基于多机器人的H型钢火焰切割系统的路径规划研究

论文摘要

具有多机器人的切割系统能够更好的发挥潜能,如何进行路径规划,使得各机器人在不发生碰撞的前提下尽可能同时工作,从而尽快完成切割任务,对于提高切割工作的效率具有非常重要的意义。H型钢切割的路径规划并不是单纯的依靠数学方法,寻找一条时间最短的路径。由于系统配备多台切割机器人,因此在切割过程中涉及到了机器人碰撞的问题。同时,由于火焰切割自身的特点,在执行切割任务时,机器人的轨迹不能随意更改,因此给机器人的碰撞规避带来了相当大的难度。本文在对火焰切割系统进行分析的基础之上,根据切割任务的特点和要求,确定采用时间延迟的方式作为碰撞规避的方法,进而确定了路径规划方案,将切割机器人的路径规划问题抽象成多维有约束最优化问题。首先对切割任务的路线进行了初步的规划,将切割任务分为了多个阶段,在切割路径段的基础上添加了辅助路径段和延迟段,生成机器人的路径序列。然后详细的研究了切割机器人间的碰撞关系,提出了对切割机器人进行碰撞检测的方法,以碰撞检测的结果为基础构建最优化问题的约束条件。然后应用VC++和MATLAB混合编程的方法,导入路线初步规划和碰撞检测的结果,通过调用MATLAB中的最优化函数,求得延迟时间,完成路径的全部规划。最后以切割HM588x300型号的A型端部为例进行了路径规划,并应用MATLAB对规划结果进行了仿真。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 路径规划的国内外发展现状
• 1.2.1 传统方法
• 1.2.2 智能化方法
• 1.3 研究内容
• 第二章 多机器人H 型钢火焰切割系统
• 2.1 机械结构
• 2.2 控制软件系统
• 2.2.1 控制系统原理
• 2.2.2 硬件平台
• 2.2.3 控制软件
• 2.3 小结
• 第三章 切割系统的路径规划方案
• 3.1 路径规划的任务
• 3.2 碰撞规避的方法确定
• 3.2.1 多机器人切割系统的碰撞特征
• 3.2.2 碰撞规避方法选择
• 3.3 切割流程
• 3.3.1 原切割流程
• 3.3.2 改进后切割流程
• 3.4 路径规划的数学模型及方案
• 3.5 小结
• 第四章 碰撞检测
• 4.1 切割机器人运动学分析
• 4.2 碰撞检测方法
• 4.2.1 碰撞形式分析
• 4.2.2 检测方法选择
• 4.2.3 碰撞检测模型
• 4.3 碰撞关系模型
• 4.4 碰撞检测流程
• 4.5 检测结果处理
• 4.6 小结
• 第五章 最优化软件实现及路径规划仿真
• 5.1 最优化软件实现方案
• 5.2 VC 和MATLAB 的混合编程实现
• 5.2.1 MATLAB 与VC++接口
• 5.2.2 约束条件的C-MEX 函数编写
• 5.2.3 COM 组件编写
• 5.2.4 VC++调用COM 组件
• 5.3 路径规划仿真
• 5.3.1 规划对象描述
• 5.3.2 路径段序列
• 5.3.3 碰撞检测结果
• 5.3.4 最优化结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