多机器人协作焊接中的轨迹规划和位置力协调控制研究
发布时间：2021-07-06 00:52
随着工业的发展和机器人技术的进步,传统的单机器人系统已不足以胜任当今日益多样化的柔性自动化生产需求。为适应任务复杂化、操作智能化及系统柔性化等要求,多机器人协作系统已逐步被推广和应用在工业环境中。多机器人协作系统与单个机器人相比,具有更强的作业能力、更大范围的工作空间、更灵活的系统结构和组织方式,是目前的研究热点之一。本文以多机器人协作在焊接领域中的应用为背景展开研究,以协作完成空间复杂焊缝焊接为任务目标,重点研究多机器人协作焊接过程中的关键性研究问题。相比于传统的焊接机器人+变位机组成的焊接工作站或由两台工业机器人组成的协作系统,多机器人（三台或三台以上）协作焊接具有更多的优势,但是也带来了更为复杂的控制问题。本文针对这些难点问题展开研究,研究的主要内容和成果如下:（1）在连续焊接过程中为满足复杂焊缝焊接的任务约束和焊接工艺要求等诸多因素,搬运机器人必须不断的变换夹持工件的位姿以保证焊点始终处于理想的焊接位姿,焊接机器人也必须不断调整焊枪的位姿以保证焊枪满足焊接要求,此过程要求搬运机器人间、搬运机器人与焊接机器人间均满足一定的位姿约束。除此之外,在协作焊接过程中还需考虑初始焊接位置的...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
多机器
东南大学博士学位论文4图1-3双臂协作轴孔装配图1-4多机器人协作焊接针对上述多种形式的多机器人协调运动，国内外的研究学者对其轨迹规划方法展开了深入的研究。目前，多机器人协调运动时的轨迹规划主要集中在运动学约束和控制方法两方面。国外研究开始时间较早，理论研究广泛，并形成了一套完整的理论体系。（1）针对多机器人的运动约束问题，研究主要集中在轨迹的约束关系，包括机器人末端位姿、速度和加速度的约束，以及运动过程中的同步和协调。Mason[8]首次指出当两个或两个以上机器人抓取同一物体时，机器人末端会受到运动学的约束，并给出当多机器人夹持物体绕其中心旋转时，多机器人末端的速度约束关系。文献[9][10]在此基础上开展了双机器人协作应用的研究，分别针对两台协作机器人共同抓取同一刚性物体运动、操作一对钳子和抓取具有球关节的物体运动三种情况展开讨论，最终推导出机器人末端的位姿约束及速度、加速度约束关系。文献[11]研究了一种特殊形式的协作搬运应用，即两个机器人协作搬运物体作对称运动时的运动约束方程。在研究运动学约束的基础上，T.J.Tarn[12][24]开始研究运动过程中的同步和协调问题，将双臂机器人与物体看作一闭运动链，并根据约束关系推导出各机器人的运动学方程。更进一步地，F.M.L.Amirouche[13][14]针对双机器人运动学设计展开研究，基于双机器人的相对位姿约束关系得到了最优的双机器人运动学设计。为清晰地描述协作过程中的约束问题，Nagai等[15]针对双臂协同夹持工件时提出了绝对运动的概念。随着机器人数量的增加和任务的复杂化，文献[27][28][29]还提出了面向任务的协调运动约束关系和同步协调策略。除此之外，还有学者针对协调操作柔性物体[30][31][32]和柔性机器人协调运动约束[33][34][35][36
东南大学博士学位论文4图1-3双臂协作轴孔装配图1-4多机器人协作焊接针对上述多种形式的多机器人协调运动，国内外的研究学者对其轨迹规划方法展开了深入的研究。目前，多机器人协调运动时的轨迹规划主要集中在运动学约束和控制方法两方面。国外研究开始时间较早，理论研究广泛，并形成了一套完整的理论体系。（1）针对多机器人的运动约束问题，研究主要集中在轨迹的约束关系，包括机器人末端位姿、速度和加速度的约束，以及运动过程中的同步和协调。Mason[8]首次指出当两个或两个以上机器人抓取同一物体时，机器人末端会受到运动学的约束，并给出当多机器人夹持物体绕其中心旋转时，多机器人末端的速度约束关系。