双臂机器人研究的现状与考虑.docx

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1、双臂机器人研究的现状与考虑摘要：本文在讨论了双臂机器人的作用特点的根底上，比拟具体地阐述了国内外对双臂机器人研究的现状及开展，并结合我国的实际情况提出了对双臂机器人今后研究方面的几点看法关键词：双臂机器人研究+考虑1引言Introduction当前工业机器人的应用是为单臂机器人单独工作的才能预备的，这样的机器人只适应于特定的产品和工作环境，并且依靠于所提供的专用设备和工夹具一般地，单臂机器人只合适于刚性工件的操纵，并受制于环境随着当代工业的开展和科学技术的进步，对于很多任务而言单臂操纵是不够的因此，为了适应任务的复杂性、智能性的不断进步以及系统柔顺性的要求而扩展为双手协调控制，即由两个单臂机器

2、人互相协调、互相配合的去完成某种作业但由于组成双手协调控制系统的是两个机器人，它们不可能是两个单手机器人的简单组合，除了它们各自共同目的的控制实现外，它们互相问的协调控制以及对环境的适应性就成为组合的关键这样双手协调控制机器人系统的进一步应用就受到了限制而双臂机器人能完成对于人来讲易于实现的功能双臂机器人比双手协调机器人更具有实用价值2双臂机器人的作用特点Actionandcharacteristicofdualarmrobot双臂机器人某种程度上可以比作两个单臂机器人在一起工作的情况，当把其它机器人的影响看作是一个未知源的干扰的时候，其中的一个机器人就独立于另一个机器人但双臂机器人作为一个完

3、好的机器人系统，双臂之间存在着依靠关系它们共享使用传感数据，双臂之间通过一个共同的联接形成物理耦合，最重要的是两臂的控制器之间的通讯，使得一个臂对于另一个臂的反响可以作出对应的动作、轨迹规划和决策，也就是双臂之间具有协调关系这在某种程度上可以看作象我们人体双臂的协调动作一样在一个躯体中的二个单臂相应于两个高程度的控制器，把所有动作的协调作为一个基准，那么，我们自己双臂的动作经过就包含着复杂的机械系统、躯体反应、视觉反应、肤体接触、滑移检测以及脑力等在内的数据源，并且用预先获取的数据来确认这资料数据的储存与处理才能这正是双臂机器人区别于两个单臂机器人组合的关键双臂机器人的作用特点主要表如今以下几

4、个方面：一是在末端执行器与臂之间无相对运动的情况下工作，如双臂搬运象钢棒这样的剧性物体，比两个单臂机器人的相应动作的控制要简单的多。二是在末端执行器与臂之间有相对运动的情况下通过两臂间的较好配合能对柔性物体如薄板等进展控制操纵，而两个单臂机器人要做到这一点是比拟困难的三是双臂机器人工作可以防止两个单臂机器人在一起工作时产生的碰撞情况四是双臂机器人的两臂可以各自独立工作用来对多目的的操纵与控制，如将螺帽放到螺钉上的配合操纵固然双臂机器人是在单臂机器人的根底上开展起来的，但由于双臂机器人作用的特殊性，不能简单地把对单臂机器人有关的研究结果搬到双臂机器人上因此，双臂机器人的研究成为机器人研究领域中的

5、一个特别重要内容3国外的研究现状与开展Currentsituationanddevelopmentabroad国外对双臂机器人的研究始于90年代初，研究工作主要在双臂的运动轨迹规划包括碰撞防止、双臂协调控制算法及操纵力或者力矩的控制等几方面对运动轨迹规划的研究主要是基于多机器人在同一环境下工作而无碰撞展开的这方面的研究工作通常分途径规划和轨迹规划两局部进展局部学者对沿着特定途径运动的机器人的双臂控制问题进展了比拟深化的研究他们利用机器人的动力学方程建立了考虑机器人动力特性的最优轨迹规划算法此外通过运用计算机仿真手段来找到每步运动的最正确道路，到达解决碰撞防止问题概括地讲这些研究较好地解决了二维

6、的运动轨迹规划问题，但对三维空间和具有冗余度的双臂运动轨迹规划方法和策略研究甚少双臂坍调控制是双臂机器人研究中的热门，而且大多数的研究也是以比照两个单臂机器人一起工作时的协调控制为出发点的双臂协调控制包括手与工作执行位置之同的相对运动的控制和对保证目的轨迹连续性的控制日本一些学者通过建立对坍调操纵性的评价，提出了相对可操纵度和相对操纵力度的操纵指标，在此根底上设计了知足操纵指标的工作位置与工作实际目的轨迹能分别指定的协调控制系绕的新的控制算法另外一些日本学者通过建立位置与力的混合控制理论，采用混合位置与力控制实验方式找出保证双臂协调控制的关节力或者力矩的最正确效果美国Sarkar等对两臂操纵一

