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双机器人协作及碰撞检测仿真系统开发

双机器人协作及碰撞检测仿真系统开发

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作者：博思德清华大学

学位级别：硕士

工业机器人在工厂大规模使用，在很多时候存在机器人在狭小的工作空间里比邻操作的情况。本研究开发了一种脱机的仿真工具，以莫托曼HP6机器人莫托曼HP20W为例，实现机器人运动轨迹的仿真和碰撞检测，防止双机器人协作时的碰撞。研究中... 详细信息

工业机器人在工厂大规模使用，在很多时候存在机器人在狭小的工作空间里比邻操作的情况。本研究开发了一种脱机的仿真工具，以莫托曼HP6机器人莫托曼HP20W为例，实现机器人运动轨迹的仿真和碰撞检测，防止双机器人协作时的碰撞。研究中首先实现机器人的数学模型化。机器人的主要运动和位置已被定义，机器人的机械结构与参数已经通过计算和测试。仿真中的运动轨迹由机器人的指令列表中的坐标和轨迹决定，得到的机器人各关节在不同时刻的位置可组成一系列间断的点。将机器人的模型简化为两端为半球的圆柱体，通过计算两个圆柱之间的欧式距离可以检测可能机器人间发生的碰撞。该算法通过Matlab来实现。研究成果是可以有欢运作的Matlab仿真软件，可检测到机器人碰撞的时间点、碰撞的次数以及机器人碰撞的部分。它可以支持两种类型的运动轨迹，线性和联合插值。模拟动画可以清楚地观察到机器人的运动和可能的碰撞。这可以让机器人的使用者测试机器人的路径，并保障没有碰撞的发生。

关键词：机器人碰撞检测非实时三维动画轨道仿真

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面向航空发动机整体叶盘的机器人磨抛路径规划研究

面向航空发动机整体叶盘的机器人磨抛路径规划研究

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作者：王圆明华中科技大学

学位级别：硕士

作为航空发动机的核心零部件,整体叶盘的表面加工质量直接影响着航空发动机的综合性能。目前整体叶盘的磨抛加工以人工为主,存在磨抛效率低、表面一致性差等问题,且加工环境恶劣,对工人健康不利。工业机器人的快速发展为整体叶盘的磨抛... 详细信息

作为航空发动机的核心零部件,整体叶盘的表面加工质量直接影响着航空发动机的综合性能。目前整体叶盘的磨抛加工以人工为主,存在磨抛效率低、表面一致性差等问题,且加工环境恶劣,对工人健康不利。工业机器人的快速发展为整体叶盘的磨抛加工提供了新思路,但整体叶盘的机器人磨抛加工技术也存在着以下一些问题:由于整体叶盘叶片弯扭严重、叶片间流道深而窄,磨抛加工时刀具极易与叶盘发生干涉;受机器人的结构特性约束,不合适的运动姿态会导致机器人存在不可达、奇异点和碰撞问题;如何提高加工效率、减少加工能耗也是机器人磨抛加工整体叶盘的热点。针对这些问题,本文开展了相应的整体叶盘机器人磨抛路径规划研究工作。首先,针对刀具与叶盘的全局干涉问题提出了整体叶盘无干涉刀具轨迹生成方法。然后对将生成的刀具轨迹经机器人运动学逆解转化为机器人加工路径,并通过碰撞检测算法对机器人的运动进行碰撞检测。针对机器人加工过程中存在的一系列问题,提出了一种整体叶盘装夹位姿优化算法进行解决。最后,利用UG二次开发对前述研究成果进行了软件集成。本文主要研究内容及创新性成果如下:1、整体叶盘无干涉刀具轨迹生成。以等参数法确定行距、等弦高法确定步长生成初始刀具轨迹,随后利用叶片表面离散点到刀柄轴线的最短距离进行全局干涉检测,并通过投影法精简离散点数量,提高检测效率。最后以最小旋转角调整刀具姿态进行避碰处理,同时通过控制材料去除深度消除刀具姿态调整带来的过抛问题,保证叶片表面加工质量。2、机器人机械臂碰撞检测。通过D-H法对柯马机器人进行正逆运动学建模,将无干涉刀具轨迹转换为机器人运动路径。针对机器人运动过程中的碰撞问题,提出了一种基于OBB包围盒的碰撞检测算法。算法分为两步,首先利用包围盒主轴轴线段间的最短距离对碰撞情况进行初步快速检测,排除不可能发生干涉的包围盒对象;第二步对剩余可能发生碰撞的包围盒之间采用分离轴检测法进行精确碰撞检测,从而完成对机器人机械臂及其它工作单元之间的碰撞检测。3、基于粒子群优化算法的整体叶盘装夹位姿优化。对于前述机器人机械臂与其他工作单元间的碰撞问题,以及由机器人本身结构特性造成的不可达和奇异点问题,分别构建相应的约束函数,同时构建以减少加工时间和能耗为目的的目标函数。基于约束函数和目标函数,采用粒子群算法对整体叶盘装夹位姿进行优化,获得最优装夹位姿。仿真及实验表明,所提出的优化算法不仅解决了机器人加工过程中的奇异点和碰撞问题,同时也使加工时间缩短了26.1%。4、基于UG二次开发的整体叶盘磨抛软件开发。利用UG二次开发对本文研究成果进行软件集成,实现了整体叶盘的机器人磨抛刀具路径自动规划。所开发的软件具有“刀具-工件”干涉检测、无干涉刀具轨迹生成、机械臂与工作台等工作单元的碰撞检测、整体叶盘装夹位姿优化以及机器人后处理程序生成等功能,提高了整体叶盘机器人磨抛加工的自动化程度。通过磨抛实验,叶片表面粗糙磨抛前1.406μm,磨抛后0.358μm,磨抛效果明显,验证了软件的实用性。

关键词：整体叶盘机器人磨抛刀具干涉检测机器人碰撞检测工件装夹位姿优化

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