文献[9][10]在此基础上开展了双机器人协作应用的研究，分别针对两台协作机器人共同抓取同一刚性物体运动、操作一对钳子和抓取具有球关节的物体运动三种情况展开讨论，最终推导出机器人末端的位姿约束及速度、加速度约束关系。文献[11]研究了一种特殊形式的协作搬运应用，即两个机器人协作搬运物体作对称运动时的运动约束方程。在研究运动学约束的基础上，T.J.Tarn[12][24]开始研究运动过程中的同步和协调问题，将双臂机器人与物体看作一闭运动链，并根据约束关系推导出各机器人的运动学方程。更进一步地，F.M.L.Amirouche[13][14]针对双机器人运动学设计展开研究，基于双机器人的相对位姿约束关系得到了最优的双机器人运动学设计。为清晰地描述协作过程中的约束问题，Nagai等[15]针对双臂协同夹持工件时提出了绝对运动的概念。随着机器人数量的增加和任务的复杂化，文献[27][28][29]还提出了面向任务的协调运动约束关系和同步协调策略。除此之外，还有学者针对协调操作柔性物体[30][31][32]和柔性机器人协调运动约束[33][34][35][36
【参考文献】：
期刊论文
[1]双机械臂协调控制综述[J]. 刘永信,王玲琳,韩晓爽,唐奇. 内蒙古大学学报(自然科学版). 2017(04)
[2]焊接机器人工作站系统中焊接工艺的设计[J]. 杨永波,崔彤,秦伟涛,李远,赵文. 焊接. 2015(08)
[3]任务空间上的机器人灵活性评价方法[J]. 张永贵,刘文洲,高金刚,沈浩. 兰州理工大学学报. 2015(01)
[4]基于最优初始位形的冗余度机器人可操作度优化[J]. 唐碧秋,杨帆,唐焱. 组合机床与自动化加工技术. 2015(01)
[5]使用机器人焊接中厚板对接焊缝工艺参数的选择[J]. 曾俊雄. 工程机械与维修. 2015(01)
[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]焊接工业机器人灵活性分析及仿真研究[J]. 陈庚顺,陈丹阳,强宝刚. 辽东学院学报(自然科学版). 2011(03)
[8]多目标优化问题的研究概述[J]. 肖晓伟,肖迪,林锦国,肖玉峰. 计算机应用研究. 2011(03)
[9]双面双弧焊机器人主从协调运动控制[J]. 张华军,张广军,蔡春波,肖俊,高洪明. 焊接学报. 2011(01)
[10]机器人焊接系统离线编程实例研究[J]. 何京文. 航天制造技术. 2007(05)
博士论文
[1]空间翻滚目标的位姿测量及其双臂捕获机器人的轨迹规划[D]. 彭键清.哈尔滨工业大学 2018
[2]面向双机械臂系统的视觉伺服控制研究[D]. 王勇.广东工业大学 2017
[3]基于双斜面偏转机构的新型仿生关节的运动机理及其应用研究[D]. 黄贺.中国科学技术大学 2017
[4]基于视觉反馈的双冗余机械臂自适应控制[D]. 任义.哈尔滨工业大学 2017
[5]双臂机器人拟人化动作实现与协调控制方法研究[D]. 白克强.中国科学技术大学 2017
[6]变负载双臂机器人阻抗自适应控制系统研究[D]. 贺军.中国科学技术大学 2016
[7]冗余双臂机器人协调作业系统研究[D]. 申浩宇.南京航空航天大学 2016
[8]冗余双臂机器人在线运动规划与协调操作方法研究[D]. 方健.中国科学技术大学 2016
[9]面向救援任务的双臂机器人协作运动规划与控制方法研究[D]. 王美玲.中国科学技术大学 2015
[10]机器人宇航员空间攀爬运动与力柔顺装配控制[D]. 董悫.北京理工大学 2015
硕士论文
[1]基于阻抗控制的机械臂力/位置控制关键技术研究[D]. 王懂.山东大学 2018
[2]垂直六关节工业机器人运动学参数标定[D]. 郭哲.东南大学 2018
[3]冗余双臂机器人协调操作方法研究[D]. 华磊.哈尔滨工业大学 2013
[4]双臂强耦合系统的运动规划与控制的研究[D]. 禹超.哈尔滨工业大学 2012
