基于阻抗模型的双机器人对等协作控制研究.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TP242.2密级：公开UDC：681.5学号：151391基于阻抗模型的双机器人对等协作控制研究研究生姓名：陈明导师姓名：戴先中教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称控制科学与工程论文答辩日期2018年6月6日二级学科名称控制科学与工程学位授予日期2018年月日答辩委员会主席张凯锋教授评阅人周波副教授彭聪副研究员2018年6月8日硕士学位论文基于阻抗模型的双机器人对等协作控制研究专业名称：控制科学与工程研究生姓名：陈明导师姓名：戴先中教授RESEA

2、RCHONTWO-ROBOTSYMMETRICALLYCOOPERATIVECONTROLBASEDONIMPEDANCEMODELAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYCHENMingSupervisedbyProf.DAIXian-zhongSchoolofAutomationSoutheastUniversityMay2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学

3、位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论

4、文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要基于阻抗模型的双机器人对等协作控制研究研究生：陈明导师：戴先中教授学校名称：东南大学摘要在弧焊焊接领域，传统的由焊接机器人+变位机+工装夹具组成的焊接工作站已不能满足当前小批量、

5、定制化的柔性自动化生产需求。多机器人协作焊接系统具有更强的作业能力、更大范围的工作空间、更灵活的系统结构和组织方式，可以克服传统焊接工作站的缺点，是焊接自动化的发展方向，具有广阔的市场应用前景。多机器人协作焊接系统包含工件搬运机器人和焊接机器人，其在带来诸多优势的同时，也带来了更为复杂的控制问题。对于一个具有两台工件搬运机器人和一台焊接机器人的多机器人焊接系统，如何控制两台工件搬运机器人的协作运动是多机器人焊接成败的关键。其主要难点和关键问题有：①双机器人协作的运动轨迹规划；②双机器人协作系统的

6、建模；③双机器人协作的位置/力协调控制。因此，研究并解决上述双机器人协作系统中的关键问题并总结出其中的理论方法是实现多机器人协作焊接的基础，对于发展多机器人协作控制的理论与实践均具有重要的意义。为解决上述问题，本文的研究思路是：针对双机器人协作运动的轨迹规划问题，本文重点研究双机器人协作夹持钢管拼接形成的马鞍形曲线焊缝，采用面向对象的轨迹规划方法；针对双机器人协作系统的建模问题，本文采用对等架构模型以提高系统的响应速度；针对双机器人的位置/力协调控制问题，本文采用基于位置的阻抗控制方法对双机器人

7、间的位置/力进行调节。目标是实现双机器人协作夹持钢管运动，使马鞍形曲线焊缝满足船形焊位姿；并且在协作运动过程中，控制工件与工件之间的接触力/力矩在合理的范围内。首先，论文对双机器人协作夹持钢管拼接形成的马鞍形曲线焊缝的轨迹规划进行研究，采用面向对象的轨迹规划方法，并基于MATLAB/SimMechanics搭建了仿真平台，对提出的轨迹规划方法进行验证。其次，论文采用对等架构对双机器人夹持钢管这一研究对象进行数学建模，确立了被夹持工件与两个机器人末端之间力、位置、速度等的映射关系，并建立了双机器人

8、协作系统的控制框图。然后，论文采用基于位置的阻抗控制方法调节双机器人协作过程中的位置/力关系，并详细分析了阻抗控制的原理及其实现方法。紧接着，论文详细介绍了双机器人协作系统的设计思路，基于实验室开发的开放式总线控制器，针对研究目标实现了高效稳定的双机器人协作控制系统。最后，论文以两台埃斯顿ER16通用六关节机器人为控制对象，完成了双机器人协作夹持钢管拼接运动。实验结果表明双机器人在完成规划轨迹运动的同时，通过阻抗控制的调节作用，工件与工件之间的接触力/力矩被控制在合理的范围内，从而验证了本文所设