双机器人协调主对控制策略的研究.pdfVIP

双 机 器 人 协 调 主 对 控 制 策 略 的 研 究冰 口 王殿君 ， 口 冯玉倩 口 唐路璐 ： 1．北京石油化工学院 机械工程学院 北京 102617 2．北京化工大学 机 电工程学院 北京 100029 摘 要：随着社会的发展．机器人的应用范围逐渐扩展，作业要求不断提高，多机器人协调控制成为研究热点问题。 针对 目前 双机协调 策略 存在的 问题 ，提 出了主对控审l策略 方法 ，设 计 了三级构架 ，给出 了双机 器人协调 的坐标 系；针 对主 对策略中的机器人碰撞检测问题，提 出了改进方法，并在仿真环境中验证了改进方法的有效性。实验结果表明，采用主对 控制 策略双机 器人协调 系统执行 效率提 高了 40．7％，为深入 开展双机 器人协调作业 系统奠定 了基础 。 关键词 ：双机协调 主对控制策略 碰 撞检 测 中图分类号 ：TH113．T2；TP242．6 文献标识码 ：A 文章编号：1000—4998(2013)02-0015-02 多 机 器 人 系 统 协 调 控 制 包 括 控 制 策 略 和 控 制 算 法 。现有 的控制 策 略 可分 为 以下 3类 ：① 主从 控 制 策 略 ；② 对称控制策略 ；③混合位置／力控制策略。3种控 制 策 略 各 有 优 缺 点 ，主 从 控 制 简 单 直 观 ，易 于实 现 ，但 要 求 从 机器 人有 较 快 的 响应 速 度 ；对 称 控 制 策 略则 避 开 了这 一 点 ，但 计 算 量 大 ，需 要 高性 能 的计 算 机 ；混 合 位 置／力 控制 符合 人 类 的 思维 模 式 ，以控 制 对 象 为 主 ， 能 提供 较 好 的操 作 界 面 ，但 目前 缺 少测 量 物 体运 动 和 受 力 的传 感器 ，实 用性 不 强 l 。 本 文 简要 介 绍 了 双 机 器人 协 调 控 制 体 系 结 构 ，提 出将 主从 控 制 和 对 称 控 制 相 结 合 的 主 对 协 调 控 制 策 略 ，并 对 碰撞 区域 检测 进 行 了理 论 分 析 ，并 在仿 真 环 境 下 进 行 双 机 器 人 协 调 运 动 控 制 实 验 。 1 协调控制体 系结构 采 用 分 层递 阶结 构 ，建 立 一 个 3级 体 系结 构 的双 机 器 人 协 调 控 制 系 统 ．系 统 框 图 如 图 1所 示 。该 系 统 分 3层 ．上层 为 计算 机 控 制工 作 站 ，其 CPU 主频 为 2．99 GHz， 内 存 1G， 操 作 系 统 是 Windows XP， 并 安 装 国家“863”高新技术发展项 目(编号：2o07AAo4z255) 中国科协科普发展对策研究专项资助 (编号：2011KPYJD08、2012KP YJD03) 北京市属高等学校人才强教计划资助项 目(编号：PHR200907221、PH R201008355) 收稿日期：2012年9月 机械制造51卷第582期 Motocom32通 信 数 据 包 和 机 器 人 离 线 编 程 与 仿 真 环 境 软件 。可 进行 机 器人 协调 作 业 的离 线编 程 和仿 真 、无 碰 撞 路 径规 划研 究 等 ．可 以直 接 将仿 真 结果 输 出到 中 间 层 ，进 而控 制 机 器 人 仿 真运 动 。 中间 层 即 协 调级 ，由 ERCR—EA1400N—AA00、伺 服单 元 SGDR—EA1400N和 电源 接通 单元 JzRCR—NTUO1—1组成 ，该层 负 责机 器人 电源 控 制 、信号 通 信 、作业 的控 制 、协 调 以及 传 感 器 信 息处 理 ，主要 用 来接 收来 自上层 的命 令或 指令 ，对机 器 人进 行控 制 ，实现对 单 机器人 控 制或协 调控 制 。下 层为 执行 级 ，它 负 责单个 关 节 的伺 服 ，该 层 由多个 伺 服 电 机 、驱 动 器 等 组 成 ，执 行 位 置 闭环 、过 速 保 护 、伺 服 控 制 、轨迹平 滑 等任务 。 2 双机器人坐标系 双 机 器 人 坐 标 系 的 确 定 方 法 与 两 个 机 器 人 的 放 置 位置 有关 ，双 机器 人直 角坐标 系 如 图 2所示 E3,4 3。 假设 。为 主机 器人 ，R：为从 机 器人 ，两 机 器 人坐 标 系原 点 间距 离 D。D 为 b，则 D：相 对 于 D。的 坐标 为 (0，一6，0)；空 间 中任意 点 P相 对于 主机 器 人 中的坐 标 为 ( ，Y， )，则 相 对 于 R：从 机 器 人 中 的 坐 标 ( ，Y ， )表 达 式 为 ： f = I {=一6-y (1) l 3 双机器人主对协调