雙機器人協(xié)調(diào)操作運動規(guī)劃及控制研究.pdf

1、隨著機器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，要求機器人所完成的任務(wù)越來越復(fù)雜，精度越來越高。在工業(yè)自動化和柔性生產(chǎn)中，存在這樣一些情況，比如，搬運較重和較大物體，跟蹤給定的軌跡，并且保持物體某種姿態(tài)，在這種情況下，如果采用兩個機器人協(xié)同搬運，則可能實現(xiàn)。機器人在自動化加工中應(yīng)用最多的是機器人拋光，具有回轉(zhuǎn)型自由曲面零件的拋光，靠單個機器人難以勝任，需要雙機器人(機器人和機器人或變位機)協(xié)調(diào)操作才能完成。針對以上機器人應(yīng)用中遇到的實際問題，

2、本文在對雙機器人協(xié)調(diào)運動規(guī)劃及控制基本理論進行系統(tǒng)的總結(jié)和分析基礎(chǔ)上，重點對雙機器人緊耦合協(xié)調(diào)運動規(guī)劃及控制，雙機器人協(xié)調(diào)完成復(fù)雜曲面拋光任務(wù)運動規(guī)劃等有關(guān)主要問題進行研究，主要完成了以下工作：雙機器人緊協(xié)調(diào)運動規(guī)劃時，為滿足雙機器人緊協(xié)調(diào)相對位姿約束，得出雙機器人緊協(xié)調(diào)運動位姿誤差模型，基于有界偏差關(guān)節(jié)路徑規(guī)劃法，給出一種雙機器人緊協(xié)調(diào)運動規(guī)劃方法，該方法將規(guī)劃分為物體位姿運動規(guī)劃和關(guān)節(jié)空間規(guī)劃兩步，物體位姿運動規(guī)劃包括物體位置插補和

3、物體姿態(tài)插補，采用四元數(shù)插補算法來解決兩物體姿態(tài)插補問題。關(guān)節(jié)空間規(guī)劃，通過增加設(shè)置點的過程來克服機器人正運動學(xué)非線性映射引起的偏差，從而滿足雙機器人在運動協(xié)調(diào)中所要求的位置姿態(tài)精度，完成兩機器人緊協(xié)調(diào)路徑規(guī)劃。 文中給出了一種雙/多機器人緊協(xié)調(diào)自適應(yīng)控制方法，由物體的參考模型和期望的運動軌跡，可以得到機器人運動軌跡，通過測量物體和機器人實際運動軌跡和速度，可以對物體和機器人動力學(xué)參數(shù)進行自適應(yīng)估計，所提出的方法不需要測量機器人

4、與物體間的接觸力，而且能實現(xiàn)對各個機器人的分散控制。文中同時給出一種無耦合內(nèi)力動載抓取規(guī)劃算法，該算法首先在物體空間規(guī)劃出機器人動載分配系數(shù)，然后在關(guān)節(jié)空間確定各機器人各個關(guān)節(jié)輸入力矩，仿真實例表明該算法簡單易行。 給出了一種基于遺傳算法雙機器人運動軌跡優(yōu)化方法，以最大加工速度即最小加工時間作為優(yōu)化目標，在機器人運動學(xué)約束和動力學(xué)約束下，對于給定的跟蹤軌跡，對兩個機器人相對基坐標位置以及兩個機器人的運動軌跡進行了優(yōu)化，通過兩個三

5、自由度平面機器人協(xié)調(diào)加工仿真實驗表明，采用雙機器人協(xié)調(diào)加工，對雙機器人運動軌跡進行優(yōu)化，可以明顯提高加工速度。 回轉(zhuǎn)型自由曲面是一種特殊的自由曲面，對這類特殊零件的拋光，靠單個機器人難以完成。針對這一問題，提出采用雙機器人協(xié)調(diào)操作來完成回轉(zhuǎn)型自由曲面拋光加工方法，雙機器人協(xié)調(diào)完成拋光加工時，首先需要確定物體坐標系中曲面的加工路徑，然后通過雙機器人協(xié)調(diào)條件確定兩個機器人加工路徑，最后生成兩個機器人控制指令。本文給出兩種拋光路徑生成

6、方法，一種是基于參數(shù)曲面的等距自適應(yīng)研拋精加工路徑規(guī)劃方法，該方法能使刀具軌跡應(yīng)盡量均勻分布在工件表面上。另一種是直接由CAD/CAM系統(tǒng)生成的刀位數(shù)據(jù)CL來規(guī)劃拋光路徑的方法，采用四元數(shù)插補(QI)算法對兩相鄰刀位點數(shù)據(jù)進行精插補和突變區(qū)域的刀軸矢量進行優(yōu)化，實現(xiàn)兩相鄰刀位點間刀軸矢量連續(xù)平滑過渡。在離線情況下，通過后置處理將刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為雙機器人加工路徑和運動控制指令，利用PC機、兩臺MotomanSV3工業(yè)機器人和XRC控制器等構(gòu)

7、建了雙機器人拋光實驗平臺，并利用這一實驗平臺對有關(guān)理論進行了實驗驗證。 由于運動學(xué)建模和控制誤差影響，在機器人拋光和雙機器人緊協(xié)調(diào)操作過程中，純位置控制可能使物體和機器人之間產(chǎn)生很大的接觸力，造成機器人及系統(tǒng)的損壞。本文采用一種位置/力修正補償控制的方法，將六維腕力傳感器與機器人位置控制相結(jié)合，組成力控制系統(tǒng)，腕力誤差信息則作為一種誤差修正量迭加到機器人的位置控制環(huán)上，論文通過對機器人拋光和雙機器人緊協(xié)調(diào)操作實驗，驗證了所給出控