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磨抛机器人与变位机耦合协同控制研究认领

作者：

黄敬然

学位授予单位：

广州大学

摘要：

工业自动化及智能制造的发展对磨抛机器人精度及效率要求也越来越高。而传统的单机器人工作范围有限、同时存在动作奇异点,难以满足凹面、多弧面等复杂曲面的高精度磨抛加工的要求,磨抛机器人与变位机协同控制技术为解决该问题提供了新的想法。本文研究了磨抛机器人与变位机耦合协同控制加工轨迹干涉问题,从系统研究磨抛机器人与变位机运动学建模、运动偏差距离补偿、机器人运动轨迹规划及协同控制算法等方面入手,提出了磨抛加工高效高质量的控制方法,为磨抛加工的高效高精度控制提供新的理论和技术指导。从单个机器人、变位机,再到多机器人协同这3个层次,本文的运动学建模工作依次递进。在基于改进D-H参数法建立六轴串联机械臂的正运动学模型的基础上,提出了几何解析与数值迭代相结合的混合算法,提高了计算效率和数值稳定性。建立了变位机运动学的坐标系链模型,其中包含A/B两个轴的旋转变换,提出了基于拉格朗日乘子的变位机动态优化模型,实现了变位机转台角度限位与能耗优化的多目标协同控制。建立了主从机器人间的动态耦合运动学方程组,提出了基于任务坐标系下的多机器人协调控制方法,提出了基于零空间投影法处理冗余自由度优化和基于虚拟弹簧模型的接触力协调控制的运动学协调控制方法。建立了机械臂偏离距离的预补偿机制,解决在加工曲线/曲面情况下产生的误差距离问题。在轨迹规划上,本文提出了基于B样条插值算法与关节空间轨迹规划的打磨轨迹规划思路,并用退火模拟算法混合动态学习因子与自适应控制改进的粒子群算法,对打磨轨迹点进行时间优化,实验仿真与对比验证结果表明,该算法能很好地兼顾轨迹的平滑连续,同时提高打磨效率。协同控制策略方面,针对“机器人-变位机”的协同运动控制中存在的耦合问题、奇异点规避问题及动态力控稳定性问题,建立了一种协同运动控制策略,通过构建动态耦合链多维协同模型、引入冗余自由度主动解耦机制、多阶式耦合-解耦控制方法,解决协同运动控制中存在的轨迹精度和动态稳定性相矛盾的问题。基于广义雅可比矩阵的分解和多维耦合度指标量化的建立,提出了机器人-变位机系统的多维耦合运动描述模型。通过实际测实验证,达到了协同控制与运动性能、力控稳定性、动态稳定性综合性能的提升,为复杂曲面打磨、机器人-变位机系统-机器人-变位机系统协调运动等工业制造场景提供有效支撑。

摘要译文

关键词：

磨抛机器人; 协同控制; 轨迹规划优化; 动态耦合; 奇异点规避

学位年度：

2025

学位类型：

硕士

学科专业：

机械制造及其自动化

导师：

邹涛

中图分类号：

TP242[机器人⑨];TP273[自动控制、自动控制系统⑨]

学科分类号：

080206[智能装备与机器人];140502[人工智能];140503[智能系统与工程]

D O I：

10.27040/d.cnki.ggzdu.2025.000194