人机协作拆卸序列规划方法研究
发布时间：2021-12-17 23:17
拆卸是实现产品维修、再制造和资源回收再利用的关键步骤,对于缓解废旧产品造成的环境资源问题,发展绿色制造与可持续制造具有重要意义。人机协作拆卸指拆卸人员与拆卸机器人在协作工作空间内,结合两者的拆卸能力优势,共同完成拆卸任务的过程,针对手工拆卸中存在的人工劳动强度大、人力成本高与机器人自动化拆卸中存在的灵活性、扩展性不足等问题提供了有效的解决方案。在拆卸任务开始前,进行拆卸序列规划是提高拆卸效率,降低拆卸成本与环境影响的首要途径。因此进行人机协作拆卸序列规划方法研究具有重要的理论价值与实际意义。本文结合人与机器人各自的拆卸能力特点,对人机协作拆卸序列规划问题进行深入研究,主要工作如下:（1）对人机协作拆卸问题进行分析与描述,构建人机协作拆卸信息模型。首先针对传统干涉矩阵的不足,结合拆卸稳定性,提出改进的产品拆卸信息模型,优化拆卸信息的表达,并对零件可拆卸性的判断规则进行定义。然后基于对人与机器人各自拆卸能力的分析,定义三种零件类型,并结合拆卸过程的必需信息建立零件拆卸信息模型。（2）对比人机协作拆卸序列与普通并行拆卸序列的不同,对人机协作拆卸序列的生成策略进行研究,在确定零件拆卸顺序的同时...
【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】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
产品全生命周期
人机协作拆卸的目的是将人与机器人的拆卸能力优势相结合，相互协作以填补手工拆卸与自动化拆卸的不足。实现这一目标需要为拆卸人员与拆卸机器人规划可行的拆卸序列，并基于两者的拆卸能力特点进行合理的任务分配。因此首先需要面向拆卸任务建立人机协作拆卸信息模型，对拆卸序列规划所需的信息进行分析与表达，为合理可行的人机协作拆卸序列的生成与评价提供信息支持。2.1 人机协作拆卸问题描述人机协作拆卸过程如图 2-1 所示，拆卸人员与拆卸机器人在协作工作空间中，按照人机协作拆卸序列，在相应的信息物理系统和相关技术的支持下共同完成拆卸任务。普通的拆卸序列规划方法不适应于求解人机协作拆卸序列规划（Human-Robot Collaborative Disassembly Sequence Planning, HRC-DSP）问题，因为人机协作拆卸相较于手工拆卸与自动化拆卸存在以下不同：拆卸机器人视觉传感器
15图 2-2 人机协作拆卸系统框架图任务层：任务层负责拆卸任务的建模，依据实际的拆卸任务建立人机协作拆卸信息模型。一方面，拆卸序列规划问题由于零件间的优先约束关系是一个具有强约束条件的优化问题，无法按任意顺序移除零件。为了保证拆卸序列的可行性，在通过 CAD 间隙分析法、投影干涉检测法或人机交互方式输入等方法基于产品的装配信息、CAD 模型及实际物理结构获取零件间的优先约束信息之后，建立产品的拆卸信息模型。另一方面，废旧产品的拆卸任务可以分解为各零件的子拆卸任务，为了依据每个零部件不同的拆卸操作要求进行合理的任务分配，最大化人与机器人各自的拆卸能力优势，对每个零件的拆卸任务进行分析，建立零件拆卸信息模型。最后结合实际的优化目标，时间、资源等约束条件，完成人机协作拆卸信息模型构建，为求解最优拆卸序列奠定基础。规划层：规划层即求解最优人机协作拆卸序列的优化过程，其中涉及可行
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双高斯过程的协作机器人自适应策略[J]. 陈友东,郭佳鑫,刘嘉蕾,陶永. 计算机集成制造系统. 2017(09)
[2]基于模糊AHP–灰色关联TOPSIS的拆解方案评估研究[J]. 田广东,张洪浩,王丹琦. 机械工程学报. 2017(05)
[3]一种面向拆卸稳定性的产品拆卸序列规划方法[J]. 王伏林,吴博,胡仲勋,龚志辉,张金飞. 机械科学与技术. 2016(12)
[4]人机协作下的机械臂轨迹生成与修正方法[J]. 刘维惠,陈殿生,张立志. 机器人. 2016(04)
[5]基于改进干涉矩阵的机械产品拆卸序列规划[J]. 邹长武,邓益民,王根华. 机械设计与研究. 2016(02)
[6]一种基于混合模糊模型的新型并行拆卸设计方法(英文)[J]. Zhi-feng ZHANG,Yi-xiong FENG,Jian-rong TAN,Wei-qiang JIA,Guo-dong YI. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2015(09)
[7]支持复杂产品并行拆卸序列规划的遗传算法[J]. 张秀芬,蔚刚,王磊,萨日娜. 计算机辅助设计与图形学学报. 2015(07)
