随着人类文明的进步,社会科技的日新月异,人类对机器人的要求越来越高,单台机器人无论从工作空间、动力还是工作效率都无法满足人类的需求,多机器人协同作业已经成为了一种趋势。多机器人联合吊运系统应用在恶劣工况下(如核辐射环境、地震救灾、空中或海底救援等)具有较大的实用价值。本论文以三台工业机器人为例,拟从缆系式紧耦合多机器人系统模型和限定条件的数学描述出发,分析该类系统的独特性。首先建立多机器人联合吊运系统的数学模型,找到系统的位移约束、速度关系以及加速度方程,得到了从机器人关节角到吊运重物的位姿之间的关系表达式,建立了机器人、绳索、吊运重物的数学模型。在UG中建立机器人、绳索、重物的三维实体模型,将UG中的三维实体模型导入到ADAMS中,在MATLAB中建立多机器人联合吊运系统的数学模型,通过MATLAB控制ADAMS中多机器人联合吊运系统模型:从MATLAB中的数学模型中结算得出机器人的关节角控制信号,将机器人的关节角控制信号输入到ADAMS中多机器人联合吊运系统模型,控制ADAMS中多机器人联合吊运系统,将ADAMS中多机器人联合吊运系统重物位姿反馈到MATLAB中,完成闭环控制。建立多机器人联合吊运系统实体仿真模型:在上位机中建立多机器人联合吊运系统的数学模型,上位机将控制信号输入到运动控制卡,运动控制卡将信号转换输入到驱动器,驱动器驱动步进电机完成实体实验台架的运动,物体位姿传感器将感应到的重物位姿反馈到上位机中完成闭环的控制回路。对多机器人联合吊运系统的可行域研究,系统的可行域就是系统的工作空间,对于系统的整体研究有着重要的意义,在工业机器人三个关节角的范围、机器人的参数、绳索长度、机器人空间布局、重物与绳索结点坐标已设定的情况下,求解多机器人联合吊运系统的位置可行域,可以先根据单个机器人的运动学,由蒙特-卡洛思想随机取点机器人关节角的度数(在机器人关节角的可取范围内)得到机器人末端执行器的坐标,多机器人联合吊运系统的运动学是已知三个机器人末端执行器的坐标寻找吊运重物的位置坐标。在多机器人联合吊运系统数学建模时,建立了位移约束、速度关系、动力学方程等关系,求解吊运重物的坐标时,可以联立位移约束、速度关系方程式,假设吊运重物的三个欧拉角为零,吊运重物的处于静止状态,速度、加速度都为零,可以解得吊运重物的位置坐标。根据动力学方程,求解绳索受力,在吊运过程中,绳索受力为力平衡、力均衡,对此时位置可行域进行判断,得到符合要求的可行域中的点。根据蒙特-卡洛思想,可以多次重复此过程,得到吊运重物的位置可行域。设定工业机器人三个关节角的范围,在给定机器人的参数、绳索长度、机器人空间布局、重物与绳索结点坐标的情况下,吊运重物在空间某一点处的姿态可行域是一定的,可以得到系统位置工作空间中具体坐标点的姿态工作空间。在工业机器人三个关节角的范围、机器人的参数、绳索长度、机器人空间布局、重物与绳索结点坐标已设定的情况下,求解多机器人联合吊运系统的姿态工作空间,可以先根据单个机器人的运动学,由蒙特-卡洛思想随机取点机器人关节角的度数(在机器人关节角的可取范围内)得到机器人末端执行器的坐标,在多机器人联合吊运系统数学建模时,建立了位移约束、速度关系、动力学方程等关系,求解吊运重物姿态工作空间时,可以联立位移约束、速度关系方程式,取定吊运重物的空间坐标,吊运重物的处于静止状态,速度、加速度都为零,可以解得吊运重物的欧拉角。根据动力学方程,求解绳索受力,在吊运过程中,绳索受力为力平衡、力均衡,对此时姿态可行域进行判断,得到符合要求的欧拉角。根据蒙特-卡洛思想,可以多次重复此过程,得到吊运重物的姿态可行域。多机器人联合吊运系统逆运动学的求解:系统逆运动学就是找到机器人关节角度变化与吊运重物之间的运动学关系式,由于多机器人联合吊运系统中的变量较多,为了解除系统逆运动学的耦合情况,可以限制机器人末端执行器走直线,限定机器人末端执行器轨迹后,多机器人联合吊运系统逆运动学可以得到唯一解,为了得到逆运动学的数学解析表达式,可以将一般运动进行分解,成为六个自由度的分运动,通过求解得到关于六个分运动的数学表达式。最后,可以在虚拟仿真实验平台上验证逆运动学的真确性。开展缆系式紧耦合多机器人系统数学模型和工作空间等研究工作,是进一步研究该类系统规划控制问题的关键基础。通过对缆系式紧耦合多机器人系统的不断深入研究,可从基础和根本上探索出该领域的新概念、新方法和新应用,其研究结果也可用来指导操纵人员利用大型设备完成此类操作任务。