【摘要】：工業(yè)機(jī)器人已在汽車、航天、醫(yī)藥等多制造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,給人們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了極大的便利。隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人不再是完全替代人,而是需要與人協(xié)同工作,共同完成復(fù)雜的任務(wù)。人機(jī)協(xié)作的一個(gè)關(guān)鍵因素是工業(yè)機(jī)器人安全性,即工業(yè)機(jī)器人在正常工作或故障情況下,都不會(huì)直接或間接傷害處在其工作空間之內(nèi)的人。因此,對(duì)工業(yè)機(jī)器人的主動(dòng)避碰和路徑規(guī)劃方法展開(kāi)研究,可以有效提高工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的安全性。針對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的避障研究主要是研究物體的避碰,而未考慮人是障礙物的問(wèn)題,本文深入研究人機(jī)協(xié)作環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人避障路徑規(guī)劃及其實(shí)現(xiàn)。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與碰撞檢測(cè)研究。根據(jù)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)理論及其本體數(shù)學(xué)參數(shù),建立工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)學(xué)正解,并求解工業(yè)機(jī)器人的工作空間。通過(guò)分析包圍球、AABB、OBB和K-Dops等常見(jiàn)包圍盒的性能,并結(jié)合實(shí)際的人機(jī)協(xié)作環(huán)境,提出基于圓柱體和包圍球的碰撞模型作為人機(jī)碰撞檢測(cè)模型,該模型簡(jiǎn)單高效,可以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。(2)人機(jī)協(xié)作安全策略與實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃研究。提出改進(jìn)的人工勢(shì)場(chǎng)法作為工業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法,在引力勢(shì)函數(shù)中引入關(guān)節(jié)角度距離,使規(guī)劃出的路徑更加平滑。將工業(yè)機(jī)器人末端點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離引入斥力勢(shì)函數(shù),解決傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)法的目標(biāo)不可達(dá)問(wèn)題。對(duì)于局部極小點(diǎn)問(wèn)題,采用建立虛擬目標(biāo)點(diǎn)的方法解決。改進(jìn)的人工勢(shì)場(chǎng)法計(jì)算速度快,實(shí)時(shí)性好,更適用于動(dòng)態(tài)的人機(jī)協(xié)作環(huán)境。針對(duì)人機(jī)協(xié)作中的安全問(wèn)題,提出基于精確運(yùn)動(dòng)速度控制的安全策略。在劃分工業(yè)機(jī)器人工作空間的基礎(chǔ)上,利用人機(jī)距離實(shí)時(shí)調(diào)整工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行速度,提高系統(tǒng)的安全性。(3)工業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)�；贗RB 1200工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)、Kinect V2傳感器等實(shí)驗(yàn)設(shè)備,結(jié)合虛擬仿真技術(shù),設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)工業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃系統(tǒng)。利用雙Kinect系統(tǒng)準(zhǔn)確采集人體骨架信息,并建立虛擬仿真系統(tǒng)驗(yàn)證算法性能,調(diào)整算法相關(guān)參數(shù)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的算法可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人整體的避障,且規(guī)劃出的路徑平滑,說(shuō)明算法是有效可行的。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP242.2
【圖文】：

速度與距離監(jiān)控功率和力的限制圖 1-1 ISO 10218 的四種人機(jī)協(xié)作方式身結(jié)構(gòu)的限制，傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人可以通過(guò)制定相關(guān)，解決安全保障問(wèn)題。協(xié)作型機(jī)器人通過(guò)改進(jìn)機(jī)械結(jié)機(jī)器人的靈活性和智能性。例如，KUKA 的 LBR 關(guān)節(jié)都配備了扭矩傳感器，力反饋和力控制十分方便的物理接觸；ABB 的 Yu Mi[5]機(jī)器人的臂身被軟墊包嵌入式安全系統(tǒng)，能夠和人“并肩作戰(zhàn)”。盡管協(xié)作小進(jìn)步，但由于技術(shù)和成本的限制，大多數(shù)協(xié)作型機(jī)負(fù)載能力，降低運(yùn)行速度以及增加額外傳感器的方式了效率差、精度低等問(wèn)題。目前，協(xié)作型機(jī)器人仍處的使用還有很長(zhǎng)一段路要走，而全球各地已經(jīng)部署了器人，在未來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人在位。因此，本文對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的避碰路徑規(guī)劃展

這種皮膚不僅可以測(cè)量接觸點(diǎn)的位置，還可以測(cè)量作用力的三個(gè)分量并估計(jì)出沖擊力矢量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，輕型機(jī)器人在有意或無(wú)意的人機(jī)接觸情況下，能夠采取適當(dāng)?shù)谋芘鲂袨�，控制機(jī)器人與人的相互作用，保證人員安全盡管協(xié)作型機(jī)器人具有更好的機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳感設(shè)備，但由于其生產(chǎn)成本高技術(shù)不夠成熟，目前并未得到大范圍的推廣。在實(shí)際工業(yè)制造、軍事以及航空等領(lǐng)域更多的是采用傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人，如圖 1-3 所示。（a）汽車生產(chǎn)線上的工業(yè)機(jī)器人 （b）排爆機(jī)器人

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本文編號(hào)：2729056