双工业机器人不同约束下协同运动轨迹规划

针对双工业机器人协作过程中的轨迹规划问题,对IRB200机器人进行建模,并求解机器人的正逆运动学。结合求解的正逆运动学提出紧约束下耦合运动和松约束下叠加运动算法。紧约束将机器人末端执行器之间建立不变的约束关系,实现机器人末端执行器之间产生耦合运动;松约束将机器人末端执行器之间建立随时间变化的约束关系,实现机器人末端执行器之间产生叠加运动。最终在MATLAB中分别进行协同搬运、协同绘制“铜钱”仿真实验验证算法,从姿态图、轨迹图及从机器人理论位置和实际位置对比能够看出,在不考虑机械误差、标定误差及机器人制造误差的情况下能够满足相关任务要求,实现从机器轨迹的自适应规划,避免对双工业机器人分别进行轨迹规划。     

工业机器人轨迹规划研究现状综述

凭借良好的环境适应性、高效率、高生产质量以及7×24工作模式,工业机器人广泛地应用于喷涂、焊接、码垛、搬运等自动化生产中.轨迹规划是工业机器人完成作业任务运动控制的基础,直接决定了机器人工作质量.为了全面了解轨迹规划现有研究方法,首先阐述了轨迹规划的基本流程,根据轨迹规划的原理不同对现有轨迹规划方法进行了分类,并分别对各种插补曲线函数、最优轨迹规划以及求解算法的性能特点进行了详细的分析与总结.最后对轨迹规划在插补曲线构造和求解算法方面的现存问题做出了分析和讨论,并展望了轨迹规划的发展趋势.     

探析工业机器人机器视觉系统在工件分拣中的应用

随着工业机器人现代化生产线的发展,智能视觉系统对于工业机器人的需求也随之增大。本文以汇博工业机器人、智能相机与S7-1200 PLC组成的软硬件为载体,主要研究基于智能相机的视觉系统协助工业机器人判检测工件的类型和位置,智能相机的使用使得分拣与搬运作业变得高效准确且成本低廉,为工业机器人能按确定的轨迹完成工件的抓取、搬运、装配以及入库一系列的作业提供了应用实践能力。     

基于华太远程I/O实现PLC与机器人之间的通信

以ABB工业机器人IRB120与西门子PLC S7-1200为例,研究西门子PLC与工业机器人的华太远程I/O模块配置过程,通过在博途软件中进行PLC硬件组态和利用ABB示教器进行机器人I/O模块配置,实现了PLC与机器人的通信。该技术可应用在智能制造、工业生产等各个领域。     

基于非线性优化算法的工业机器人轨迹跟踪自动控制

为完成机器人高效率工业生产任务，提出一种基于非线性优化算法的工业机器人轨迹跟踪自动控制方法。考虑杆件运动重力因素，从角速度、加速度等方面明确工业机器人动力学规律；使用具备非线性优化性质的蚁群算法规划运动轨迹，引入人工势场法计算待选节点和目标节点的间距，评估当前路径是否为最佳路径并更新信息素，输出最优工业机器人运行路线；计算机器人相对功率因数校正控制量，运用粒子群算法求解轨迹跟踪预测控制序列，通过支持向量机构建轨迹跟踪自动控制模型。实验结果表明，所提方法的轨迹跟踪稳定性强、精度高，能满足工业生产的实时动态需求，实用性强。     

基于蚁群算法的机器人切割轨迹规划

针对机器人切割软件开发过程中出现的切割轨迹规划问题,提出基于基本蚁群算法求解多轮廓混合轨迹加工路径规划方法。分析了机器人切割轨迹以及规划目标,并设计了符合机器人切割加工实际的改进蚁群算法。通过与图元顺序以及按最近距离求解的算例仿真结果对比,表明了蚁群算法应用于机器人切割轨迹规划的有效性。     

减速器装配单元系统设计

根据小型直齿减速器的装配流程和柔性装配的需要,提出了一种基于工业机器人的柔性装配系统的设计方案。从减速器装配的装配要求确定整个装配单元的系统组成、布局及装配单元工作流程的规划;并构建以S7-1500为主控单元、以ET200sp、工业机器人为从站的分布式PROFINET-IO系统。系统采用PROFINET通讯协议,实现UR机器人和主控PLC之间的信号交换,并规划主控PLC的控制程序;最后,规划机器人的装配程序,并在ROBOTART离线编程软件中对部分轨迹进行规划,实现离线仿真。该系统设计为减速器装配设计提供了一个新的解决方案。     

