取实验,验证了基于ROS机械臂的控制系统的可行性与稳定性;设计了物理世界中机械臂跟随数字世界中机械臂模型的实验,实验表明传输模块是可行的、实时的;通过机械臂给货架补货的物理实验证明了整体方案的可行性与有效性。
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