双机器人系统的协调轨迹规划问题研究.pdf

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1、机器人现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１３年第１１期倡双机器人系统的协调轨迹规划问题研究李平，张贤明，陈彬（重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心，重庆４０００６７）摘要：同时从时间优化和动态避碰的角度分析双机器人系统的协调轨迹规划问题。依照先规划后协调的原则，构造单机器人速度-路径相平面，利用机器人的最大加、减速度在该平面规划单机器人的时间优化轨迹。通过简单几何建模，利用空间物体间的最小距离对系统运动过程中的潜在碰撞实施检测，根据时间调整的协调机制，采用在初始位置插入最小时间延迟的方法获取双机器人时间优

2、化的无碰撞协调轨迹。最后，基于Ｍｏｔｏｍａｎ-ＵＰ６的双机器人仿真模型，验证了理论分析的正确性。关键词：双机器人协调系统；轨迹规划；时间优化；避碰中图分类号：ＴＰ２４２　文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１３）１１—００２５—０５Researchontrajectoryplanningofatwo-robotcoordinatedsystemＬｉＰｉｎｇ，ＺｈａｎｇＸｉａｎｍｉｎｇ，ＣｈｅｎＢｉｎ（ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｒｅｆｏｒＷａｓｔｅＯｉｌＲｅｃｏｖｅｒｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙｏｆ

3、Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＢｕｓｉｎｅｓｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６７，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｉｍｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｄｙｎａｍｉｃｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｖｏｉｄａｎｃｅ，ａｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｔｗｏ-ｒｏｂｏｔｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｓｙｓｔｅｍ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｌａｎｎｉｎｇ-ｂｅｆｏｒｅ-ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｒｕｌｅ，ｔｈｅｔｉｍｅ-ｏｐｔｉｍａｌｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ

4、ｐｌａｎｎｉｎｇｗａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄａｔｔｈｅｍａｘｉｍｕｍａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｒｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙ-ｐａｔｈｐｈａｓｅｐｌａｎｅｏｆｓｉｎｇｌｅｒｏｂｏｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｉｍｐｌｅｇｅｏ-ｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｏｆｒｏｂｏｔ，ｔｈｅｃｏｌｌｉｓｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｒｏｂｏｔｓｗａｓａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄｂｙｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｓｈｏｒｔｅｓｔｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｂｊｅｃｔｓｉｎ３Ｄｓｐａｃｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｉｍｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｍｅｃｈａｎｉ

5、ｓｍ，ｔｈｅｔｉｍｅ-ｏｐｔｉｍａｌａｎｄｃｏｌｌｉｓｉｏｎ-ｆｒｅｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆｔｗｏｃｏｏｒｄｉ-ｎａｔｅｄｒｏｂｏｔｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｉｎｓｅｒｔｉｎｇａｍｉｎｉｍｕｍｄｅｌａｙａｔｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｗｏＭｏｔｏ-ｍａｎ-ＵＰ６ｒｏｂｏｔｓ，ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｐｒｏｖｅｄ．Keywords：ｔｗｏ-ｒｏｂｏｔｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｓｙｓｔｅｍ；ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇ；ｔｉｍｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｃ

6、ｏｌｌｉｓｉｏｎａｖｏｉｄａｎｃｅ后协调的原则，从时间优化和动态避碰两方面来研究０　引言协调双机器人系统轨迹规划的相关问题。工业生产中，当多机器人处于重叠工作空间时，为了提高工作效率，尽可能发挥单体机器人的工作潜１　单机器人基于时间优化的轨迹规划能，通常是利用某种合作机制将各机器人协调起［３］设机器人在关节空间的动力学模型为：［１］来，从而利用系统的并行处理能力来使各机器人同¨··τ＝M（θ）θ＋C（θ，θ）θ＋G（θ）（１）时完成各自任务。在进行系统运动规划时，应特别考n式中：τ为关节驱动力矩矢量，τ∈R，R为n维矢量空虑机器人之间的潜在冲突，因为此时各机器人间

7、已形成·n［２］间，n为关节个数；θ为关节位移矢量，θ∈R；θ为关节运动的且形状改变的动态障碍关系。要解决这一特·殊的运动规划问题，可以从路径规划和轨迹规划两方面n¨¨n速度矢量，θ∈R；θ为关节加速度矢量，θ∈R；M（θ）着手，前者主要是关于笛卡尔空间或关节空间的路径设·n×n为系统惯性矩阵，M（θ）∈R；C（θ，θ）为系统包含哥定，而后者则是在已知路径前提下的时间调整。·n×n本文以双Ｍｏｔｏｍａｎ-ＵＰ６关节机器人系统为研究氏力和离心力的系数矩阵，C（θ，θ）∈R；G（θ）为重n背景，从避免机器人间的动态冲突出发，依照先规划力作用矢量，G（θ）∈R。倡重庆市

8、自然科学基