安川莫拓曼多机协同工作 依据现场环境的不同,可将安川机器人系统协调分为:每个机器人在共享工作空间内独立执行各自的任务和所有机器人协调完成一项给定的任务两大类。双机或多机器人协同工作通常有以下特点:
(a)两台或多台机器人抓住同一物体或构成特定形位关系后,形成一个闭式运动链,两个操作臂之间的运动姿势形成一定的运动约束关系。
(b)双臂协调的动力学比单臂更为复杂,双臂协调作业时的两个动力学方程可组合成单一的动力学方程,但维数的增加及相互耦合的关系使求解困难。
(c)双臂协调的控制结构比单臂的复杂,要实现不同机械臂间的协调运动控制,必须在机器人原控制系统之上增加协调控制级。
多机器人协同工作的基础条件 多机器人协调作业是焊接机器人协调控制研究的基础,在这方面作了较突出的工作,其将两个机器人分为主动机器人和从动机器人,主动机器人的关节位移、速度和加速度根据运动规划预先给定,而从动机器人的对应值则通过机器人系统的主从关系来确定,并且首次推导出两个机器人在特定工作条件下末端执行器的位姿齐次约束方程,进而又将这一结果扩展到关节速度、加速度和广义力的约束方程。双臂协调机器人系统中一个机器人刚性地抓住物体的一端,另一个机器人在抓住物体的另一端时可沿被抓物体表面相对移动的情况进行了运动学研究,得到了从动机器人的广义解。毛祖铁用回转变换张量的方法推导出两个机器人相对位姿保持不变,但两机器人同时有运动,以及两机器人均有运动,且其中一个机器人相对另一个机器人有相对运动规律两种情况下的运动学协调条件。杨成梧等针对双臂协调机器人两手同时抓持同一物体运动时的结构与工作特点,由主手的运动状态推导出从手在其自身坐标系中的运动状态。汤宇松等以空间复杂边缘跟踪任务为对象,基于矢量方程的方法在笛卡尔空间内提出了利用机器人双手协调解决此类问题的基本策略方法,为弧焊机器人系统协调控制研究提供了良好的借鉴。
汽车行业中的多机器人智能化焊接 在工业应用中,多机器人协调系统多采用集中式控制,由一个中央控制单元对整个系统进行规划和决策。单个机器人只拥有很少的自主性或无自主性。每个机器人收集到的数据都发送给控制中心,然后由控制中心为所有的机器人制订动作。由于所有机器人的运动都由控制中心来控制,所以多机器人的协调与冲突问题比较容易解决。
现代化焊接工厂已向数字化、信息化、自动化、集成化、柔性化和智能化方法发展,尤其在航空航天大型空间曲线结构件,焊接变形影响,焊缝轨迹复杂,需要多个机器人、变位机共同作业,必须需要外部的传感系统,以及机器人仿真系统、焊接变形模拟系统等辅助下,才能实现大型构件的机器人智能化焊接。
如何做到双机或多机协调运动 双臂协调运动控制时,主要有以下几种实现方案,即位置—位置控制、位置—力控制及动力学控制。位置—位置控制是机器人双臂协调研究过程中首先发展起来的一种控制方法,在位置控制方式下,控制主动机器人按预先规划的轨迹运动,而从动机器人则沿着由主动机器人轨迹导出的轨迹运动,实现了主从机器人间的协调运动。位置—位置控制时,由于每个机器人的依从性差,在刚性连接条件下运动位置误差将产生内应力,因而这种方法只适用于低速运动和非刚性连接的运动。为了克服上述不足,人们提出了位置—力控制,即主动机器人为位置控制,沿预先规划的轨迹运动,而从动机器人为力控制,利用腕部的力传感器所获得的力信息跟随主动机器人进行反馈运动控制。根据双臂机器人的运动学和静力学公式,成功地应用了混合位置—力控制。为保证机器人运动的精确性和良好的动态响应,研究人员在机器人双臂协调运动的研究中提出了动力学控制方案,应用非线性变换方法研究了双臂协调时两个机器人操纵单一物体的动力学混合控制算法,并把物体间的内力作为一个控制量来消除,只考虑物体位置时的逆动力学冗余问题,取得较好的控制效果。
目前焊接领,我们见到最多的焊接机器人品牌中 Motoman机器人和OTC机器人都建立了系统协调运动的控制算法,基于主机器人焊枪末端位置和姿态,以工件基准轨迹为对称面,经过运动学坐标变换,推导出背面从手机器人工具末端的运动路径点,从而控制从手跟随主手协调运动,实现了双面双弧焊机器人焊接。在机器人弧焊领域,日本一些机器人专家提出了基于位置的弧焊机器人与变位机的协调运动控制算法。一种基于用户坐标系的双机器人焊接系统,分别在工件上建立用户坐标系,在用户坐标系进行位姿转换,此模型不需要机器人本身运动模型即可实现双机器人的协调运动。
更多关于机器人多机或双机协同工作的,我们将在后续的产品和文献中,将陆续推出更为详细的案例。敬请大家关注我们的网站(www.xhc-robot.com) 或扫一扫添加苏州新和川机器人自动化的二维码(主页的左下方)。
本文由苏州新和川机器人自动化有限公司(www.xhc-robot.com)整理提供(安川MOTOMAN机器人、OTC机器人集成商)。