面向低压电器装配的多机器人协作控制与动态部署方法

【摘要】：我国低压电器产品快速朝着集成化、智能化方向发展,导致低压电器装配任务日益复杂,而传统低压电器装配线为单个机器人独自工作,工作范围存在局限性,无法满足现有复杂任务要求。传统机器人装配未考虑低压电器的装配轨迹,但它是装配质量和效率的重要影响因素。并且在传统机器人控制系统中,设备异构、遵循私有通信协议、缺乏动态特性等问题突出,因此,本文研究多机器人时间最优轨迹规划,基于DPWS协议开发一套统一的接口标准实现异构机器人间的通信协作,以及机器人设备和服务的动态部署,为提高低压电器装配机器人完成各种复杂任务的效率和保障其灵活性提供技术支撑。主要工作和成果如下:(1)针对多机器人协作问题,根据装配机器人参数建立单机器人运动学模型,针对不同的装配任务要求,研究了在关节空间以及在笛卡尔空间下的机器人末端轨迹规划。然后选择主从式控制方式建立了双机器人耦合运动模型,运用蒙特卡洛方法分析了双机器人的协作工作空间。(2)对于优化机器人工作轨迹,提高工作效率的问题,通过改进的混合粒子群算法解决效率优化问题,与其他经典算法进行对比分析,验证了该算法各方面的优越性。然后将混合粒子群算法应用于优化装配机器人的工作轨迹,在保证装配机器人关节运动平稳和满足各种约束条件的前提下,达到完成目标运动轨迹所耗时间最优,并通过仿真验证了该算法优化机器人协作控制问题的有效性。(3)针对当前装配机器人控制系统中存在的异构、自适应差、通信困难等问题,简述了DPWS中间件工作原理,基于XML、SOAP、WSDL三大技术构建机器人服务动态部署基本框架,构建了基于DPWS中间件的低压电器装配机器人流水线的整体控制架构。(4)基于动态部署框架和机器人整体控制架构,搭建软件开发环境,使用DPWS协议设计实现了装配机器人对等设备端和管理端。基于WSDL技术将设备服务实现为Web服务接口,并设计服务发现、服务托管、远程服务调用等功能实现对等设备端的互操作。管理端设计实现事件发布/订阅功能,实时监控特定机器人设备状态,并通过XML技术描述设备数据和服务等信息实现机器人设备和服务的动态部署,提高了机器人动态控制的自适应性。最后进行可视化界面设计,通过协作实验数据和系统性能测试验证了基于混合粒子群算法的协作方法和机器人控制部署软件的可行性。