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面向操作可靠性提升的复合工业机器人运动规划

裴艳虎 刘志峰 许静静 杨聪彬 郑继贵

裴艳虎, 刘志峰, 许静静, 杨聪彬, 郑继贵. 面向操作可靠性提升的复合工业机器人运动规划[J]. 制造技术与机床, 2022, (3): 49-54. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.008
引用本文: 裴艳虎, 刘志峰, 许静静, 杨聪彬, 郑继贵. 面向操作可靠性提升的复合工业机器人运动规划[J]. 制造技术与机床, 2022, (3): 49-54. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.008
PEI Yanhu, LIU Zhifeng, XU Jingjing, YANG Congbin, ZHENG Jigui. Motion planning for improved operational reliability of composite industrial robots[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (3): 49-54. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.008
Citation: PEI Yanhu, LIU Zhifeng, XU Jingjing, YANG Congbin, ZHENG Jigui. Motion planning for improved operational reliability of composite industrial robots[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (3): 49-54. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.008

面向操作可靠性提升的复合工业机器人运动规划

doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.008
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 51975019

北京市博士后科研活动经费资助项目-A类 Q6001211202101

中国博士后科学基金 2021M700301

详细信息
    作者简介:

    裴艳虎, 男, 1989年生, 在读博士, 主要研究方向为系统可靠性、机器人, 已发表论文10余篇。E-mail: peiyh89@163.com

    通讯作者:

    刘志峰, 男, 1973年生, 教授, 博导, 主要研究方向为数字化设计、智能制造, 已发表论文100余篇。E-mail: lzf@bjut.edu.cn

  • 中图分类号: TP242.2, TP391.73

Motion planning for improved operational reliability of composite industrial robots

  • 摘要: 复合工业机器人的应用能够有效提升智能制造车间生产效率。而在其运动规划问题中, 基于移动平台调整的机械臂初始站姿直接决定了目标任务是否能够可靠执行。为解决以上问题, 提出一种考虑机械臂初始站姿的运动规划优化方法。基于前期基础, 采用旋量描述和切片表征方法分别解决了复合工业机器人运动学建模和最小避障距离建模问题, 为进行轨迹优化提供了模型基础; 建立了最小化耗能当量和运动时间的运动规划优化模型, 通过考虑初始站姿影响设计了包括移动运动参数、冗余关节角度和机械臂运动参数在内的混合优化变量集, 同时考虑运动学约束和避障约束条件保证机械臂运动平稳性和安全性; 结果表明, 基于规划优化的复合工业机器人具有较高的操作可靠性。

     

  • 图  1  复合工业机器人系统

    图  2  机械臂关节空间轨迹优化方法

    图  3  机械臂三维结构示意

    图  4  机器人构型及其运动示意

    图  5  复合工业机器人运动规划总体方案

    图  6  基于S型曲线插值的一般关节角变量曲线

    图  7  机械臂末端运动路径

    图  8  基于可达性分析的机器人初始位置范围

    图  9  15种初始状态下优化轨迹的最小避障距离

    表  1  箱型空间各障碍平面顶点坐标

    障碍平面 顶点1 顶点2 顶点3 顶点4
    平面1 [1 400-300 400] [2 400-300 400] [2 400 300 400] [1 400 300 400]
    平面2 [2 400 300 400] [1 400 300 400] [1 400 300 2 000] [2 400 300 2 000]
    平面3 [2 400-300 400] [2 400 300 400] [2 400 300 2 000] [2 400-300 2 000]
    平面4 [1 400-300 400] [2 400-300 400] [2 400-300 2 000] [1 400-300 2 000]
    平面5 [1 400-300 2 000] [2 400-300 2 000] [2 400 300 2 000] [1 400 300 2 000]
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    表  2  运算环境

    CPU CPU内存 操作系统版本 仿真软件
    Intel(R)Core(TM)2.6GHz 8 GB Windows 10 Matlab2016
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    表  3  优化结果

    参数 优化结果
    β/rad -0.004 0
    δx/mm 612.354 4
    δy/mm -202.514 5
    δz/mm -189.065 6
    θrad/rad 0.954 8
    Vratio/(%) 33.79
    Aratio/(%) 28.223
    Obs/mm 11.847 4
    τmax/(N·m) 9.954 3
    Tcov/min 12.97
    F(Xs) 7.295
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  • 收稿日期:  2021-12-27
  • 网络出版日期:  2022-03-12

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