面向人机协作的工业机器人外力检测研究与实现
发布时间：2021-02-28 12:10
随着《中国制造2025》规划的正式颁布,“智能制造”将成为未来制造业的发展趋势。在传统制造模式中,工业机器人被广泛用于重复性高、工作空间严格与人隔离的场景中,而伴随制造业中某些生产场景需要同时利用机器人的重复性好、人类的灵活度高的双重特征优势时,人机协作制造模式应运而生,吸引了全世界机器人技术领域学者的极大兴趣。在人机协作制造研究中,人机安全的保障问题是重中之重,及时检测人机协作中意外碰撞力进而加以控制对人机安全具有重要的意义。本文针对提升工业机器人外力检测实时性需求,提出一种基于动力学模型的实时外力检测方法;同时,为克服静态阈值外力检测的错误预警率偏高缺陷,提出一种自适应阈值的动态外力检测算法,主要研究内容如下:（1）基于动力学模型的工业机器人外力检测研究。在机器人控制器与上位机之间实时通信基础上,建立机器人动力学线性模型,设计优化的关节激励轨迹,并通过采集实验数据实现动力学参数估计,进而将建立的动力学模型应用于工业机器人外力检测方法中,通过搭建实验平台验证,表明参数辨识结果在实验条件下具有较高准确度,并且提出的方法能实现面向人机协作的工业机器人实时外力检测功能。（2）基于自适应阈值...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题研究背景、目的及意义
1.3 相关领域国内外研究现状
1.3.1 人机协作中的安全研究现状
1.3.2 工业机器人外力检测研究现状
1.3.3 机器人动力学参数辨识研究现状
1.4 本文的主要研究内容和组织结构
1.4.1 本文研究的主要内容
1.4.2 本文结构安排
第2章 基于动力学模型的工业机器人外力检测
2.1 基于动力学模型的工业机器人外力检测框架
2.2 工业机器人动力学模型及参数辨识
2.2.1 机器人动力学建模
2.2.2 参数辨识方法与激励轨迹优化
2.2.3 实验数据采集
2.2.4 参数辨识实验结果与分析
2.3 基于动力学模型的工业机器人外力检测方法
2.3.1 基于动力学模型的外力检测的实现
2.3.2 基于动力学模型的外力检测实验与分析
2.4 本章小结
第3章 基于自适应阈值的工业机器人外力检测
3.1 自适应阈值的外力检测算法设计原理
3.1.1 工业机器人力矩残差动力学建模
3.1.2 算法设计原理分析
3.2 基于自适应阈值的外力检测算法设计
3.2.1 基于自适应阈值的外力检测系统框架
3.2.2 力矩残差高通滤波设计
3.2.3 动态阈值合成设计
3.2.4 残差比较策略设计
3.3 自适应阈值的外力检测算法实现
3.3.1 算法实现过程
3.3.2 基于自适应阈值的外力检测实验与分析
3.4 本章小结
第4章 工业机器人外力检测与安全控制系统的设计与实现
4.1 系统设计
4.1.1 系统总体设计
4.1.2 工业机器人导纳控制方法设计
4.1.3 系统运行环境描述
4.2 系统实现
4.2.1 基于动力学模型的外力矩计算模块
4.2.2 自适应阈值外力检测模块
4.2.3 机器人导纳控制模块
4.2.4 系统运行结果分析
4.3 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 全文工作总结
5.2 未来工作展望
致谢
参考文献
附录 研究生期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]从数字制造到智能制造的关键技术途径研究[J]. 谭建荣,刘达新,刘振宇,程锦. 中国工程科学. 2017(03)
[2]几种新兴智能制造模式研究评述[J]. 周佳军,姚锡凡,刘敏,张剑铭,陶韬. 计算机集成制造系统. 2017(03)
[3]KUKA工业机器人位姿测量与在线误差补偿[J]. 史晓佳,张福民,曲兴华,刘柏灵,王俊龙. 机械工程学报. 2017(08)
[4]数字孪生车间——一种未来车间运行新模式[J]. 陶飞,张萌,程江峰,戚庆林. 计算机集成制造系统. 2017(01)
[5]基于动量偏差观测器的机器人碰撞检测算法[J]. 吴海彬,李实懿,吴国魁. 电机与控制学报. 2015(05)
[6]一种工业机器人动力学参数的辨识方法[J]. 丁亚东,陈柏,吴洪涛,申浩宇. 华南理工大学学报(自然科学版). 2015(03)
[7]基于连接组合体方法的关节机器人动力学参数辨识[J]. 耿令波,陈柏,吴洪涛. 中国机械工程. 2014(05)