空间多机器人协同运动规划研究

面向空间在轨装配任务提出基于优先级的多机器人协同运动规划方法。多机器人系统包括一个7自由度操作机器人和一个13自由度超冗余照明机器人。采用两种规划方法规划高优先级的操作机器人,即关节空间点到点的离线路径规划和基于伪逆的笛卡尔空间在线运动规划。针对低优先级的超冗余照明机器人,将操作机器人视为已知障碍,采用基于A~*算法和末端轨迹跟随的可重构运动规划方法,将运动规划分解为末端路径规划和机器人各关节对轨迹的跟随问题,并验证算法的可重构性。采用具有特定运动学形式的机器人模型进行仿真试验,仿真结果表明,提出的各个机器人的运动规划方法均能有效满足任务需求,且照明机器人的运动规划算法具有可重构性,多机器人系统基于优先级的协同策略能够满足空间在轨装配任务需求。     

工业机器人第七轴的硬件设计与实现

介绍了上下料工作站中工业机器人第七轴控制的必要性,以ABB公司的IRB 120工业机器人和S7-1200为例,给出了工业机器人地面导轨第七轴的解决方案;详细说明了机器人控制柜与华太远程I/O FR8030硬件电路设计以及IRB 120工业机器人通信板卡的配置方法,对PLC程序与ABB控制程序进行分析,并提供了功能验证的方法。     

基于S7-1200PLC与NetToPLCsim的交通灯控制系统虚拟仿真调试

基于TIA15.1中的S7-PLCSIM功能，结合生活中常见的十字路口交通灯现场控制需求，设计了使用MCGS触摸屏和西门子S7-1200组合的工控系统。考虑了工控系统开发前期无实物PLC和触摸屏的场景问题，利用NetToPLCsim搭建起S7-PLCSIM与MCGS的虚拟仿真架构。调试结果显示，该方法稳定可靠，能够为S7-1200PLC与MCGS触摸屏早期联合开发项目提供高效的虚拟仿真技术支持，更适合各大高校及相关从业技术人员在S7-1200系列PLC与MCGS触摸屏实训设备不足的情况下，开展工业控制系统编程与触摸屏开发运行的教学。     

基于L-M方法的6R机器人轨迹规划快速逆解算法

应用Denavit-Hartenberg建模方法,建立6R机器人正运动学模型,组成非线性方程组,提出运用Levenberg-Marquardt方法,求取机器人运动学逆解。利用MATLAB编程环境,实现轨迹规划位置逆解算法。经仿真验证,算法可完成复杂的轨迹轮廓规划逆解求解,有较高的效率和精度,可应用于一般6R机器人,也可适用自由度冗余更高的工业机器人。     

一种变胞式工业机器人时间最优轨迹规划

根据变胞式工业机器人工作原理,建立了其工作轨迹模型,并基于该模型提出了一种变胞式工业机器人时间最优的轨迹规划方法。该方法着重考虑机器人构态变换过程,将轨迹规划问题转化为内外层嵌套的优化问题进行分析。分别给出该优化问题的设计变量、目标函数以及约束条件,得到了变胞式工业机器人时间最优轨迹规划问题的数学模型。运用所提出的方法对本课题组自研制的变胞式码垛机器人进行轨迹规划研究,根据其工作轨迹模型,建立了优化设计问题数学模型,在给出关节角度插值函数系数的确定方法后,采用嵌套粒子群算法对该优化问题进行求解,得到了优化后的关节角度函数以及理论工作轨迹,与实验所得的实际工作轨迹进行对比,验证了所提方法的可行性。该研究工作为变胞式机器人的运动规划研究提供了参考。     

基于遗传算法的六自由度工业机器人轨迹优化研究

为了使雕刻工业机器人在轨迹运动中时间最短,我们推出工业机器人运动轨迹时间最优函数,求出约束条件,采用遗传算法对数学模型进行优化求解。最终得到一种工业机器人的轨迹规划方法,通过计算结果标明,相对于其他轨迹规划方法,工业机器人在进行雕刻作业时,时间缩短了21%,很好的满足了工程需要。     

多工位多机器人装配过程的分布式点焊任务分配方法

整车焊装过程中多工位多机器人的任务分配与工艺规划是影响装配效率的关键问题。该问题涉及到多工位多机器人的层级化任务分配、单机器人点焊次序规划以及多机器人协同等子问题，是一个高度耦合且具有复杂工程约束的优化问题。传统任务分配方法往往以分步优化方式进行求解，在多工位多机器人系统中难以获得有效任务规划结果。为了解决该问题，考虑了机器人可达性、碰撞检测、工位内焊接周期等多重约束，构建了面向层级化任务分配与焊接次序协同规划的多工位-多机器人任务分配(MS-MRTA)问题的综合优化模型，提出改进的自组织神经网络及循环优化策略，获得了MS-MRTA问题的优化求解方案。通过整车侧围案例对所提出方法进行应用验证，结果表明，所提出算法将多工位焊装周期平均下降14.49%,工位内多机器人运行时间一致性提升54.22%。     

下肢康复训练机器人协作控制与S型规划算法研究

针对下肢康复训练机器人协作控制与S型规划算法展开研究,寻找能够降低机器人驱动器控制过程中冗余振动的方法.首先利用指数积(POE)法建立了各关节连杆的相对转换关系;然后针对下肢康复机器人的特点,应用拉格朗日法求解机器人动力学问题,针对模型参数采用辨识方法实现了动力学参数获取,进而实现了下肢康复训练机器人协作控制;最后提出一种S型轨迹插补规划方法,根据定义的限制条件值给出了所有可能的轨迹形状,并且保证没有机械谐振激励.实验结果表明:协作控制与S规划算法对机器人操作性能有很大的提升,同时对于机器人的精确运动控制有着重要的意义.     