[5]移动机器人双六自由度机械臂运动规划[D]. 胡雨滨.哈尔滨工业大学 2009
[6]机器人毛刺修理作业的阻抗控制研究[D]. 孙洁.山东大学 2006
[7]基于阻抗控制的机器人柔顺性控制方法研究[D]. 杨振.东南大学 2005
[8]基于假设模态法柔性机械臂协调运动系统控制方法的研究[D]. 徐兆成.吉林大学 2005
[9]基于控制的柔性机器人及其协调操作动力学建模与分析[D]. 毛立军.北京工业大学 2002
本文编号：3267182
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
多机器
东南大学博士学位论文4图1-3双臂协作轴孔装配图1-4多机器人协作焊接针对上述多种形式的多机器人协调运动，国内外的研究学者对其轨迹规划方法展开了深入的研究。目前，多机器人协调运动时的轨迹规划主要集中在运动学约束和控制方法两方面。国外研究开始时间较早，理论研究广泛，并形成了一套完整的理论体系。（1）针对多机器人的运动约束问题，研究主要集中在轨迹的约束关系，包括机器人末端位姿、速度和加速度的约束，以及运动过程中的同步和协调。Mason[8]首次指出当两个或两个以上机器人抓取同一物体时，机器人末端会受到运动学的约束，并给出当多机器人夹持物体绕其中心旋转时，多机器人末端的速度约束关系。文献[9][10]在此基础上开展了双机器人协作应用的研究，分别针对两台协作机器人共同抓取同一刚性物体运动、操作一对钳子和抓取具有球关节的物体运动三种情况展开讨论，最终推导出机器人末端的位姿约束及速度、加速度约束关系。文献[11]研究了一种特殊形式的协作搬运应用，即两个机器人协作搬运物体作对称运动时的运动约束方程。在研究运动学约束的基础上，T.J.Tarn[12][24]开始研究运动过程中的同步和协调问题，将双臂机器人与物体看作一闭运动链，并根据约束关系推导出各机器人的运动学方程。更进一步地，F.M.L.Amirouche[13][14]针对双机器人运动学设计展开研究，基于双机器人的相对位姿约束关系得到了最优的双机器人运动学设计。为清晰地描述协作过程中的约束问题，Nagai等[15]针对双臂协同夹持工件时提出了绝对运动的概念。随着机器人数量的增加和任务的复杂化，文献[27][28][29]还提出了面向任务的协调运动约束关系和同步协调策略。除此之外，还有学者针对协调操作柔性物体[30][31][32]和柔性机器人协调运动约束[33][34][35][36
东南大学博士学位论文4图1-3双臂协作轴孔装配图1-4多机器人协作焊接针对上述多种形式的多机器人协调运动，国内外的研究学者对其轨迹规划方法展开了深入的研究。目前，多机器人协调运动时的轨迹规划主要集中在运动学约束和控制方法两方面。国外研究开始时间较早，理论研究广泛，并形成了一套完整的理论体系。（1）针对多机器人的运动约束问题，研究主要集中在轨迹的约束关系，包括机器人末端位姿、速度和加速度的约束，以及运动过程中的同步和协调。Mason[8]首次指出当两个或两个以上机器人抓取同一物体时，机器人末端会受到运动学的约束，并给出当多机器人夹持物体绕其中心旋转时，多机器人末端的速度约束关系。文献[9][10]在此基础上开展了双机器人协作应用的研究，分别针对两台协作机器人共同抓取同一刚性物体运动、操作一对钳子和抓取具有球关节的物体运动三种情况展开讨论，最终推导出机器人末端的位姿约束及速度、加速度约束关系。文献[11]研究了一种特殊形式的协作搬运应用，即两个机器人协作搬运物体作对称运动时的运动约束方程。在研究运动学约束的基础上，T.J.Tarn[12][24]开始研究运动过程中的同步和协调问题，将双臂机器人与物体看作一闭运动链，并根据约束关系推导出各机器人的运动学方程。更进一步地，F.M.L.Amirouche[13][14]针对双机器人运动学设计展开研究，基于双机器人的相对位姿约束关系得到了最优的双机器人运动学设计。为清晰地描述协作过程中的约束问题，Nagai等[15]针对双臂协同夹持工件时提出了绝对运动的概念。随着机器人数量的增加和任务的复杂化，文献[27][28][29]还提出了面向任务的协调运动约束关系和同步协调策略。除此之外，还有学者针对协调操作柔性物体[30][31][32]和柔性机器人协调运动约束[33][34][35][36
