基于多机器人协调的

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1、基于多机器人协调的船体分段对接系统的运动学及对接精度研究1)国家“863”计划资助项目（编号：9921－03）.景奉水谭民侯增广梁自泽王云宽（中国科学院自动化研究北京100080）摘要:本文研究了基于多机器人协调的船体分段对接系统的运动学和对接精度问题。根据船体分段对接工艺特点，提出了了机器人的轨迹规划算法和对接控制方案。在此基础上，讨论了几种误差因素对系统对接精度的影响。理论分析和仿真结果都表明，在对接平台结构尺寸存在显著误差的情况下，采用本文提出的方法仍可以保证船体分段对接精度。关键词:多机器人协调；移动机器人；对接精度；运动学中图分类号:TP13文献

2、标志码：BSTUDYONTHEKINEMATICSANDMERGINGPRECISIONOFASHIPBLOCKMERGINGSYSTEMBASEDONMULTI-ROBOTCOORDINATIONJINGFeng-ShuiTANMinHOUZeng-GuangLIANGZi-ZeWANGYun-Kuan(InstituteofAutomation,ChineseAcademyofSciences,Beijing100080)Abstract:Thispaperhasstudiedthekinematicsandtheprecisionofashipblo

3、ckmergingsystembasedonthemulti-robotcoordination.Incoordinationwiththecharacteristicsoftheblocksmergingtechnology,theboatblockstrajectoryplanningmethodandmergingcontrolschemewerepresented.Afterthat,wediscussedanumberoferrorfactors,whichmayaffectthesystemprecision.Thesimulationresu

4、ltsandtheoreticalanalysisshowthat,themergingsystem’sprecisioncanbeguaranteedwiththeproposedtheproposedmethodseventherearesignificantdimensionalerrorsofthesystemstructure.Keywords:multi-robotcoordination,mobilerobots,mergingprecision,kinematics1引言(Introduction)多机器人协调（Multi-RobotCoo

5、rdination）的研究起源于20世纪80年代初期。在任务本身复杂的情况下，如搬运大型物体，单个机器人难以完成；而多个机器人由于其内在分布特性，通过共享资源（信息、知识、物理装置等）可弥补单个机器人能力的不足，扩大能力范围，往往就可以获得满意效果。另外，设计若干简单的机器人比为具体任务设计功能强大的单个机器人容易、经济，且在容错性、柔性等方面具有优越性[1]。目前对多机器人协调的研究已引起普遍重视[2,3]。受多机器人协调搬运大型物体的启发[4,5,6,7]，本文对多机器人协调对接大型船体分段进行了研究。第2节说明对接系统的结构；第3节研究对接系统的逆运

6、动学和轨迹规划算法；第4节给出分段对接的控制方案，并讨论尺寸误差对系统精度的影响；第5节对全文的结果做出总结。2对接系统结构(Mergingsystemarchitecture)如图1所示，多个置于轨道上移动机器人的手部分别固定在两根刚性纵梁上，在纵梁之上再铺设横梁，从而构成托起移动段的平台。每个移动机器人的手部具有上下、左右和前后三个垂直方向上的运动自由度。系统依靠多个机器人协调运动，调整移动段的位姿，完成与基准段的对接。YbXpYpZR1XR1OR1ORnYRnxRnOpYR1基准段XbO0ObZ0Y0X0H轨道移动段测量标志横梁纵梁移动机器人ZpDZ

7、b图1船体分段对接系统Fig.1Shipblockmergingsystem3运动学与轨迹规划(Kinematicsandtrajectoryplanning)3.1移动段的运动模型由于船体分段重量较大，在进行调整时，已通过横梁和木桩压紧了纵梁，使得从纵梁到分段范围内的所有物体可以看作一个整体—刚体。另外，机器人移动段的上下、左右平移，以及绕3个轴的转动都是由液压伺服驱动，而液压缸的有效行程同分段或纵梁尺寸相比，可视为小位移。因此，移动段的运动可以作为刚体小位移运动模型来处理。3.2移动段的逆运动学算法和轨迹规划算法分段的对接是利用逆运动学算法，由移动段同

8、基准段的位姿偏差求出各机器人关节位移，而后进行轨迹规划，最后由机器