雙機(jī)器人協(xié)調(diào)操作運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及控制研究.pdf

1、隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，要求機(jī)器人所完成的任務(wù)越來(lái)越復(fù)雜，精度越來(lái)越高。在工業(yè)自動(dòng)化和柔性生產(chǎn)中，存在這樣一些情況，比如，搬運(yùn)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(gè)機(jī)器人協(xié)同搬運(yùn)，則可能實(shí)現(xiàn)。機(jī)器人在自動(dòng)化加工中應(yīng)用最多的是機(jī)器人拋光，具有回轉(zhuǎn)型自由曲面零件的拋光，靠單個(gè)機(jī)器人難以勝任，需要雙機(jī)器人(機(jī)器人和機(jī)器人或變位機(jī))協(xié)調(diào)操作才能完成。針對(duì)以上機(jī)器人應(yīng)用中遇到的實(shí)際問(wèn)題，

2、本文在對(duì)雙機(jī)器人協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及控制基本理論進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)和分析基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)雙機(jī)器人緊耦合協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及控制，雙機(jī)器人協(xié)調(diào)完成復(fù)雜曲面拋光任務(wù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃等有關(guān)主要問(wèn)題進(jìn)行研究，主要完成了以下工作：雙機(jī)器人緊協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃時(shí)，為滿足雙機(jī)器人緊協(xié)調(diào)相對(duì)位姿約束，得出雙機(jī)器人緊協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)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(jī)器人緊協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，該方法將規(guī)劃分為物體位姿運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和關(guān)節(jié)空間規(guī)劃兩步，物體位姿運(yùn)動(dòng)規(guī)劃包括物體位置插補(bǔ)和

3、物體姿態(tài)插補(bǔ)，采用四元數(shù)插補(bǔ)算法來(lái)解決兩物體姿態(tài)插補(bǔ)問(wèn)題。關(guān)節(jié)空間規(guī)劃，通過(guò)增加設(shè)置點(diǎn)的過(guò)程來(lái)克服機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)非線性映射引起的偏差，從而滿足雙機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)中所要求的位置姿態(tài)精度，完成兩機(jī)器人緊協(xié)調(diào)路徑規(guī)劃。 文中給出了一種雙/多機(jī)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(yùn)動(dòng)軌跡，可以得到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)測(cè)量物體和機(jī)器人實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡和速度，可以對(duì)物體和機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)估計(jì)，所提出的方法不需要測(cè)量機(jī)器人

4、與物體間的接觸力，而且能實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)機(jī)器人的分散控制。文中同時(shí)給出一種無(wú)耦合內(nèi)力動(dòng)載抓取規(guī)劃算法，該算法首先在物體空間規(guī)劃出機(jī)器人動(dòng)載分配系數(shù)，然后在關(guān)節(jié)空間確定各機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)輸入力矩，仿真實(shí)例表明該算法簡(jiǎn)單易行。 給出了一種基于遺傳算法雙機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化方法，以最大加工速度即最小加工時(shí)間作為優(yōu)化目標(biāo)，在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)約束和動(dòng)力學(xué)約束下，對(duì)于給定的跟蹤軌跡，對(duì)兩個(gè)機(jī)器人相對(duì)基坐標(biāo)位置以及兩個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)兩個(gè)三

5、自由度平面機(jī)器人協(xié)調(diào)加工仿真實(shí)驗(yàn)表明，采用雙機(jī)器人協(xié)調(diào)加工，對(duì)雙機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)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(duì)這類特殊零件的拋光，靠單個(gè)機(jī)器人難以完成。針對(duì)這一問(wèn)題，提出采用雙機(jī)器人協(xié)調(diào)操作來(lái)完成回轉(zhuǎn)型自由曲面拋光加工方法，雙機(jī)器人協(xié)調(diào)完成拋光加工時(shí)，首先需要確定物體坐標(biāo)系中曲面的加工路徑，然后通過(guò)雙機(jī)器人協(xié)調(diào)條件確定兩個(gè)機(jī)器人加工路徑，最后生成兩個(gè)機(jī)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(lái)規(guī)劃拋光路徑的方法，采用四元數(shù)插補(bǔ)(QI)算法對(duì)兩相鄰刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行精插補(bǔ)和突變區(qū)域的刀軸矢量進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)兩相鄰刀位點(diǎn)間刀軸矢量連續(xù)平滑過(guò)渡。在離線情況下，通過(guò)后置處理將刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為雙機(jī)器人加工路徑和運(yùn)動(dòng)控制指令，利用PC機(jī)、兩臺(tái)MotomanSV3工業(yè)機(jī)器人和XRC控制器等構(gòu)

7、建了雙機(jī)器人拋光實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并利用這一實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)有關(guān)理論進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 由于運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和控制誤差影響，在機(jī)器人拋光和雙機(jī)器人緊協(xié)調(diào)操作過(guò)程中，純位置控制可能使物體和機(jī)器人之間產(chǎn)生很大的接觸力，造成機(jī)器人及系統(tǒng)的損壞。本文采用一種位置/力修正補(bǔ)償控制的方法，將六維腕力傳感器與機(jī)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(jī)器人的位置控制環(huán)上，論文通過(guò)對(duì)機(jī)器人拋光和雙機(jī)器人緊協(xié)調(diào)操作實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所給出控