三维复杂焊接作业的多工位多机器人协同规划

为减少多工位多机器人焊接流水线的完工时间、提高各机器人焊接任务均衡度,提出了基于元启发嵌套算法的协同规划方法。以车门为焊接对象,对多工位多机器人的流水线焊接模式进行介绍,建立了以最小化完工时间、最优化焊接任务均衡度为目标的协同规划模型,设计了机器人焊接路径与任务分配的联合优化方案。针对多机器人任务分配问题,提出了有性和无性混合遗传算法的分配方法,实现了元启发嵌套的多机器人任务分配和单机器人路径规划联合优化;使用蚁群算法规划单机器人的焊接路径;基于完工时间均衡对多工位焊接任务进行了分配。实验结果表明,采用元启发嵌套算法方案的完工时间为61.23 s,比遗传与蚁群组合规划算法减少了22.12%,比贪婪迭代算法减少了6.92%;各机器人完工时间最大差值为2.31 s,比遗传与蚁群组合规划算法减小了9倍,比贪婪迭代算法减小了5倍。实验结果验证了所提方法在多工位多机器人协同焊接中的优越性。     

协同搬运工业机器人系统运动学分析与工况仿真

为实现协同搬运重型物体,以双机器人系统作为研究对象,开发双工业机器人提升平台。对双工业机器人系统进行建模,建立机器人之间的相对位置关系,进行正运动学求解;使用MATLAB Robot Toolbox对机器人系统进行D-H建模,验证正逆解求解的正确性;参考机器人协同搬运时的平移工况,在VREP仿真软件中对两个机器人进行直线轨迹规划,验证平移物体时的工况平稳性,为机器人协同搬运提供了理论依据。     

2自由度绳索牵引并联机器人的高速点到点轨迹规划方法

合理的轨迹规划方法可以提高机器人运动控制的平稳性、快速性和工作效率。当前绳索牵引并联机器人的轨迹规划方法主要采用多项式函数和三角函数满足平稳性要求,但规划算法复杂、快速性较差。针对一种2自由度绳索牵引并联机器人,根据动力学模型推导绳索拉力的单向性约束条件,提出一种新的点到点轨迹规划方法——S型-梯形组合规划方法。考虑到具体的点到点轨迹包含若干个需要依次到达的目标点,构成起始段、中间段和终止段三种不同的运动段,故采用S型-梯形组合规划方法分别设计这三种运动段的速度曲线,使得机器人在起始点和终止点的加速度为零,而中间若干点的加速度不为零,实现动态轨迹规划。仿真试验表明所提出的规划方法不仅可以满足绳索拉力的单向性约束条件,且加速度为简单的一次曲线,可以实现高速的点到点运动。     

一种基于动态外部TCP的工业机器人磨抛方法

在分析了复杂工件在工业机器人的磨抛应用情况之后,提出了一种基于动态外部TCP的工业机器人磨抛方法。以门把手作为研究对象,首先运用基于曲率的截面算法对门把手进行磨抛路径规划,求得轨迹离散点。其次根据截面截线在不同离散点的平均曲率、曲率半径求解出各点所对应的外部TCP。然后建立磨抛机器人基坐标系,根据规划的工件磨抛轨迹以DH算法求出机器人末端运行轨迹,再根据轨迹离散点与动态外部TCP的位姿转换关系求得实际机器人末端运行轨迹。最后采用Inte Robot离线编程软件仿真实验平台进行仿真验证,实验结果表明动态外部TCP算法可以达到较好的门把手打磨效果。     

基于双种群遗传混沌优化算法的最优时间轨迹规划

针对以最短运行时间为目标的工业机器人轨迹规划问题,提出一种基于混沌局部搜索的双种群遗传最优时间轨迹规划算法。首先以各个节点之间的时间间隔之和为优化目标,以各关节的角速度、角加速度和角加加速度为约束条件,利用五次多项式拟合规划的关节空间位置节点模拟机器人的运行轨迹;然后,利用双种群遗传算法全局搜索能力强、进化速度快和混沌算法局部搜索能力强的优点,提出一种基于双种群遗传混沌优化算法的机器人轨迹规划方法,规划最优时间轨迹;最后,以3自由度空间机械臂为例,验证了所提算法能够使机器人末端执行器的运行轨迹平滑且时间最优。该算法应用于机器人轨迹规划可以延长机器人使用寿命,提高生产效率。