【摘 要】
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自工业机器人问世以来,工业生产格局发生了很大变化。随着工业场景的复杂化以及任务的多样性,传统的六自由度工业机器人已不能完全满足需求。相比于传统六自由度机械臂,带有冗余关节设计的双臂七自由度机器人具有较好的容错性、柔顺性和避障能力,也提升了机械臂的工作效率。双臂协作也使机器人的作业能力得到巨大提升,双臂机器人的协作控制成为一个重要内容。机器人应用开发涉及到底层的数值计算、上层应用开发以及机器人位置控
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自工业机器人问世以来,工业生产格局发生了很大变化。随着工业场景的复杂化以及任务的多样性,传统的六自由度工业机器人已不能完全满足需求。相比于传统六自由度机械臂,带有冗余关节设计的双臂七自由度机器人具有较好的容错性、柔顺性和避障能力,也提升了机械臂的工作效率。双臂协作也使机器人的作业能力得到巨大提升,双臂机器人的协作控制成为一个重要内容。机器人应用开发涉及到底层的数值计算、上层应用开发以及机器人位置控制等问题,是一个繁琐过程。因此,对双臂机器人协作运动轨迹规划及机器人应用开发过程进行研究具有重要的应用价值。本文以七自由度双臂协作机器人为研究对象,研究了其运动学分析、协作运动规划、基于ROS的控制器开发方法等内容,具体如下:首先,研究了基于DH建模的双臂机器人运动学建模与分析问题。针对本文研究的七自由度双臂协作机器人,采用DH建模方法对机械臂进行运动学建模,采用齐次变换矩阵的方式进行正运动学描述,建立正向运动学方程;采用基于冗余度参数的方法求解机器人逆运动学;还借助MATLAB机器人工具箱对运动学分析结果进行仿真验证,验证结果表明了文章采用方法的正确性。其次,研究了基于约束保持算法的双臂机器人协作运动控制算法研究。针对双臂协作情况下的轨迹规划问题,首先探讨了非协作情况下的笛卡尔空间下两种常见轨迹的规划原理;然后基于约束保持理论,推导了两种协作情况下的双臂约束保持关系。再次,研究了基于ROS的机器人控制系统开发方法。在对ROS的基本运作原理进行系统阐述后,使用ROS平台及开发工具对前述推导的轨迹规划方法进行仿真验证。最后,研究了基于PC控制器的机器人伺服控制系统与ROS的通信接口开发问题。在该部分中,描述了基于EthereCAT总线的机器人伺服控制系统通信网络及PC控制界面开发,分析了 ROS通信接口开发方案,完成了 ROS和PC控制器的通信接口设计。
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