[8]基于联接元的复杂产品拆卸模型构建方法[J]. 张秀芬,胡志勇,蔚刚,裴承慧. 机械工程学报. 2014(09)
[9]基于收益概率的不确定环境下的产品拆卸序列优化[J]. 陈弋文,陈伟达. 计算机集成制造系统. 2014(04)
[10]一种基于运动规划的选择拆卸序列规划技术[J]. 赵柏萱,刘检华,宁汝新,刘佳顺. 机械工程学报. 2014(07)
博士论文
[1]拆卸序列规划问题的建模与求解方法研究[D]. 夏凯.华中科技大学 2016
[2]蜜蜂算法研究与应用[D]. 谢涌泉.武汉理工大学 2015
本文编号：3541143
【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】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
产品全生命周期
人机协作拆卸的目的是将人与机器人的拆卸能力优势相结合，相互协作以填补手工拆卸与自动化拆卸的不足。实现这一目标需要为拆卸人员与拆卸机器人规划可行的拆卸序列，并基于两者的拆卸能力特点进行合理的任务分配。因此首先需要面向拆卸任务建立人机协作拆卸信息模型，对拆卸序列规划所需的信息进行分析与表达，为合理可行的人机协作拆卸序列的生成与评价提供信息支持。2.1 人机协作拆卸问题描述人机协作拆卸过程如图 2-1 所示，拆卸人员与拆卸机器人在协作工作空间中，按照人机协作拆卸序列，在相应的信息物理系统和相关技术的支持下共同完成拆卸任务。普通的拆卸序列规划方法不适应于求解人机协作拆卸序列规划（Human-Robot Collaborative Disassembly Sequence Planning, HRC-DSP）问题，因为人机协作拆卸相较于手工拆卸与自动化拆卸存在以下不同：拆卸机器人视觉传感器
15图 2-2 人机协作拆卸系统框架图任务层：任务层负责拆卸任务的建模，依据实际的拆卸任务建立人机协作拆卸信息模型。一方面，拆卸序列规划问题由于零件间的优先约束关系是一个具有强约束条件的优化问题，无法按任意顺序移除零件。为了保证拆卸序列的可行性，在通过 CAD 间隙分析法、投影干涉检测法或人机交互方式输入等方法基于产品的装配信息、CAD 模型及实际物理结构获取零件间的优先约束信息之后，建立产品的拆卸信息模型。另一方面，废旧产品的拆卸任务可以分解为各零件的子拆卸任务，为了依据每个零部件不同的拆卸操作要求进行合理的任务分配，最大化人与机器人各自的拆卸能力优势，对每个零件的拆卸任务进行分析，建立零件拆卸信息模型。最后结合实际的优化目标，时间、资源等约束条件，完成人机协作拆卸信息模型构建，为求解最优拆卸序列奠定基础。规划层：规划层即求解最优人机协作拆卸序列的优化过程，其中涉及可行
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双高斯过程的协作机器人自适应策略[J]. 陈友东,郭佳鑫,刘嘉蕾,陶永. 计算机集成制造系统. 2017(09)
[2]基于模糊AHP–灰色关联TOPSIS的拆解方案评估研究[J]. 田广东,张洪浩,王丹琦. 机械工程学报. 2017(05)
[3]一种面向拆卸稳定性的产品拆卸序列规划方法[J]. 王伏林,吴博,胡仲勋,龚志辉,张金飞. 机械科学与技术. 2016(12)
[4]人机协作下的机械臂轨迹生成与修正方法[J]. 刘维惠,陈殿生,张立志. 机器人. 2016(04)
[5]基于改进干涉矩阵的机械产品拆卸序列规划[J]. 邹长武,邓益民,王根华. 机械设计与研究. 2016(02)
[6]一种基于混合模糊模型的新型并行拆卸设计方法(英文)[J]. Zhi-feng ZHANG,Yi-xiong FENG,Jian-rong TAN,Wei-qiang JIA,Guo-dong YI. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2015(09)
[7]支持复杂产品并行拆卸序列规划的遗传算法[J]. 张秀芬,蔚刚,王磊,萨日娜. 计算机辅助设计与图形学学报. 2015(07)
[8]基于联接元的复杂产品拆卸模型构建方法[J]. 张秀芬,胡志勇,蔚刚,裴承慧. 机械工程学报. 2014(09)
[9]基于收益概率的不确定环境下的产品拆卸序列优化[J]. 陈弋文,陈伟达. 计算机集成制造系统. 2014(04)
[10]一种基于运动规划的选择拆卸序列规划技术[J]. 赵柏萱,刘检华,宁汝新,刘佳顺. 机械工程学报. 2014(07)
博士论文
[1]拆卸序列规划问题的建模与求解方法研究[D]. 夏凯.华中科技大学 2016
[2]蜜蜂算法研究与应用[D]. 谢涌泉.武汉理工大学 2015
本文编号：3541143
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