与单臂机器人相比,双臂机器人具有更灵活的操作能力,能完成更加复杂的作业任务,因而具有广阔的应用前景。然而,双臂机器人系统的技术难度大,特别是协同作业时要求每个臂具有很好的同步性,另外,目前主流的双臂机器人系统,其主控制柜与机器人之间通过大量的电缆线进行连接,安装、调试及维护工作量大。基于此,本文研制了面向双臂操作的多层级无线化可配置协同控制系统,提高了双臂协同控制的实时性、同步性,并大大减小了电缆线的数量,为安装、调试及维护等工作带来了极大便利。根据双臂的作业任务特点,确定了双臂协同控制系统的技术需求和指标要求,提出了无线化分布式多层级控制系统方案,并定义了各层级的具体功能。所设计的控制系统由中央控制器、各单臂运动控制器,以及无线化信息传输单元组成。在硬件上,每套控制器采用了冗余备份设计思想,即两个STM32F407ZGT6处理器共用一个双端口RAM,正常情况下其中一个处理器作为主芯片,另一个作为从芯片,当出现异常时,从芯片取代主芯片继续工作,从而保证系统的正常运行。采用一体化插卡式安装方式,可支持多套控制器的集成,具体的个数可根据机械臂的数量进行配置。由于采用了相同的硬件架构,中央控制器和各单臂运动控制器之间的功能可以相互切换,应用灵活。另外,采用了基于Zig Bee的无线化通信方式,大大减少了电气连接线的数量。由于实现了控制柜和机器人本体的分离,容易实现远程控制,并为未来智能工厂中多个机器人的分布式安装提供了条件。为了方便用户进行作业任务规划、在线状态监测以及远程操作,开发了嵌入式实时操作OSG上位机。该上位机基于Visual Studio软件开发,集成了交互式三维图形程序OSG,并提供了CAN通信接口,可离线生成作业任务的轨迹,实现作业任务仿真,也可接收中央控制器的实时状态数据,实现机器人运动状态的在线监测。另外,论文针对双臂机器人系统进行了运动学建模,建立了双臂闭链协同位置级、速度级和加速度级的运动约束方程,确定了双臂闭链协同的控制策略,编写了双臂协同算法,实现了双臂对目标负载的抓持工作。该算法同时在用户上位机和中央控制器中实现,分别满足离线规划和在线规划的要求。最后,分别搭建了双臂操作的仿真环境和实验平台,完成了双臂抓持物体的半物理仿真和样机实验。结果表明,所开发的双臂协同控制系统稳定性好,操作方便。