7、个宏大物体时的协调控制提出了一个新的理论框架，这一理论框架不仅绐出了明确的目的运动的控制而且也明确了在两臂和目的之间通过控制在接触时滚动运动的接触位置控制算法是一个消除了动态及解耦输出的非线性反应这类双臂协调控制的研究都是针对某一特定作业要求所提出的双臂操纵力或者力矩的研究主要是进展对目的的操纵算法和优化控制力有些日本学者运用模糊神经网络的方法设计对目的的轨迹控制和操纵力大小的控制，提出了用于主神经网络控制器的DeltaBarDelta学习比率适应法另一些日本学者在双臂机械手对柔性薄板的操纵控制研究中，首先基于柔性薄板的有限元模型运用Lagrange方程推导出了薄板的静态变形与施加在薄板的弯曲

8、应力之问的关系，然后设计了一个借助于对薄板旋加的协力来操纵薄板的运动以及借助于对薄板施加的内力来控制薄板变形的控制算法，并通过工业机器人的实验证实所提出的控制系统是有效的日、美等国的研究人员凭借其先进的制造技术和手段以及雄厚的研究经费的支持，在对双臂机器人的研究中，正着重对微机器人双臂协调控制、双臂柔性动作协调控制以及对柔性物体操纵的双臂协调控制等方面开展理论和实验研究工作，以扩展机器人的工作才能和应用领域4国内的研究现状与开展Currentsituationanddevelopmentinthehome国内对双臂机器人的研究仅有两三年的时间由于我国制造业自动化技术程度和工业当代化程度与国外存

9、在着较大的差距，就单臂机器人本身的研究还处在仿制和应用起步阶段因此对双臂机器人的研究还刚剐界人受很多相关技术和研究条件的制约，目前国内对双臂机器人的研究主要涉及运动轨迹规划、动力学以及协调控制等方面运动轨迹规划的研究主要是确定双臂工作时的无碰撞途径规划以及协调运动上海交大机器人研究所对双臂机器人时间最优轨迹规划问题作了深研究，成功地运用动态规划法对措着特定途径运动的双臂机器人左、右臂进展了时间最优轨迹规划，进而保证机器人左、右臂在无碰撞的前提下，实现时间最优运动哈尔滨工业大学的研究人员以双臂自由飞行空间机器人为背景的自主规划运动控制研究通过建立双臂自由飞行空问机器人的运动学和动力学模型，得到微

10、重力环境下该双臂机器人的广义雅可比矩阵来描绘机械手末端速度和各关节角速度之问的关系，然后建立该双臂机器人在浮游状态下捕捉目的的任务规划算法及途径规划算法，井通过仿真系统验证其理论的正确性和算法的可行性信阳师院的研究人员在充分考虑双臂机器人机构特性条件下，应用递推算法建立双臂机器人机构在协调运动的速度约束方程以进步数值计算速度实现双臂机器人的实时控制动力学及协调控制方面的研究主要是确定双臂机器人在某位外形态下沿指定方向的传递性能和传力性能国防科大的研究人员提出了速度可操纵性测度和力可操纵性测度概念用于指导确定双臂机器人的最正确操纵位姿天津大学的研究人员针对受控多体系统提出了力约束的概念、力学描绘

11、及其性质通过引人偏角速度和广义力，Kane方程为根底建立了具有力约束的受控多体系统动力学方程，并实现了动力学求解燕山大学的研究人员讨论了多机械手协同系统的无内力抓取及相应韵动载分配方法，以用于对多机械手协同操纵系统的协调控制的进一步研究5对双臂机器人研究的几点看法Afewviewsforresearchofdualarmrobot就国内外对双臂机器人研究的现状而言，双臂机器人的研究还处在起步阶段大多数的研究都是建立在低自由度的双机械手或者两个单臂机器人一起工作的条件下的，并且对双臂悱调的控制研究大多是针对某一特定工作状况下所进展的理论讨论，尚缺乏对从软硬件整个系统方面的综合考虑因此，作为最接近

12、于模拟人的动作的自动化机器，对双臂机器人今后的研究提出如下几点看法：1双臂机器人作为多学科构成的综合系统应运用系统化方法寻求组成双臂机器人的机械系统、控制系统、感悟系统、电子电气系统等的最正确匹配方法和实现手段，以知足理论研究的需求2对双臂机器人的轨迹规划和位姿控制应采用动态规划方法研究在三维空间的运动特性和动力学特性十分是碰撞防止问题3双臂协调控制及其算法研究应建立在高自由度条件下，对其协调控制机理、实时控制、反应手段和方式多作讨论4柔性操纵是双臂机器人工作的一大特点，因此对于双臂机器人的柔性控制，十分是在具有冗余度条件下的柔性控制怎样从多解或者无数解中找出对目的的最适控制5怎样通过摄像获取的目的图象有效地转化为对目的操纵所需的信息包括它的处理才能、速度和获取的精度6驱动源的特性对双臂机器人操纵力或者力矩的影响，怎样优化电子电气线路以知足双臂机器人操纵时的力或者力矩的特性要求