與傳統(tǒng)的單臂機(jī)器人相比,雙臂機(jī)器人更靈活,能適應(yīng)更復(fù)雜的工作任務(wù)并能與人更好地協(xié)作。但目前雙臂機(jī)器人的成本較高,因而不利于其產(chǎn)業(yè)化,且大部分應(yīng)用場(chǎng)景下雙臂的協(xié)調(diào)層次低,不能充分發(fā)揮雙臂的優(yōu)勢(shì)�；诖�,本文研制了一種雙臂協(xié)作機(jī)器人,并針對(duì)協(xié)同作業(yè)任務(wù)開(kāi)展雙臂緊協(xié)調(diào)下的柔順控制等相關(guān)研究。根據(jù)搬運(yùn)裝配等協(xié)同作業(yè)任務(wù)需求,確定雙臂協(xié)作機(jī)器人的功能與性能指標(biāo),并據(jù)此設(shè)計(jì)了該機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。該機(jī)器人由三種模塊化關(guān)節(jié)、轉(zhuǎn)接件、基座等組成。單臂具有7個(gè)自由度,使其更加靈巧;模塊化關(guān)節(jié)內(nèi)的機(jī)加工零件少,且設(shè)計(jì)了一體化的雙關(guān)節(jié),使機(jī)器人的集成度更高,可靠性與維護(hù)性更好。該方案給出了一種低成本、高集成度的雙臂機(jī)器人設(shè)計(jì)方式�；谠撾p臂機(jī)器人的構(gòu)型特點(diǎn),在任務(wù)受限的情況下,提出了基于全局圖搜索的冗余機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法。該方法將機(jī)械臂自身構(gòu)型用一個(gè)參數(shù)表示,將規(guī)劃路徑用另一個(gè)參數(shù)表示,從而構(gòu)成二維圖,用圖搜索算法尋找可行解,最后再在關(guān)節(jié)空間中進(jìn)行規(guī)劃。該算法能在滿足末端定位定姿要求的前提下,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了障礙回避、關(guān)節(jié)極限回避等目標(biāo),并能夠保證多次規(guī)劃的路徑一致。針對(duì)搬運(yùn)任務(wù)下雙臂形成封閉運(yùn)動(dòng)鏈的復(fù)雜問(wèn)題,提出一種... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-1雙臂機(jī)器人

?習(xí)璠27]。Zheng[28]等人研究雙臂協(xié)調(diào)下的運(yùn)動(dòng)學(xué)約束，從臂按照主臂的運(yùn)動(dòng)而跟隨運(yùn)動(dòng)，提出根據(jù)主臂的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃從臂的軌跡。Liu[29]等人從位置級(jí)、速度級(jí)、加速度級(jí)三個(gè)層級(jí)對(duì)雙臂的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分解，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了提出的算法，但缺少實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。Zhu[30]等人用兩個(gè)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行雞蛋抓取實(shí)驗(yàn)，提出了抓取中的控制規(guī)劃方法。VahrenkampN[31]等人對(duì)雙臂執(zhí)行任務(wù)的規(guī)劃提出了一種解決方法。其首先確定在給定位置的機(jī)械臂構(gòu)型，再基于采樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法進(jìn)行規(guī)劃，該規(guī)劃方法實(shí)現(xiàn)了使用ARMAR-III在廚房中執(zhí)行任務(wù)，如圖1-2所示。圖1-2人形機(jī)器人抓盤(pán)子1.2.3雙臂機(jī)器人柔順控制方法被動(dòng)柔順依靠彈簧等儲(chǔ)能元件實(shí)現(xiàn)功能，然而存在剛度較低、通用性差等缺點(diǎn)，所以需要進(jìn)行主動(dòng)柔順控制研究。主動(dòng)柔順控制包括力/位混合控制、阻抗控制、自適應(yīng)控制等。Uchiyama[32]實(shí)現(xiàn)了雙臂的力位混合，雙臂不再區(qū)分主從，使用同一控制器。通過(guò)選擇矩陣可以根據(jù)需要選擇不同方向上需要控制的量，如某些方向上對(duì)力要求更高，需要控制接觸力；而另一些方向上對(duì)位置的要求更高，則控制位置。Hogan[33]首先給出阻抗這個(gè)概念，該方法影響深遠(yuǎn)，為接下來(lái)的研究與改進(jìn)奠定了基矗Whitney[34]提出的剛度控制方法將測(cè)量的力信號(hào)轉(zhuǎn)化為位置修正量，從

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-而使機(jī)械臂表現(xiàn)出適應(yīng)性。Salisbury[35]提出的阻尼控制將測(cè)量的力信號(hào)轉(zhuǎn)化為速度修正量。Sadeghian[36]等提出了具有零空間柔順的任務(wù)空間控制方法。阻抗控制在單機(jī)械臂上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并在向雙臂上拓展。Yan[37]等針對(duì)雙臂末端操作力分配的問(wèn)題，提出了兩種力分配方式，基于這兩種力分配方式，提出了雙臂的協(xié)同阻抗控制，如圖1-3所示，實(shí)驗(yàn)中雙臂協(xié)同處理可更換模塊。Yan[38]等針對(duì)雙臂抓取移動(dòng)物體進(jìn)行研究，分抓取前、接觸過(guò)程中與抓取后三個(gè)階段分別進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與阻抗控制優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖1-4所示。Schneider[39]等給出了物體的阻抗控制方法，但該方法需要準(zhǔn)確的物體動(dòng)力學(xué)參數(shù)。自適應(yīng)控制有模型參考自適應(yīng)與自校正兩種方法[40]。Rahimi[41]等針對(duì)人機(jī)交互中環(huán)境參數(shù)未知，機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)未知等問(wèn)題設(shè)計(jì)了一套控制方法，自適應(yīng)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)與阻抗參數(shù)，使內(nèi)環(huán)能精確跟蹤軌跡，外環(huán)能順應(yīng)人的意圖。Li[42]等通過(guò)使用兩個(gè)傳感器分別用于人機(jī)之間的交互和機(jī)器人與環(huán)境之間的交互來(lái)解決人-機(jī)-環(huán)境共同作用下機(jī)器人的自適應(yīng)控制問(wèn)題。Dimeas[43]等人指出在人機(jī)交互的過(guò)程中阻尼參數(shù)是最重要的參數(shù)，而一般不需要?jiǎng)偠葏?shù)。圖1-3雙臂協(xié)同處理可更換模塊圖1-4雙臂抓捕移動(dòng)物體

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]美國(guó)Rethink Robotics發(fā)布Intera 5軟件平臺(tái)[J].   物流技術(shù)與應(yīng)用. 2017(03)
[2]ABB推出面向未來(lái)的人機(jī)協(xié)作產(chǎn)品:YuMi雙臂機(jī)器人[J].   自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用. 2014(09)
[3]浙江大學(xué)成功研制大型仿人機(jī)器人[J]. 吳浪,周煒.  科技創(chuàng)新與品牌. 2011(11)

碩士論文
[1]七自由度仿人機(jī)械臂直接示教方法研究[D]. 赫向陽(yáng).華中科技大學(xué) 2017
[2]六自由度機(jī)械臂阻抗控制方法研究[D]. 謝心如.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[3]機(jī)器人宇航員全身協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及雙臂柔順控制研究[D]. 鄭彥寧.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[4]冗余靈巧臂的示教學(xué)習(xí)[D]. 沈瓏斌.浙江大學(xué) 2014



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