雙臂機器人的一體化智能關節關鍵技術研發
發布時間：2021-06-21 17:47:22 作者：顯揚科技
隨著《中國制造2025》的全面推進與實施，我國不斷地在提高制造業創新力、調整制造業結構、推動信息化與工業化融合等領域尋求突破，其中工業機器人技術正是我國制造業改革的重大契機。在我國勞動力成本日益增加，傳統制造業優勢漸微，工業機器人將成為我國制造業轉型升級的重要武器。
由于人民生活水平不斷地提高，個性化、小批量、多品種的制造需求已經成為制造業發展的不可逆趨勢。這種趨勢要求制造生產線更具柔性，工業機器人也必須更具智能化以滿足復雜多變的加工任務。然而，當前工業機器人的最廣泛的應用是為單個機器人獨立工作準備的，只適用于特定的產品和工作環境，并且依賴于特定的輔助設備和工裝夾具。對于復雜的工作任務及多變的工作環境，單個機器人的能力明顯不足。
為解決此類問題，多機器人協同作業系統隨之走入了國內外學者的視野。相對于單機器人而言，多機器人系統擁有時間、空間、信息、功能和資源上的分布特性，在工業生產、軍事國防、社會服務等領域具有良好的應用前景。隨著分布式人工智能、機器人學、計算機科學和復雜系統研究的發展，多機器人協同作業已經成為機器人研究領域的熱點之一。
與單個機器人相比，多機械臂協同系統在應用領域中有著巨大的優勢：
(1) 多機器人系統可以完成需要協作的任務，例如導彈發射任務，必須由兩個機器人協作完成；
(2) 多機器人系統由于其內在的并行性，多個機器人可執行時間重疊的任務，完成任務可能具有更高的效率；
(3) 多機器人系統在功能上有所重疊，從而提高了系統的魯棒性和容錯性；
(4) 設計和制造多個相對簡單的機器人比單個復雜機器人更容易、更經濟；
(5) 功能不同的機器人或具有不同任務機器人可以進行協調工作，建立機器人之間的傳感信息互通，減少了額外的傳感設備費用。
隨著多機器人應用研究的不斷深入，國內外的機器人公司出現了利用機器人代替夾具的加工模式，該模式利用一個或多個機械臂替代工裝夾具對工件進行定位固持，同時由末端裝有執行器的操作臂完成對工件的加工。但雙臂模式的無夾具制造系統并未在機械加工領域得到大量的推廣和普及，其主要原因就在于雙臂模式時只有單個機械臂夾持工件，其系統精度和動態穩定性滿足不了加工要求。
機器人剛度是影響系統動態性能和定位精度的主要因素，由于機械臂為懸臂梁結構，結構穩定性差，機構的整體剛度要明顯弱于傳統制造工具。既然單個機器人的能力不足，增大結構尺寸提升剛度又會增大機器人控制難度，研究者們從人類合作行為得到啟發，通過多個機械臂協同夾持解決機械臂系統剛度不足的問題。通過多個機械臂協同夾持工件，利用多個機械臂的合作來分解系統受到的加工力，使得加工變形得到了有效控制，系統的整體剛度性能得到了提升，機械臂系統整體定位精度和運動穩定性得到了保證。另外單個機械臂夾持工件在受力時會產生很大的附加力矩，而多臂協同系統可以通過機械臂的位形協調抵消系統產生的附加力矩，減少了加工過程中的不穩定因素，為機器人加工系統剛度不足提供了很好地解決方案。
多機械臂可以有效地提升機器人加工系統的剛性，但是如何判別某個機械臂對系統的整體剛度貢獻則需要對多臂協同系統的剛度模型作系統的描述。同時，系統對于各機械臂的配置未必是最合理的，系統的剛度性能還存在很大的提升空間。因此，通過對多機械臂協同系統剛度模型與性能的研究，利用多機械臂的冗余特性對其協同姿態進行優化對提升多機械臂系統的整體剛性有著重要意義。
備注：本文出自上海大學機電工程與自動化學院 汪博文 碩士學位論文《多機械臂協同加工系統靜剛度建模與優化研究》如有侵權，請聯系我們刪除。
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