冗余双臂工业机器人轨迹规划研究

发布时间：2020-07-01 16:14

【摘要】：随着机械、电子、自动化、计算机等学科先进技术的进步,冗余双臂工业机器人作为一种自动化和智能化程度较高的拟人机器人,能够满足工业机器人工作任务环境日趋复杂、任务要求和效率的不断提高的发展趋势,因此轨迹规划和协调操作成为了研究的重点,针对冗余双臂工业机器人进行轨迹规划研究具有重要意义。本课题针对冗余双臂工业机器人轨迹规划问题展开研究,在机器人运动学和动力学理论建模的基础上,提出一种以时间、能量、冲击为目标的多目标机械臂轨迹优化算法,并结合双臂动态协调轴孔装配算法进行仿真试验,通过建立虚拟样机仿真验证了理论研究的正确性和有效性。本文的主要研究内容如下:1基于Matlab Robotic Toolbox工具箱建立了机械臂连杆模型,验证了运动学建模的正确性,采用五次多项式插值法在工具箱中完成了机械臂基础的轨迹规划及仿真;使用Matlab Robotics System Toolbox工具箱建立了机械臂刚体树模型,采用工具箱中的逆解算法完成了冗余七自由度机械臂运动学逆解求解。2针对机械臂的轨迹规划问题,使用了五次B样条曲线建立机械臂关节轨迹与各阶导矢,建立了以时间、能量和冲击为目标的多目标优化函数,在此基础上使用了非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对机械臂进行了多目标优化,根据适应度函数在Pareto解集中选取了最优解,通过与时间最优算法结果相比较,该算法可以在减少运动时间的同时减小其能量消耗和冲击。3针对双臂系统协调操作问题,建立了双臂机器人动态轴孔协调装配运动学方程,针对轴孔装配问题构建了一种双臂协调操作解决方案,并在Matlab中对任务各阶段进行了数值仿真分析,得到了两臂末端的协调操作运动轨迹。4通过SolidWorks建立了冗余双臂工业机器人的三维模型,并导入到ADAMS中建立了机器人的虚拟样机;在ADAMS中使用虚拟样机对机器人的理论模型、优化算法和协调操作算法进行了运动仿真对比,并对协调操作轨迹进行了多目标优化,验证了理论模型、优化算法与协调操作算法的正确性和可靠性。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242.2
【图文】：

西安理工大学工程硕士专业学位论文1.2 国内外双臂机器人发展概述1.2.1 国外双臂机器人发展概述随着机器人技术的飞速发展，国外双臂机器人最早于上世纪九十年代开始研发与造，已开始逐渐应用于制造业和服务业【6】，近些年来众多工业机器人生产制造商已经开出多款仿人双臂机器人和样机。2015 年，ABB（Asea Brown Boveri）集团在汉诺威工业博览会上推出了人机协作器人产品【7】YuMi 双臂机器人，如图 1-1，该机器人是一款适用于小件装配的双臂机器人配备柔性机械臂、视觉系统，在生产环境中可以与人协作完成工作任务，实现人与机器的最大化资源利用，YuMi 的每个手臂有七个自由度，重复定位精度达到 0.02mm，工范围为 500mm。

西安理工大学工程硕士专业学位论文1.2 国内外双臂机器人发展概述1.2.1 国外双臂机器人发展概述随着机器人技术的飞速发展，国外双臂机器人最早于上世纪九十年代开始研发与造，已开始逐渐应用于制造业和服务业【6】，近些年来众多工业机器人生产制造商已经开出多款仿人双臂机器人和样机。2015 年，ABB（Asea Brown Boveri）集团在汉诺威工业博览会上推出了人机协作器人产品【7】YuMi 双臂机器人，如图 1-1，该机器人是一款适用于小件装配的双臂机器人配备柔性机械臂、视觉系统，在生产环境中可以与人协作完成工作任务，实现人与机器的最大化资源利用，YuMi 的每个手臂有七个自由度，重复定位精度达到 0.02mm，工范围为 500mm。

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本文编号：2736992