双工业机器人协调避碰运动研究

发布时间：2018-01-10 05:22

本文关键词：双工业机器人协调避碰运动研究　出处：《东北电力大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着现代工业的发展,工业机器人需要解决越来越复杂的任务,单台工业机器人已经无法适应系统对于智能性以及系统柔顺性的要求。相比单台工业机器人,双机器人系统可以极大的缩短任务时间、提高作业效率、最大化作业空间的利用,以及拥有更加优越的载重能力和刚性性能。由于工作空间的重叠,双机器人在工作时有很大的可能互相影响甚至发生碰撞,威胁人身与财产的安全。因此双机器人系统规避碰撞风险,规划避碰路径成为安全作业的最大前提。为了解决双机器人系统在实际作业中存在的隐患,本文以双工业机器人协调系统为对象,对系统的碰撞检测与避碰规划问题进行了深入研究。首先针对双机器人松协调运动模型建立了D-H表,分析了空间中任意刚体运动同时推导出机器人工具末端空间运动微分方程,仔细分析了机器人工具末端姿态的变化与关节之间的转化,推导出6个关节之间的平移与旋转的传递矩阵,并针对运动学正逆过程进行求解,为后面运动学的研究奠定了基础理论的基石。其次对双机器人碰撞检测进行了研究。针对实体模型简化建模,选择了圆柱-半球包围盒模型,该模型具有包围程度良好、模型相对简单的特点,但其圆柱表面距离计算复杂。为解决该模型不足,本文利用内点惩罚函数算法,通过求解无约束问题来求解带有约束条件的非线性寻优,将立体空间中双机器人之间复杂的三维距离计算简化为二维空间中非线性寻优的问题,大大降低了计算的复杂程度与难度,并通过仿真实验验证了本算法的准确性与有效性。在完成两机器人之间最短距离算法的基础上,针对避碰成功率、任务完成所需时间、最短距离曲线震荡程度三个方面,本文通过实验改进后的到了一种优化的速度排斥场模型。在传统的速度排斥场模型的基础上,加入了三个可以通过操作人员人为控制来调节任务完成时间和振荡频率大小的参数,最终得到一个能满足以上所有条件的改进后速度排斥场模型,并考虑到实际操作中可能出现的突发情况,实验结果证明了速度排斥场改进模型的高效性与稳定性,达到了本文对双机器人协调避碰的期望。本文对双工业机器人协调系统的距离计算与避碰路径规划方面进行了深入的研究。利用基于内点惩罚函数法的最短距离计算算法精确地计算出两机器人之间最短距离,在此基础之上得出的改进后的速度排斥场模型也在完成避碰的前提下缩短任务时间提高效率并且减小最短距离曲线的震荡。
[Abstract]:With the development of modern industry , the industrial robot needs to solve the more and more complex tasks , and the single industrial robot has been unable to adapt to the demands of the system for intelligence and flexibility of the system .

【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

【参考文献】