面向復雜任務的機器人操作臂作業(yè)過程優(yōu)化技術研究.pdf

1、機器人操作臂在工業(yè)領域有著廣泛地應用。對機器人操作臂作業(yè)過程的深入研究，有助于提高機器人作業(yè)效率和改善機器人操作性能。復雜任務中的機器人操作臂作業(yè)過程受到多種因素的影響。本文著重考察機器人操作臂在作業(yè)拓撲順序可變、機構運動副含間隙、非結構化未知環(huán)境等復雜任務中的作業(yè)過程優(yōu)化問題，研究了機器人操作臂的運動規(guī)劃、布局設計、動力學綜合以及力反饋遙操作等方面的關鍵技術。
　　 機器人操作臂的位置反解是運動規(guī)劃的基礎。為了便于導出手腕偏置

2、型串聯(lián)機器人的關節(jié)變量之間的關系，提出了基于切斷點自由度解耦的機器人操作臂位置反解技術。利用機器人幾何結構特征，將機構運動鏈切斷為兩部分，使兩個子運動鏈在切斷點處運動自由度的某個分量上的耦合度最小。從而將含6個未知數(shù)的高維超越方程組轉(zhuǎn)化為僅含1個未知數(shù)的非線性方程，通過一維迭代搜索進行機器人位置反解。
　　 機器人操作臂的一個復雜作業(yè)過程包含多種運動規(guī)劃目標。為了便于作業(yè)過程優(yōu)化，提出了基于作業(yè)過程分解的機器人操作臂運動規(guī)劃技術

3、。在自由運動階段，采用準梯形波和準三角波運動模型，研究了基于作業(yè)時間最短的機器人自由運動軌跡規(guī)劃技術。在約束運動階段，將工件的設計特征映射為制造特征，研究了基于特征映射的機器人約束運動路徑規(guī)劃技術。復雜的機器人任務可以看作是這兩種子過程的組合。
　　 機器人操作臂的布局設計是機器人工作站設計時首要考慮的問題之一。為了盡量減少布局設計中人機交互的迭代過程，并使機器人完成任務的工作周期時間最短，提出了基于作業(yè)拓撲與基座位置協(xié)同優(yōu)化的

4、機器人操作臂布局設計方法。將機器人操作臂的基座可行空間離散為若干空間網(wǎng)格。在各空間網(wǎng)格中，采用蟻群算法優(yōu)化機器人作業(yè)拓撲順序。在具有相同作業(yè)拓撲順序的網(wǎng)格空間中，采用模式搜索算法尋找機器人基座的最優(yōu)位置姿態(tài)。
　　 機器人操作臂的運動副使相鄰構件產(chǎn)生相對運動，運動副元素之間必然留有間隙。為了使運動副元素之間不發(fā)生沖擊碰撞，提出了基于軌跡規(guī)劃的含間隙機器人操作臂的運動副元素避免分離技術。建立含間隙運動副的虛擬桿模型。采用多項式函數(shù)

5、進行機器人軌跡規(guī)劃，將含間隙運動副反力表達為機器人主動關節(jié)和虛擬桿運動參數(shù)的函數(shù)。把機器人每段運動軌跡的時間長度作為可調(diào)參數(shù)，建立運動副反力的動態(tài)響應譜。從動態(tài)響應譜中選擇合理的運動軌跡時間長度，使機器人運動過程中含間隙運動副元素始終避免分離。
　　 機器人操作臂的力反饋遙操作廣泛地應用于未知的或者非結構化的作業(yè)環(huán)境。為了便于操作人員遠程作業(yè)，提出了基于增強遙操作便捷性的機器人操作臂的力反饋遙操作技術。在通常的位置控制模式和速率

6、控制模式之外進一步提出了定點控制模式，研究了基于速率一位置一定點混合模式的力反饋遙操作控制技術。采用狀態(tài)解析的方法識別操作人員的操作意圖，研究了基于操作意圖的力反饋遙操作中虛擬夾具在線生成技術。針對虛擬環(huán)境中的機器人遙操作，研究了基于主動引導的接觸力覺連續(xù)生成方法。
　　 開發(fā)了機器人操作臂虛擬樣機作業(yè)過程仿真軟件系統(tǒng)。包括兩個子系統(tǒng)，即機器人操作臂布局設計與操作仿真系統(tǒng)、集成虛擬環(huán)境的機器人操作臂遙操作系統(tǒng)。其中機器人操作臂布