【参考文献】：
期刊论文
[1]双机械臂协调控制综述[J]. 刘永信,王玲琳,韩晓爽,唐奇. 内蒙古大学学报(自然科学版). 2017(04)
[2]焊接机器人工作站系统中焊接工艺的设计[J]. 杨永波,崔彤,秦伟涛,李远,赵文. 焊接. 2015(08)
[3]任务空间上的机器人灵活性评价方法[J]. 张永贵,刘文洲,高金刚,沈浩. 兰州理工大学学报. 2015(01)
[4]基于最优初始位形的冗余度机器人可操作度优化[J]. 唐碧秋,杨帆,唐焱. 组合机床与自动化加工技术. 2015(01)
[5]使用机器人焊接中厚板对接焊缝工艺参数的选择[J]. 曾俊雄. 工程机械与维修. 2015(01)
[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]焊接工业机器人灵活性分析及仿真研究[J]. 陈庚顺,陈丹阳,强宝刚. 辽东学院学报(自然科学版). 2011(03)
[8]多目标优化问题的研究概述[J]. 肖晓伟,肖迪,林锦国,肖玉峰. 计算机应用研究. 2011(03)
[9]双面双弧焊机器人主从协调运动控制[J]. 张华军,张广军,蔡春波,肖俊,高洪明. 焊接学报. 2011(01)
[10]机器人焊接系统离线编程实例研究[J]. 何京文. 航天制造技术. 2007(05)
博士论文
[1]空间翻滚目标的位姿测量及其双臂捕获机器人的轨迹规划[D]. 彭键清.哈尔滨工业大学 2018
[2]面向双机械臂系统的视觉伺服控制研究[D]. 王勇.广东工业大学 2017
[3]基于双斜面偏转机构的新型仿生关节的运动机理及其应用研究[D]. 黄贺.中国科学技术大学 2017
[4]基于视觉反馈的双冗余机械臂自适应控制[D]. 任义.哈尔滨工业大学 2017
[5]双臂机器人拟人化动作实现与协调控制方法研究[D]. 白克强.中国科学技术大学 2017
[6]变负载双臂机器人阻抗自适应控制系统研究[D]. 贺军.中国科学技术大学 2016
[7]冗余双臂机器人协调作业系统研究[D]. 申浩宇.南京航空航天大学 2016
[8]冗余双臂机器人在线运动规划与协调操作方法研究[D]. 方健.中国科学技术大学 2016
[9]面向救援任务的双臂机器人协作运动规划与控制方法研究[D]. 王美玲.中国科学技术大学 2015
[10]机器人宇航员空间攀爬运动与力柔顺装配控制[D]. 董悫.北京理工大学 2015
硕士论文
[1]基于阻抗控制的机械臂力/位置控制关键技术研究[D]. 王懂.山东大学 2018
[2]垂直六关节工业机器人运动学参数标定[D]. 郭哲.东南大学 2018
[3]冗余双臂机器人协调操作方法研究[D]. 华磊.哈尔滨工业大学 2013
[4]双臂强耦合系统的运动规划与控制的研究[D]. 禹超.哈尔滨工业大学 2012
[5]移动机器人双六自由度机械臂运动规划[D]. 胡雨滨.哈尔滨工业大学 2009
[6]机器人毛刺修理作业的阻抗控制研究[D]. 孙洁.山东大学 2006
[7]基于阻抗控制的机器人柔顺性控制方法研究[D]. 杨振.东南大学 2005
[8]基于假设模态法柔性机械臂协调运动系统控制方法的研究[D]. 徐兆成.吉林大学 2005
[9]基于控制的柔性机器人及其协调操作动力学建模与分析[D]. 毛立军.北京工业大学 2002
本文编号：3267182
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3267182.html
