平面冗余度機(jī)器人系統(tǒng)軌跡規(guī)劃及運(yùn)動(dòng)控制方法研究.pdf

1、近年來(lái)，3C產(chǎn)品的發(fā)展更加趨向于小型化，這使得其裝配作業(yè)愈加復(fù)雜化，傳統(tǒng)的人工流水線裝配形式完成此類作業(yè)將會(huì)極大的提高人工作業(yè)的工作強(qiáng)度。為了提升裝配效率，降低工作強(qiáng)度，提高產(chǎn)品裝配質(zhì)量，許多代工廠商引入了SCARA和Delta等工業(yè)機(jī)器人，作為人工流水線裝配作業(yè)的輔助性裝備，但對(duì)于此類輔助人工作業(yè)的機(jī)器人系統(tǒng)，安全性是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。結(jié)合國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“面向3C產(chǎn)品裝配與包裝的智能工業(yè)機(jī)器人和自動(dòng)化生產(chǎn)線研發(fā)”項(xiàng)目課題，研制

2、了一種平面3R冗余度機(jī)器人系統(tǒng)，可以針對(duì)作業(yè)區(qū)域內(nèi)的障礙物進(jìn)行回避，并且可以對(duì)其進(jìn)行力控制，進(jìn)一步保障協(xié)作者的安全。
　　首先，針對(duì)3C裝配領(lǐng)域，擬定了機(jī)器人設(shè)計(jì)指標(biāo)和要求，并研制了一種高速平面3R冗余度機(jī)器人，提出了一種通過(guò)將驅(qū)動(dòng)單元集中布置，從而減小高速運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)慣量的傳動(dòng)方案。根據(jù)機(jī)器人作業(yè)需求，通過(guò)計(jì)算完成了伺服電機(jī)、減速機(jī)的選型工作，并基于Solidworks完成了機(jī)器人的三維建模，針對(duì)機(jī)器人連桿部分進(jìn)行了有限元分

3、析。
　　然后，針對(duì)裝配作業(yè)空間狹小的特點(diǎn)，提出避障避奇異路徑規(guī)劃方法用于提升機(jī)器人在狹小空間內(nèi)的靈活性。首先對(duì)上述設(shè)計(jì)的平面3R冗余度機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，并對(duì)機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了仿真，在MATLAB環(huán)境下對(duì)機(jī)器人工作空間進(jìn)行分析。從實(shí)時(shí)性出發(fā)，提出一種改進(jìn)的最小距離計(jì)算方法，利用冗余度機(jī)器人零空間自運(yùn)動(dòng)特性實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的回避，并采用DLS法對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了避障避奇異協(xié)同優(yōu)化。
　　隨后，為保證人機(jī)協(xié)作完成裝配的安全

4、性以及提升裝配質(zhì)量，對(duì)機(jī)器人力控制策略進(jìn)行研究。首先，采用最基本的阻抗控制策略，通過(guò)調(diào)整阻抗參數(shù)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。為改進(jìn)上述算法對(duì)于不確定環(huán)境的穩(wěn)定性，基于上述控制方法，引入在線環(huán)境參數(shù)辨識(shí)算法，通過(guò)實(shí)時(shí)辨識(shí)外部環(huán)境剛度對(duì)其進(jìn)行修正。為進(jìn)一步提升人機(jī)協(xié)作的安全性，基于上述算法加入自適應(yīng)控制策略，提升了機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性，并對(duì)算法進(jìn)行了仿真分析。
　　最后，建立平面3R冗余度機(jī)器人控制系統(tǒng)。采用上位機(jī)、多軸運(yùn)動(dòng)控制器控制器兩級(jí)