双机械臂协作最优装配位置及多目标轨迹优化

王天瑞; 陶平

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2024.01.006

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双机械臂协作最优装配位置及多目标轨迹优化

理论研究 | 更新时间：2024-12-13

- 双机械臂协作最优装配位置及多目标轨迹优化
- Optimal Assembly Position and Multi-objective Trajectory Optimization for Dual Robotic Arms Collaboration
- 机械传动 2024年48卷第1期页码：39-45
- 作者机构：
  
  1.武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室，湖北武汉 430081
  2.武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室，湖北武汉 430081
- 作者简介：
  
  王天瑞（1998— ），男，湖北武汉人，硕士研究生；主要研究方向为机器人技术；840184273@qq.com。
- 基金信息：
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2024.01.006
  中图分类号：
- 纸质出版日期：2024-01-15，
  
  收稿日期：2022-10-14，
  
  修回日期：2023-01-04，
- 稿件说明：
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王天瑞,陶平.双机械臂协作最优装配位置及多目标轨迹优化[J].机械传动,2024,48(01):39-45.

Wang Tianrui,Tao Ping.Optimal Assembly Position and Multi-objective Trajectory Optimization for Dual Robotic Arms Collaboration[J].Journal of Mechanical Transmission,2024,48(01):39-45.
王天瑞,陶平.双机械臂协作最优装配位置及多目标轨迹优化[J].机械传动,2024,48(01):39-45. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.01.006.

Wang Tianrui,Tao Ping.Optimal Assembly Position and Multi-objective Trajectory Optimization for Dual Robotic Arms Collaboration[J].Journal of Mechanical Transmission,2024,48(01):39-45. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.01.006.

摘要

为了解决以传统人工示教方式确定双机械臂协作装配位置的局限性和随机性，以双机械臂轴孔协调装配为工程背景，针对协作装配过程中机械臂的整体运动灵活性和轨迹规划，采用粒子群算法进行多次寻优，求解整体全局灵活性最优的装配位置，并基于最优位置进行了多目标轨迹优化。分析了双机械臂协调装配过程中的运动约束关系，以可操作度为灵活性评价指标，提出了双机械臂协作装配系统的可操作度评价方法，以此构建优化目标函数，采用粒子群算法，在双机械臂协作空间中求取系统全局可操作度最优的装配位置；基于灵活性最优位置，采用多目标粒子群算法，以时间、能耗、冲击为目标进行了轨迹优化，并在Matlab机器人仿真平台进行了仿真分析。结果表明，将灵活性指标运用到轨迹规划中，能提高机械臂作业效率，降低能耗与冲击损耗；且整个运动过程可维持较高可操作度，能有效规避传统人工示教方式的随机性，实现双机械臂协作装配的最优灵活性轨迹规划。

Abstract

In order to solve the limitation and randomness in determining the collaborative assembly position of dual robotic arms by the traditional manual demonstration method

and taking the coordinated assembly of dual robotic arms axle holes as the engineering background

this study uses the particle swarm algorithm to perform multiple searches for the optimal assembly position for the overall global flexibility in the collaborative assembly process and carries out multi-objective trajectory optimization based on the optimal position

with respect to the overall motion flexibility and trajectory planning of the robotic arm. Firstly

the motion constraint relationship in the coordinated assembly process of double robotic arms is analyzed

the operability degree is used as the flexibility evaluation index

the operability evaluation method of dual robotic arms collaborative assembly system is proposed

the optimization objective function is constructed

and the particle swarm algorithm is used to find the assembly position with the optimal global operability degree of the system in the collaborative space of double robotic arms. Finally

based on the optimal position of flexibility

the multi-objective particle swarm algorithm is used to optimize the trajectory with the objectives of time

energy consumption and impact; by performing simulation analysis in the Matlab robot simulation platform

the results show that

by applying the flexibility index to the trajectory planning

it can improve the operation efficiency of the robotic arm

while reducing energy consumption and impact loss

and maintain a high degree of operability during the whole motion process

effectively avoiding the randomness of the traditional manual teaching method

thus realizing the optimal flexible trajectory planning for collaborative assembly of dual robotic arms.

关键词

轴孔协作装配最优装配位置可操作度轨迹优化

Keywords

Collaborative assembly of bores and shaftsOptimal assembly positionOperabilityTrajectory optimization

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