可重构模块化机器人示教系统设计-广州大学.PDFVIP

第１６卷　第４期 广州大学学报（自然科学版） Ｖｏｌ．１６　Ｎｏ．４ 　２０１７年　８月　 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） Ａｕｇ．　２０１７ 文章编号：１６７１４２２９（２０１７）０４００６５０６ 可重构模块化机器人示教系统设计 吴文强，张春良，岳　夏，周　超，谢嘉亮 （广州大学机械与电气工程学院，广东广州　５１０００６） 摘　要：设计一种通用型的可重构模块化机器人示教平台．采用基于开放式、分布式的控制平台，融合示教器 人工示教功能和基于传感信息的自主示教功能，对示教系统的逻辑架构、控制策略、软件结构、以及示教运动模 式进行分析与设计．该模块化机器人的示教系统既满足人工示教功能要求，又满足自主智能化示教的要求．最 后通过对模块化机械臂的ＨＭＩ人工示教实验和对一种模块化攀爬机器人的自主示教实验，验证了示教系统的 可行性及相关关键方法的正确性． 关键词：可重构模块化机器人；模块化机器人；示教系统；自主示教 中图分类号：ＴＰ２４２　　　文献标志码：Ａ 　　智能制造２０２５给我国机器人产业的发展带 性，更加符合模块化设计思想． 来了很大的契机，目前已进入了新的临界点［１］．纵 作为可重构模块化机器人系统关键的组成部 观机器人的发展史，机器人的操作模式经历了遥 分，示教功能模块除具备机器人一般的人工示教 操作、主从操作、直接示教、离线编程、人机协作等 功能之外，还需要满足自身可重构的特点．此外， 阶段［２－６］，大体可分为示教编程模式和离线编程 还需满足一定的智能化要求，要求具备传感信息 模式．传统的示教模式由专用示教器驱动机器人， 融合能力，从而实现一定的自主示教规划功能，同 记录路径点，然后编制成机器人程序，操作过程较 时，在结构上应充分体现开放性、分布式的特点． 为繁琐、效率低，精度不能保证；离线编程模式脱 本文基于一种模块化机器人平台，设计一种通 离机器人本体，采用计算机仿真环境，在一定程度 用的开放式模块化机器人示教系统，该平台同时具 上减轻了操作难度，但实际机器人系统的复杂性 备手动示教、遥操作及自主／半自主示教等功能．该 限制了离线系统的可靠性和通用性，其应用推广 示教系统已在模块化机器人平台上得以应用． 程度也比较低． 模块化机器人拥有可重构性，类如积木，根据 １　示教系统需求 不同的需求，通过组合不同的基本模块即可获得 不同自由度数目的机器人，适应能力强，更具有柔 （１）一般需求．传统工业机器人一般采用示教 性［７］．可重构模块化方法使得系统的构建更加便 再现模式，其示教流程：手持示教器移动机器人到 捷，也更具有弹性．模块化机器人的操作方式同样 目标位置，记录位姿点，然后按照语言格式编制示 可分为示教方式和离线编程方式，但与固定构型 教程序．示教运动模式包括指定位置示教运动和 机器人相比，要具备更灵活的适应能力，统一的数 指定速度示教运动，示教坐标系包括关节坐标系、 学模型和控制结构是必要的．统一的数学模型包 笛卡儿坐标系２种．所设计的机器人示教系统应 括运动学模型、动力学模型等［８－１０］．其体系结构多 满足这些一般性的功能需求． 采用层次分明的分布式结构［１１－１２］，使得模块化机 （２）可重构需求．本示教系统的研究对象为一 器人的每个关节模块具有更强的自主性和独立 种自主开发的模块化机器人，该类型机器人由一 　　收稿日期：２０１７－０４－２０；　修回日期：２０１７－０５－０３ 　　基金项目：国家自然科学基金资助项目；广东省自然科学基金资助项目（２０１５Ａ０