雙機器人協(xié)調(diào)操作運動規(guī)劃及控制研究.pdf

1、隨著機器人技術的發(fā)展和應用領域的不斷擴大，要求機器人所完成的任務越來越復雜，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用最多的是機器人拋光，具有回轉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)的總結和分析基礎上，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)完成復雜曲面拋光任務運動規(guī)劃等有關主要問題進行研究，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。關節(jié)空間規(guī)劃，通過增加設置點的過程來克服機器人正運動學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參數(shù)進行自適應估計，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)，然后在關節(jié)空間確定各機器人各個關節(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，在機器人運動學約束和動力學約束下，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)曲面的等距自適應研拋精加工路徑規(guī)劃方法，該方法能使刀具軌跡應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

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理論進行了實驗驗證。 由于運動學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