多机器人的协同搬运和装配作为多机器人协同系统的主要应用方向,目前市场需求旺盛。其核心技术涉及协同控制、轨迹插补等方面,是多机器人领域的研究热点。随着协同系统在高负载、高柔性和高灵敏度等高性能方向的不断发展,多机器人对协同搬运的载荷分配、力误差控制、路径优化等方面提出了更高的要求。本文建立多机器人协作系统的机构运动学和动力学模型,基于V-REP和MATLAB软件研究多机器人协作的协同控制方法,运用四元数理论进行旋转路径插补,并对现有工业机器人平台的速度插补方式进行优化。主要研究内容如下:(1)建立双机器人系统模型,采用D-H参数法建立工业机器人的关节笛卡尔坐标系模型。结合运动学和动力学理论,系统推导了RS系列机器人的运动学参数以及一般机器人的动力学迭代形式。采用MATLAB软件中的Robotic Toolbox工具箱验证双机器人系统建模准确性,为后续路径规划与控制系统的搭建奠定基础。(2)分析双机器人协同搬运工况的夹持特征和受力状态,建立协同搬运系统的数学模型。依据主从机器人二阶阻尼系统的数学模型,采用双机器人主从协同控制模式,分别设计力/位控制策略。提出主机器人采用基于理想位置的优化模糊自整定位置控制,从机器人采用基于主机器人位置偏差的优化细菌觅食算法的阻尼控制,并设计其控制模块,最后对整个控制器模块进行联合仿真。仿真结果表明:相比常规PD控制,本控制方法可减少约40%的最大追踪误差,且有效消除了力追踪过程中的过零振荡现象,提高了系统的实时追踪动态性能。(3)依据双机器人协同旋转作业工况,提出一种基于四元数的路径圆弧插补方法,通过坐标旋转与坐标位置插补规划路径控制点。将路径圆弧初始控制点的姿态和位置表示为齐次变换矩阵,提取旋转矩阵与坐标向量两部分。旋转矩阵部分用四元数进行坐标旋转插补,控制点坐标向量部分由空间关系进行位置插补,求解出位姿齐次矩阵的通解。最后,通过逆运动学求解插补控制点的关节角集合。结合协同旋转与协同搬运的实际工况,针对性地设计速度插补优化算法。提出基于梯形曲线的全局前瞻处理,对旋转路径段进行匀速运动规划。在速度瞬时拐点附近对搬运路径进行旋转过渡曲线拟合,并将梯形曲线拟合为等效正弦加速度曲线,生成完整的速度插补轨迹。该轨迹插补算法很好规划出协同示教路径,有效提升了机器人运行中的速度平滑性。