基于可重复性优化的冗余机器人运动控制研究

2019-10-21徐恩华徐燕吕晓静

科技风 2019年3期

徐恩华　徐燕　吕晓静

摘要：针对机器人自由度冗余导致系统多解、实时求解困难等问题，设计了一种基于可重复性优化的冗余机器人实时求解方法。机器人的运动控制解包括两部分：保证机器人完成给定运动的特解与实现可重复性优化的齐次解；同时设计了一个实时变化的速度系数，保证了机器人在整个运动周期中速度的平滑性。以平面四关节机器人为对象的仿真验证了所设计方案的有效性。

关键词：可重复性；冗余机器人；运动控制

中图分类号：TP241.2

Abstract：A real.time solution method for redundant robots based on repeatability optimization is designed to solve the problems of multi.solution and real.time solution caused by redundancy of robot degrees of freedom.The motion control solution of the robot consists of two parts：one is to ensure the robot completes the special solution of given motion and the other is to realize the homogeneous solution of repeatability optimization；the other is to design a real.time variable velocity coefficient to ensure the smooth speed of the robot in the whole motion cycle.The effectiveness of the proposed scheme is verified by simulation of a planar four joint robot.

Key words：repeatability；redundant robots；motion control

1 緒论

随着“工业4.0”与“智能制造2025”战略的深入实施，机器人作为现阶段重要的智能化、自动化生产设备，其应用日益广泛。[1]传统的工业机器人（如SCARA、六轴串联机器人等）收到机械构型的限制，在灵活性上有诸多不足，相比之下，冗余机器人具有更高的自由度，能够使机器人在完成给定任务的同时，实现避奇异、避障、速度优化等任务，大大提高机器人系统的灵活性，成为当前学术界研究的热点。[2]现阶段，大部分机器人被安排来进行周期性的操作，如码垛、焊接等，因此冗余机器人重复性的好坏直接影响了机器人的稳定性与可靠性。[3]

基于伪逆方法，本文设计了一种基于可重复性优化的冗余机器人实时运动控制策略。机器人的运动控制解包括两部分：保证机器人完成给定运动的特解与实现可重复性优化的齐次解；同时设计了一个实时变化的速度系数，保证了机器人在整个运动周期中速度的平滑性。

2 系统建模

4 仿真研究

在平面4自由度机器人平台上，进行仿真验证。机器人的DH模型如下表所示。

图4所示为机器人关节角随时间变化的情况。机器人给定轨迹的周期为π，在设计的控制率作用下，机器人的关节角能够在t=π，2π，3π...时刻保证q（t）=q（0），说明系统有良好的可重复性。

5 结论

针对冗余机器人的重复性任务，设计了基于可重复性优化的运动控制策略。雅克比null空间中的速度分量保证了机器人的重复性。同时，动态的速度分量权值保证了机器人关节运动的平滑性。

参考文献：

[1]高涵，张明路，张小俊，等.冗余机器人的任务优先级轨迹规划方法[J].机械科学与技术，2018（1）：24.29.

[2]魏巍，魏征.冗余机器人技术及其在焊接机器人领域的应用[C].2013中国焊接产业论坛，2013.

[3]段晋军，甘亚辉，戴先中，等.基于可操作度评价的冗余机器人逆解求解方法[J].华中科技大学学报（自然科学版），2015（s1）.

[4]贾庆轩，吴楚锋，陈钢，等.考虑关节限位的冗余度机器人重复性路径规划研究[J].高技术通讯，2013，23（5）：476.483.