[8]基于腕力传感器的机器人操作臂惯性参数辨识方法[J]. 陈恩伟,刘正士,干方建. 机器人. 2006(02)
[9]机器人操作器惯性参数的计算[J]. 孙昌国,马香峰,谭吉林. 机器人. 1990(02)
博士论文
[1]基于多维力传感器的机器人动态特性若干问题的研究[D]. 干方建.合肥工业大学 2003
硕士论文
[1]工业机器人的碰撞辨识与安全控制[D]. 吴国魁.福州大学 2014
[2]工业机器人动力学参数辨识方法研究[D]. 耿令波.南京航空航天大学 2013
本文编号：3055833
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题研究背景、目的及意义
1.3 相关领域国内外研究现状
1.3.1 人机协作中的安全研究现状
1.3.2 工业机器人外力检测研究现状
1.3.3 机器人动力学参数辨识研究现状
1.4 本文的主要研究内容和组织结构
1.4.1 本文研究的主要内容
1.4.2 本文结构安排
第2章 基于动力学模型的工业机器人外力检测
2.1 基于动力学模型的工业机器人外力检测框架
2.2 工业机器人动力学模型及参数辨识
2.2.1 机器人动力学建模
2.2.2 参数辨识方法与激励轨迹优化
2.2.3 实验数据采集
2.2.4 参数辨识实验结果与分析
2.3 基于动力学模型的工业机器人外力检测方法
2.3.1 基于动力学模型的外力检测的实现
2.3.2 基于动力学模型的外力检测实验与分析
2.4 本章小结
第3章 基于自适应阈值的工业机器人外力检测
3.1 自适应阈值的外力检测算法设计原理
3.1.1 工业机器人力矩残差动力学建模
3.1.2 算法设计原理分析
3.2 基于自适应阈值的外力检测算法设计
3.2.1 基于自适应阈值的外力检测系统框架
3.2.2 力矩残差高通滤波设计
3.2.3 动态阈值合成设计
3.2.4 残差比较策略设计
3.3 自适应阈值的外力检测算法实现
3.3.1 算法实现过程
3.3.2 基于自适应阈值的外力检测实验与分析
3.4 本章小结
第4章 工业机器人外力检测与安全控制系统的设计与实现
4.1 系统设计
4.1.1 系统总体设计
4.1.2 工业机器人导纳控制方法设计
4.1.3 系统运行环境描述
4.2 系统实现
4.2.1 基于动力学模型的外力矩计算模块
4.2.2 自适应阈值外力检测模块
4.2.3 机器人导纳控制模块
4.2.4 系统运行结果分析
4.3 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 全文工作总结
5.2 未来工作展望
致谢
参考文献
附录 研究生期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]从数字制造到智能制造的关键技术途径研究[J]. 谭建荣,刘达新,刘振宇,程锦. 中国工程科学. 2017(03)
[2]几种新兴智能制造模式研究评述[J]. 周佳军,姚锡凡,刘敏,张剑铭,陶韬. 计算机集成制造系统. 2017(03)
[3]KUKA工业机器人位姿测量与在线误差补偿[J]. 史晓佳,张福民,曲兴华,刘柏灵,王俊龙. 机械工程学报. 2017(08)
[4]数字孪生车间——一种未来车间运行新模式[J]. 陶飞,张萌,程江峰,戚庆林. 计算机集成制造系统. 2017(01)
[5]基于动量偏差观测器的机器人碰撞检测算法[J]. 吴海彬,李实懿,吴国魁. 电机与控制学报. 2015(05)
[6]一种工业机器人动力学参数的辨识方法[J]. 丁亚东,陈柏,吴洪涛,申浩宇. 华南理工大学学报(自然科学版). 2015(03)
[7]基于连接组合体方法的关节机器人动力学参数辨识[J]. 耿令波,陈柏,吴洪涛. 中国机械工程. 2014(05)
[8]基于腕力传感器的机器人操作臂惯性参数辨识方法[J]. 陈恩伟,刘正士,干方建. 机器人. 2006(02)
[9]机器人操作器惯性参数的计算[J]. 孙昌国,马香峰,谭吉林. 机器人. 1990(02)
博士论文
[1]基于多维力传感器的机器人动态特性若干问题的研究[D]. 干方建.合肥工业大学 2003
硕士论文
[1]工业机器人的碰撞辨识与安全控制[D]. 吴国魁.福州大学 2014
[2]工业机器人动力学参数辨识方法研究[D]. 耿令波.南京航空航天大学 2013
本文编号：3055833
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