自主轴孔装配机器人路径规划及力控制研究

发布时间：2021-01-05 00:22

　　装配作为产品制造过程中不可或缺的一个环节,也是最耗费人力的一个环节,但现有装配机器人都存在智能化程度较低,适应性差,效率低等不足,提升装配机器人的智能化程度,对我国实现“中国制造2025”具有重要意义。本文以传统的工业机械臂为基础,围绕路径规划、柔顺力控制、控制系统等展开研究,为实现机器人的自主轴孔装配打下基础。1.装配机器人的路径规划。从抓取工件到达预装位置,需要机器人根据工作空间环境,自主地规划无碰撞路径。首先,在考虑到计算机运算能力的前提下,选用随机生成树RRT算法作为基础,并对其贪婪生长、收敛速度慢等缺点进行改进。通过加入目标引力函数,使得算法平均时间由原来的1.16s减少到0.3s左右;其次,考虑到机器人的连杆约束问题,将障碍物统一地映射到机器人的关节空间,在关节空间中,利用改进后的RRT算法进行路径规划,并对规划的路径进行剪枝和平滑处理,使其更加符合机器人的运动学要求;最后,利用Matlab中机器人工具箱搭建机器人的仿真模型,对规划的路径进行仿真,从而证明了该方法在机器人上应用的可行性和有效性。并对其进行实验,将RRT算法在线生成的关节路径通过测控系统下发到运动控制器,通过... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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1 绪论
    1.1 引言
    1.2 研究意义与背景
    1.3 机器人路径规划研究现状
    1.4 机器人柔顺控制研究现状
    1.5 研究内容与论文结构框架
    1.6 本章小结
2 装配机器人的路径规划与仿真
    2.1 引言
    2.2 基本RRT算法与仿真分析
        2.2.1 随机树的扩展阶段
        2.2.2 路径生成阶段
        2.2.3 算法的仿真
    2.3 结合人工势场法的RRT改进算法
    2.4 装配机器人关节空间的路径规划
        2.4.1 关节空间下的障碍物的映射
        2.4.2 规划路径的剪枝
        2.4.3 规划路径的平滑
        2.4.4 C空间下的路径规划
    2.5 装配机器人路径规划仿真
        2.5.1 基于Matlab的仿真平台搭建
        2.5.2 仿真平台下的路径规划
    2.6 本章小结
3 装配过程分析及力控制
    3.1 引言
    3.2 基于力传感器的轴孔相对位姿估计
        3.2.1 轴孔相对位姿分析
        3.2.2 三点接触下的轴孔状态分析
        3.2.3 轴孔相对位姿的确定
        3.2.4 摩擦系数的估计
    3.3 装配机器人的力控制
        3.3.1 Kalman滤波
        3.3.2 阻抗控制
        3.3.3 模糊阻抗控制
    3.4 力控制仿真实验
        3.4.1 基于Simulink的仿真平台搭建
        3.4.2 仿真实验过程及结果分析
    3.5 本章小结
4 装配机器人测控系统的开发
    4.1 引言
    4.2 装配机器人测控系统的总体设计
        4.2.1 装配机器人需求分析
        4.2.2 装配机器人控制功能模块及系统结构
        4.2.3 装配机器人测控系统主流程
    4.3 装配机器人软硬件平台
        4.3.1 装配机器人硬件平台
        4.3.2 装配机器人软件平台
    4.4 装配机器人测控系统功能模块的开发
        4.4.1 力传感器模块
        4.4.2 基于TCP/IP的上下位机数据交互模块
    4.5 本章小结
5 装配机器人路径规划实验
    5.1 引言
    5.2 机器人路径规划实验
        5.2.1 实验平台搭建
        5.2.2 路径规划实验方案
        5.2.3 路径规划实验过程及结果分析
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献



本文编号：2957640