基于多机器人的H型钢火焰切割系统的路径规划研究

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。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 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点

3.2.2 碰撞规避方法选择

3.3 切割流程

3.3.1 现行切割流程

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 C-MEX接口函数编写

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