机器人避碰约束的人机协作拆解序列规划研究

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再制造的发展有利于保护环境和节约资源。作为再制造的重要步骤,废旧产品拆解往往是由人或者机器人单独完成。人工拆解虽然灵活度较高但拆解效率较低,机器人拆解虽然稳定高效但灵活性较低,较难灵活拆解具有复杂结构的零件。人机协作拆解指人和机器人在一个工作空间内协同工作,发挥各自拆解能力的优势,共同完成拆解任务。在人机协作拆解过程中,考虑到机器人的结构和运动特性,机器人需要将协同工作区间内的人体视为障碍物进行避碰运动,避免人与机器人发生碰撞。在执行拆解任务之前,研究拆解序列规划有利于提高拆解的效率。因此,研究机器人避碰约束的人机协作拆解序列规划具有重要意义。针对上述问题,本文将对机器人避碰约束的人机协作拆解序列规划方法进行深入研究,其主要研究工作如下:(1)机器人避碰约束的人机协作拆解信息模型构建。对机器人避碰约束的人机协作拆解问题进行分析与描述,建立产品拆解约束模型,将产品的物理约束关系通过数学模型表示出来并进行拆解可行性分析。根据人与机器人各自拆解能力的特点对零件拆解任务进行分类并生成可行的人机协作拆解序列。建立工业机器人运动学模型和面向产品拆解过程的人-机器人包围盒模型,结合本文提出的机器人避碰算法提出机器人避碰约束的人机协作拆解信息模型。(2)机器人避碰约束的人机协作拆解序列规划算法研究。在机器人避碰约束的情况下,制定人机协作拆解序列的评价指标,在此基础上,提出机器人避碰约束的拆解点移动时间计算方法,将机器人在不同拆解点间的避碰轨迹移动时间作为总拆解时间的一部分。提出一种改进的离散蜜蜂算法,设计一种考虑机器人拆解点移动时间的邻域搜索策略,提高算法的求解效率和质量。最后以联轴器为例,对所提出的算法进行有效性和性能对比分析实验。(3)人机协作拆解序列规划原型系统设计与实现。基于构建的机器人避碰约束的人机协作拆解信息模型以及提出的人机协作拆解序列规划方法,设计并开发人机协作拆解序列规划原型系统,为人机协作拆解过程中的涉及到的相关资源提供统一的调度和管理服务。该系统主要包括拆解资源管理模块、产品配置文件上传模块、拆解任务分配管理模块、机器人避碰轨迹及移动时间生成模块以及拆解序列规划服务模块。通过系统规划得到的最优拆解方案指导实际的拆解过程,提高废旧产品的拆解效率。
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