工业机器人协同运动控制技术的研究与实现
发布时间：2021-07-15 13:02
汽车、电子设备、航空航天等制造业的快速发展,对作为制造业典型智能装备的工业机器人的工作模式提出了更高的要求。多工业机器人协同工作方式在变姿态弧焊、大工件搬运以及协作装配等许多应用场景能够完成单机器人无法胜任的工作。本文由此对工业机器人协同运动控制技术进行了深入的研究。针对协同运动控制中多个运动单元的闭环运动链问题,首先对包括机器人和变位机在内的单个运动单元进行了运动学建模,在分析了多个运动单元间运动形式及其约束的基础上,提出了基于主从关系的机器人协同系统的运动学建模方案。为了获取协同系统模型中主从运动单元相对位置关系,提出了适用于变位机基坐标系标定的关节轴线法和适用于机器人基坐标系标定的三点“握手”法,并推导出了主从协同正逆变换公式。为了实现协同运动控制,设计了协同运动插补算法和同步运动插补算法。针对协同插补算法中协同轨迹平滑性的问题,提出了基于Bezier样条的协同轨迹过渡方法。针对协同插补算法中多机器人速度同步规划的问题,提出了适用于变位机与机器人的基于扩展联动轴的同步速度规划方法,以及适用于机器人与机器人的基于扩展分组的同步速度规划方法。在梯形速度规划的基础上,对多机器人同步速度...
【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】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
接触式标定
基坐标系相对位置关系。接触式标定，根据待标定的机器人是否直接接触，分为辅助工作台法和握手法。侯仰强[18]使用辅助工作台作为“公共靶”，先利用单机器人工件坐标系标定分别求出两台机器人相对“公共靶”的空间位置关系，再利用坐标变换算出两台机器人间基坐标系之间的关系，这种方法需要分别对每个机器人进行一次三点标定，操作繁琐，且每一步操作都会引入误差。T.C.Hsia 博士[19]利用机器人末端方形夹具进行机器人握手，这种方法要求末端两块方形板接触面完全重合，实际操作难度很大；Yalou Huang[20]使用已知尺寸的轴孔配合夹具来进行握手，这种方法降低了完全面接触的困难，但示教起来仍有一定困难；甘亚辉[21]博士利用机器人末端针状夹具，进行空间四点握手来建立基坐标系关系，但四点要求是正三菱锥，操作起来比较困难；HuajianDeng 等[20]利用空间三次握手建立了基坐标系的关系，这种方法只要求三点不共线即可，操作起来相对容易。吴潮华[17]利用并利用基于空间投影的 2 点握手法进行标定，但其有个重要前提是机器人在公共世界坐标系的投影关系已知，这个前提并不适合本文的情况。
人的同步；多控制器则需要由专门的通信线路来进行机器人间的同步。单控制器同步控制方面，ABB 提供 MultiMove 功能，支持在一台控制器中利用两个程序的同步执行来实现两个机器人的同步运动；FANUC 则提供 CoordinatedMotion 功能，利用 1 个程序同时控制多台机器人，每条运动控制指令控制多台机器人同步或协同运行。多控制器同步控制方面，KUKA 的 RobotTeam 功能可以实现多机器人的同步控制；Yassine Bouteraa 等[40]人设计了主从模式下多从机的通信结构；吴潮华[17]利用新松机器人公司提供的离线编程接口库实现两个机器人的同步控制，其中两个机器人间的通信由 PLC 实现；毕志强[41]利用离线编程软件，采用 8 轴联动的方式实现了机器人与变位机的协同运动控制，也通过 IO 通信的方式实现了两台机器人的协同运动控制；Krused 等[42]利用 TCP/IP 实现了三台工控机间的通信，完成对两台机器人的集成控制；向勇等[43]在研究协同双机器人协同钻铆时通过 Ethercat(TCP/IP)进行系统和机器人之间信息的同步，但存在通信延时的问题。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国工业机器人技术现状及产业化发展研究[J]. 张岳甫. 中国高新技术企业. 2017(03)
[2]基于双机器人协调焊接标定算法[J]. 侯仰强,王天琪,李亮玉,岳建锋,刘晓辉. 焊接学报. 2017(02)
[3]双机器人钻铆系统协同控制与基坐标系标定技术[J]. 向勇,田威,洪鹏,李大伟. 航空制造技术. 2016(16)
[4]多机器人系统协同作业技术发展近况与前景[J]. 周东健,张兴国,李成浩. 机电技术. 2013(06)
[5]基于多空间机器人系统的非合作目标联合定位技术[J]. 翟光,张景瑞,张尧. 机器人. 2013(02)
[6]多机械臂协调控制研究综述[J]. 甘亚辉,戴先中. 控制与决策. 2013(03)
[7]多机器人协作系统轨迹约束关系分析及示教方法[J]. 孟石,戴先中,甘亚辉. 机器人. 2012(05)
[8]典型安装方式的协作机器人基坐标系标定方法[J]. 董东辉,戴先中,甘亚辉. 工业控制计算机. 2012(07)
[9]基于四元数的坐标旋转与插值方法研究[J]. 刘爱东,黄彬,卢中武. 计算机与现代化. 2012(02)
[10]基于五次多项式过渡的机器人轨迹规划的研究[J]. 陈伟华,张铁,崔敏其. 煤矿机械. 2011(12)
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
[2]异构多机器人系统协同技术研究[D]. 刘亚波.浙江大学 2011
硕士论文
[1]双工业机器人协调运动控制技术研究[D]. 姚桐兴.华中科技大学 2017
[2]基于四元数的工业机器人姿态规划与插补算法的研究[D]. 谢文雅.华中科技大学 2017
[3]工业机器人多通道协同控制技术研发[D]. 杜宝森.华中科技大学 2015
