冗余雙臂機器人協(xié)調操作方法研究.pdf

1、相對于單臂機器人,冗余雙臂機器人在復雜的工作任務和多變的工作環(huán)境中具有適用范圍廣、協(xié)作能力強、可靠性高等獨特的優(yōu)勢。因此冗余雙臂機器人在工業(yè)自動化生產(chǎn)線、社會服務、航天等領域擁有廣泛的應用前景。作為冗余雙臂機器人系統(tǒng)的關鍵技術,冗余雙臂協(xié)調操作方法已成為機器人技術領域中的研究熱點之一。本課題重點圍繞冗余雙臂機器人協(xié)調操作時機械臂軌跡跟蹤誤差和雙臂間相對誤差的控制、雙臂夾持載荷的分配、典型協(xié)調任務操作仿真等關鍵問題進行了研究。
　　

2、本文首先對冗余雙臂機器人協(xié)調操作的基礎理論進行了研究。根據(jù)MOTOMAN-SDA20冗余雙臂機器人的自由度配置和結構尺寸建立了雙臂協(xié)調系統(tǒng)運動學模型并對其進行了運動學分析;根據(jù)雙臂松協(xié)調和緊協(xié)調的特點分別建立了完整的協(xié)調約束關系;分析了雙臂協(xié)調系統(tǒng)的動力學特性,建立了雙臂和操作物的動力學模型,并對操作物所受的內應力進行了數(shù)學描述。
　　其次,針對冗余雙臂松協(xié)調操作時機械臂軌跡跟蹤誤差、雙臂間相對誤差和冗余關節(jié)特性的控制問題,設計了

3、一種冗余雙臂機器人松協(xié)調系統(tǒng)任務優(yōu)先級控制方法。通過引入空間彈簧阻尼并聯(lián)模型,建立了關于機械臂軌跡跟蹤誤差和雙臂相對誤差的阻抗關系式并設計了松協(xié)調主任務控制律,在控制機械臂軌跡跟蹤誤差大小的同時對誤差方向進行了約束即減小了雙臂相對誤差;通過對增廣空間中零空間子任務的規(guī)劃和優(yōu)化,實現(xiàn)對冗余關節(jié)阻抗的控制和避關節(jié)運動極限。
　　然后,針對冗余雙臂緊協(xié)調操作時操作物軌跡跟蹤誤差的控制和雙臂夾持載荷的分配問題,設計了一種基于位置/力協(xié)調的

4、冗余雙臂機器人緊協(xié)調控制方法。利用空間彈簧阻尼并聯(lián)模型,建立了關于操作物軌跡跟蹤誤差和雙臂間相對誤差的阻抗關系式并設計了位置協(xié)調方法,減小了操作物軌跡跟蹤誤差;在對雙臂抓取模型分析的基礎上,引入變加權矩陣建立了力協(xié)調控制方法,實現(xiàn)對雙臂夾持載荷的優(yōu)化分配和操作物內應力的控制。
　　最后進行了典型雙臂協(xié)調操作任務雙臂插孔和雙臂夾持物體運動的仿真。仿真結果表明,冗余雙臂機器人協(xié)調操作方法的設計是合理的,運行是穩(wěn)定、可靠的,可以滿足協(xié)調