冗余双臂机器人协调控制方法的研究

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1、分类号：TP242.2密级：公开UDC：62-5编号：201321202092河北工业大学硕士学位论文冗余双臂机器人协调控制方法的研究论文作者：杨德志学生类别：全日制学科门类：工学硕士学科专业：机械工程指导教师：李铁军职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringRESEARCHONTHECOORDINATIONCONTROLMETHODSOFREDUNDA

2、NTDUAL-ARMROBOTSbyYangDezhiSupervisor:Prof.LiTiejunMarch2016原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完

3、全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着冗余双臂机器人在人类生产、生活等各领域的广泛应用，其日益成为国内外机器人领域的研究重点。其中双臂协调控制技术是双臂机器人一个重要的研究

4、分支，本课题以双臂协调为研究对象，主要进行了双臂协调避碰及双臂协调搬运两方面的研究。首先，本文对冗余手臂的运动学及动力学进行了分析。依据MOTOMAN-SDA10冗余双臂机器人的结构尺寸建立了其运动学模型，并利用其手臂的冗余特性完成了手臂避奇异位形及避关节极限优化；针对系统中产生的误差进行了分析并建立了冗余手臂的闭环控制系统从而有效的减小了运动误差；分析了冗余手臂的动力学特性，并建立了其动力学方程。其次，针对双臂协调动作过程及人机协作过程中可能出现的碰撞情况，本文利用手臂的冗余特性并基于最大距离原则法

5、完成了双臂协调避碰及手臂主动避人优化。为弥补传统的最大距离原则法的缺点，本文对机器人连杆间距离进行了计算并建立一种新的距离指标确定方法；另外本文通过改进后的最大距离原则法提出了一种新的人机避碰方法，该方法可实现冗余手臂在进行自身任务的同时完成实时避人动作。然后，为实现双臂协调柔顺搬运物体及使物体对外界环境稳定响应，本文建立了双臂主从动作的阻抗控制方法。为克服传统主从控制中不适用于柔性体搬运的缺点，本文引入了双臂间相对误差并将其定义为双臂间的虚拟恢复力以引入双臂的阻抗控制模型中。为有效搬运物体及使操作对

6、象体对外界表现出阻抗特性，本文对操作对象体的静力学及动力学进行了分析，另外根据双臂协调搬运的特点建立了双臂间的物理约束关系，以建立双臂间的主从约束关系，通过上述分析建立了双臂协调搬运的控制方法从而实现了双臂的柔顺搬运动作。最后，对冗余双臂机器人运动学、协调避碰及协调搬运进行了运动仿真以验证本文所设计的协调控制方法的合理性及有效性。关键词：冗余双臂机器人，协调避碰，最大距离原则法，协调搬运，主从控制，阻抗控制IABSTRACTAsthedual-armrobotiswidelyusedinallsoci

7、alfields,theredundantdual-armrobothasbecomearesearchfocusalltheworld.Thetechnologyofcoordinationmanipulationmethodsforredundantdual-armrobotisanimportantresearchbranchofdual-armrobotandthisthesismainlyfocusontheresearchesofredundantdual-armcoordinationc

8、ollisionavoidanceandhandlingintheprocessofcoordinationaction.Firstly,inthispaper,thekinematicsanddynamicstheoriesofredundantarmareanalyzed.AccordingtothestructureandsizeofMOTOMAN-SDA10redundantdual-armrobot,thekinematicsmodelisbu