[4]多机器人协作焊接系统的算法研究与仿真实现[D]. 张曦.东南大学 2015
[5]多工业机器人基座标系标定及协同作业研究与实现[D]. 吴潮华.浙江大学 2015
[6]工业机器人协调运动规划与研究[D]. 毕志强.华南理工大学 2014
[7]双工业机器人协调技术的研究[D]. 于广东.哈尔滨工业大学 2014
[8]多移动机器人的协同控制平台设计与局部控制算法研究[D]. 王铭.浙江工业大学 2013
[9]弧焊机器人控制技术的研究与实现[D]. 熊烁.华中科技大学 2012
本文编号：3285757
【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】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
接触式标定
基坐标系相对位置关系。接触式标定，根据待标定的机器人是否直接接触，分为辅助工作台法和握手法。侯仰强[18]使用辅助工作台作为“公共靶”，先利用单机器人工件坐标系标定分别求出两台机器人相对“公共靶”的空间位置关系，再利用坐标变换算出两台机器人间基坐标系之间的关系，这种方法需要分别对每个机器人进行一次三点标定，操作繁琐，且每一步操作都会引入误差。T.C.Hsia 博士[19]利用机器人末端方形夹具进行机器人握手，这种方法要求末端两块方形板接触面完全重合，实际操作难度很大；Yalou Huang[20]使用已知尺寸的轴孔配合夹具来进行握手，这种方法降低了完全面接触的困难，但示教起来仍有一定困难；甘亚辉[21]博士利用机器人末端针状夹具，进行空间四点握手来建立基坐标系关系，但四点要求是正三菱锥，操作起来比较困难；HuajianDeng 等[20]利用空间三次握手建立了基坐标系的关系，这种方法只要求三点不共线即可，操作起来相对容易。吴潮华[17]利用并利用基于空间投影的 2 点握手法进行标定，但其有个重要前提是机器人在公共世界坐标系的投影关系已知，这个前提并不适合本文的情况。
人的同步；多控制器则需要由专门的通信线路来进行机器人间的同步。单控制器同步控制方面，ABB 提供 MultiMove 功能，支持在一台控制器中利用两个程序的同步执行来实现两个机器人的同步运动；FANUC 则提供 CoordinatedMotion 功能，利用 1 个程序同时控制多台机器人，每条运动控制指令控制多台机器人同步或协同运行。多控制器同步控制方面，KUKA 的 RobotTeam 功能可以实现多机器人的同步控制；Yassine Bouteraa 等[40]人设计了主从模式下多从机的通信结构；吴潮华[17]利用新松机器人公司提供的离线编程接口库实现两个机器人的同步控制，其中两个机器人间的通信由 PLC 实现；毕志强[41]利用离线编程软件，采用 8 轴联动的方式实现了机器人与变位机的协同运动控制，也通过 IO 通信的方式实现了两台机器人的协同运动控制；Krused 等[42]利用 TCP/IP 实现了三台工控机间的通信，完成对两台机器人的集成控制；向勇等[43]在研究协同双机器人协同钻铆时通过 Ethercat(TCP/IP)进行系统和机器人之间信息的同步，但存在通信延时的问题。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国工业机器人技术现状及产业化发展研究[J]. 张岳甫. 中国高新技术企业. 2017(03)
[2]基于双机器人协调焊接标定算法[J]. 侯仰强,王天琪,李亮玉,岳建锋,刘晓辉. 焊接学报. 2017(02)
[3]双机器人钻铆系统协同控制与基坐标系标定技术[J]. 向勇,田威,洪鹏,李大伟. 航空制造技术. 2016(16)
[4]多机器人系统协同作业技术发展近况与前景[J]. 周东健,张兴国,李成浩. 机电技术. 2013(06)
[5]基于多空间机器人系统的非合作目标联合定位技术[J]. 翟光,张景瑞,张尧. 机器人. 2013(02)
[6]多机械臂协调控制研究综述[J]. 甘亚辉,戴先中. 控制与决策. 2013(03)
[7]多机器人协作系统轨迹约束关系分析及示教方法[J]. 孟石,戴先中,甘亚辉. 机器人. 2012(05)
[8]典型安装方式的协作机器人基坐标系标定方法[J]. 董东辉,戴先中,甘亚辉. 工业控制计算机. 2012(07)
[9]基于四元数的坐标旋转与插值方法研究[J]. 刘爱东,黄彬,卢中武. 计算机与现代化. 2012(02)
[10]基于五次多项式过渡的机器人轨迹规划的研究[J]. 陈伟华,张铁,崔敏其. 煤矿机械. 2011(12)
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
[2]异构多机器人系统协同技术研究[D]. 刘亚波.浙江大学 2011
硕士论文
[1]双工业机器人协调运动控制技术研究[D]. 姚桐兴.华中科技大学 2017
[2]基于四元数的工业机器人姿态规划与插补算法的研究[D]. 谢文雅.华中科技大学 2017
[3]工业机器人多通道协同控制技术研发[D]. 杜宝森.华中科技大学 2015
[4]多机器人协作焊接系统的算法研究与仿真实现[D]. 张曦.东南大学 2015
[5]多工业机器人基座标系标定及协同作业研究与实现[D]. 吴潮华.浙江大学 2015
[6]工业机器人协调运动规划与研究[D]. 毕志强.华南理工大学 2014
[7]双工业机器人协调技术的研究[D]. 于广东.哈尔滨工业大学 2014
[8]多移动机器人的协同控制平台设计与局部控制算法研究[D]. 王铭.浙江工业大学 2013
[9]弧焊机器人控制技术的研究与实现[D]. 熊烁.华中科技大学 2012
本文编号：3285757
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