工业机器人双机协作柔顺路径规划
发布时间：2021-04-06 14:26
工业机器人自发明以来已经发展为多学科技术融合的智能化自动化设备,被广泛应用于加工制造等行业。随着对生产力发展要求的提高,多机器人协作工作单元的应用研究凸显其重要性。本论文的研究对象是由两台共享工作空间的工业机器人组成的工作单元,并且每台机器人独立执行任务,在部分区域工作空间重叠。因此,为实现机器人安全稳定地运行需要进行无碰撞柔顺路径规划。针对双机器人路径规划是高维度规划问题,为实现其高效的路径规划,获得高质量、小曲率的柔顺路径,本论文基于启发式搜索算法进行以下方面的研究:平面搜索地图构建和地图搜索;启发式函数设计;基于优化原理的B样条曲线的路径柔顺。1.针对启发式搜索算法在三维空间路径规划效率低的不足,提出在三维空间中构建二维平面搜索地图,将工业机器人在三维空间中的路径规划降为二维平面的规划问题。同时为避免路径节点夹角为锐角的尖点,提出利用搜索角和搜索半径探索地图的方法,通过限制搜索角的范围减少规划时搜索结点数量。实验结果表明,所提出的地图构建和搜索方法使搜索结点数量减少,同时减少计算时间,并且路径中没有出现结点夹角为锐角的尖点。2.为实现无碰撞路径规划,采用球体扫掠体近似机器人连杆,...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
工业机器人在不同行业的应用在应用初期，工业机器人执行比如搬运、码垛等任务时，每台工业机器人通常被当
前提是在工作时不会发生碰撞，因此在规划过程中需要进行碰撞检测保证工作单元的安全。碰撞检测指的是在给定的时刻，判断不同物体所占据的空间是否发生重合，如图 1-2所示，在机器人系统中具体指检测机器人和障碍物是否会发生干涉。碰撞检测作为路径规划中的一个重要主题，在计算机图形学和机器人学中都有广泛的应用，吸引了很多研究者并取得了很多重要的成果[6], [7]，在这些方法中根据传感器使用情况主要可分为借助外部传感器和利用机器人本体信息两种类型。常用于碰撞检测的外部传感器有力/力矩传感器、带有深度信息的 3D 视觉相机、激光雷达等。OkkeeSim[8]等在机器人中安装力传感器，并通过测量碰撞时力的大小和方向计算碰撞接触点，通过采用反向移动的方式避免碰撞力增大。与直接使用外部力传感器不同的是，有些研究者通过采集关节处电机的电流值并和安全阈值比较，判断碰撞是否发生。这两种方法属于接触式的碰撞检测，能够较准确的计算碰撞时力的大小和碰撞的位置，但是它的局限性在于碰撞发生之后才能检测，并不能在碰撞前预测，因此仅适用
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文经过优化，并且算法是随机产生路径。基于采样路径规划算法典型代表有 RRT[24](rapidly-exploring random tree)和 PRM[25](probabilistic roadmap method)。两者的不同之处在于构建地图的方式不同，RRT 算法在每次采样之后将新的采样点连接到和它距离最近的点，而 PRM 得到的新采样点则是和某个区域内所有结点连接，如图 1-3 所示。因此，PRM构建的地图更复杂，在地图中搜索路径时需要花费更多的时间。为了改善采样法路径规划存在的路径非最优的缺点，RRT 在原来的基础上衍生出了 RRT*[26]、RRT-Connect[27]、RRG[28]等改进算法，与原始的 RRT 相比 RRT*在建立地图时对一定范围内的所有采样点进行重新优化连接使当前范围内连接最优，而 RRT-Connect 则是从起点和终点两个方向同时搜索直至两个方向的搜索交汇加快地图的搜索采样。它们的本质都是随机生成，不同的是在地图构建、结点连接方式等方面对原始的算法有所优化。
【参考文献】：
博士论文
[1]双机器人协调运动方法的研究[D]. 欧阳帆.华南理工大学 2013
本文编号：3121601
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
工业机器人在不同行业的应用在应用初期，工业机器人执行比如搬运、码垛等任务时，每台工业机器人通常被当
前提是在工作时不会发生碰撞，因此在规划过程中需要进行碰撞检测保证工作单元的安全。碰撞检测指的是在给定的时刻，判断不同物体所占据的空间是否发生重合，如图 1-2所示，在机器人系统中具体指检测机器人和障碍物是否会发生干涉。碰撞检测作为路径规划中的一个重要主题，在计算机图形学和机器人学中都有广泛的应用，吸引了很多研究者并取得了很多重要的成果[6], [7]，在这些方法中根据传感器使用情况主要可分为借助外部传感器和利用机器人本体信息两种类型。常用于碰撞检测的外部传感器有力/力矩传感器、带有深度信息的 3D 视觉相机、激光雷达等。OkkeeSim[8]等在机器人中安装力传感器，并通过测量碰撞时力的大小和方向计算碰撞接触点，通过采用反向移动的方式避免碰撞力增大。与直接使用外部力传感器不同的是，有些研究者通过采集关节处电机的电流值并和安全阈值比较，判断碰撞是否发生。这两种方法属于接触式的碰撞检测，能够较准确的计算碰撞时力的大小和碰撞的位置，但是它的局限性在于碰撞发生之后才能检测，并不能在碰撞前预测，因此仅适用
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文经过优化，并且算法是随机产生路径。基于采样路径规划算法典型代表有 RRT[24](rapidly-exploring random tree)和 PRM[25](probabilistic roadmap method)。两者的不同之处在于构建地图的方式不同，RRT 算法在每次采样之后将新的采样点连接到和它距离最近的点，而 PRM 得到的新采样点则是和某个区域内所有结点连接，如图 1-3 所示。因此，PRM构建的地图更复杂，在地图中搜索路径时需要花费更多的时间。为了改善采样法路径规划存在的路径非最优的缺点，RRT 在原来的基础上衍生出了 RRT*[26]、RRT-Connect[27]、RRG[28]等改进算法，与原始的 RRT 相比 RRT*在建立地图时对一定范围内的所有采样点进行重新优化连接使当前范围内连接最优，而 RRT-Connect 则是从起点和终点两个方向同时搜索直至两个方向的搜索交汇加快地图的搜索采样。它们的本质都是随机生成，不同的是在地图构建、结点连接方式等方面对原始的算法有所优化。
【参考文献】：
博士论文
[1]双机器人协调运动方法的研究[D]. 欧阳帆.华南理工大学 2013
本文编号：3121601
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