双机器人玻璃掰片系统及作业规划方法研究

发布时间：2020-05-27 01:38

【摘要】：玻璃开料是玻璃深加工过程中首道加工工序。传统方式是利用金刚石砂轮在玻璃表面形成划痕,进而通过人工掰片实现分离,达到玻璃切割的目的。这一过程一方面依赖于人力实现掰片,另一方面也需要依赖于人的视觉判断,频繁进行掰片后玻璃的移动与避撞。正因如此,长期以来玻璃掰片自动化程度低,即便出现了回转式的自动掰片台,也因效率低而被市场弃用,严重阻碍了整线的自动化和智能化进程。随着机器人应用的普及,以智能化的机器人作为掰片工具替代人工成为可能。本文主要研究双机器人全自动化玻璃掰片系统,重点解决:1)满足下料排样方案和玻璃流片次序的掰片作业规划问题;2)双机器人协调掰片作业的避撞问题。首先,依据玻璃的断裂原理与开料工艺的特点,重点考虑玻璃掰开的“一刀切”约束、玻璃流片的指定次序和玻璃掰片的平面作业等工艺约束,提出双机器人玻璃掰片系统的总体设计方案,包括系统功能规划、机械结构与布局、双机器人协同运动控制方案、通讯方案与网络结构等。其次,针对掰片作业规划问题,构建了数学模型,并提出了掰片次序规则算法和缓存玻璃排布优化策略进行求解。基于待掰片玻璃“一刀切”的排样工艺约束,掰片次序算法以待掰片玻璃作为多叉树,“一刀切”排样结果作为分支节点,采用了基于递归结构和条件限制的多叉树深度优先搜索策略求解掰片次序;在掰片过程中,为适应多叉树搜索规则,设计“缓存区域”,并基于该区域掰片玻璃实时存储的特征,采用基于底左优先原则和最低水平线算法的排布策略对缓存玻璃进行排布。然后,研究了双机器人协调掰片作业的避撞问题,提出了双机协同作业避撞方法。通过建立基于机器人包围盒技术的碰撞检测模型,把机器人的空间碰撞问题转化为求解空间几何体间的距离问题;并提出了基于双机器人掰片作业空间的双机避让方法,从源头上避免双机运动发生碰撞,解决了双机器人掰片作业时的避撞问题。最后,通过仿真和实物集成测试,验证了系统的可行性和有效性。设计了带透明化监控功能的双机器人玻璃掰片上位机系统;搭建了仿真集成实验平台,验证了玻璃掰片作业规划方法对双机器人作业的指导作用;搭建了实物集成测试平台,验证了双机器人玻璃掰片系统的可行性和透明化监控的实时性。论文的研究工作能有效解决流片混乱问题,在一定程度上降低了掰片损耗,提高了掰片作业效率,推动了玻璃深加工产线的自动化与智能化。
【图文】：

双机器人协调

]；图 1-1 b）是 ABB 公司的双机器人鼠标装配工作站；图1-1 c）和图 1-1 d）分别是东南大学运用双机器人进行焊接和搬运实验。双、多机器人的协调运动作业是国际机器人技术中的热点研究课题。本文通过对双机器人的布局设计、双机器人基坐标系的标定、双机器人协调运动碰撞检测、双机器人轨迹规划四个方面的文献综述，来对双机器人协调运动的研究现状进行阐述。1.3.1.1 双机器人布局现状研究研究双机器人作业系统的基础是先解决双机器人的布局问题，但是目前国内外在布局方面的研究不多。在多机器人系统或者双机器人系统的研究中，许多研究者默认机器人已被放置完毕，但没有解释这样放置的具体原因。对于单机器人的布局研究，主要涉及一个机器人与多个外围设备之间或一个机器人与多个工作站之间的布局问题；对于双机器人的布局研究，不仅涉及机器人与外围设备的布局问题，还要考虑双机器人之间的干涉问题。双机器人完成任务的质量直接受布局的好坏影响，，因此，布局研究是双机器人作业系统研究中的重要组成部分之一，是建立双机器人系统的开端。要解决布局问题，就要结合机器人的自身特征、任务需求和运动中的

双工,机器人协调,机器人焊接,装配作业

a) ABB 双工业机器人焊接作业 b) ABB 双机器人装配作业图 1-2 双工业机器人协调作业Fig.1-2 Dual Industrial Robot Coordination Work
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP242

【参考文献】