双机器人主从协调运动仿真及实验

4.3.3.1 双机器人协调运动算法离线仿真验证

本实验在离线编程系统中验证双机器人协调算法，其中的 Kuka 机器人作 为主手，Motoman 机器人做为从手，Kuka 机器人的运动过程，Motoman 机器 人都能进行以某一平面为基准面的镜向随动。实验步骤如下：

(1)在离线编程系统中建立双机器人协调焊接工作单元。

(2)生成一段 Kuka 机器人的路径标签点，利用协调算法算出基于对称面的 镜向位置的 Motoman 的路径标签。

(3)两机器人各自沿路径进行运动，观察两机器人焊枪的运动是不是基于对 称面对称。

实验中采用主从协调算法进行对 Kuka 机器人采集的位姿信息进行转换和 计算得到相对图 4-13 中对称面的镜向位姿信息，通过 Motoman 通过运动到达 此位置时，就实现了主从协调对称运动。

图 4-13 双机器人协调运动工作单元

Fig.4-13 Coordinated motion working cells of two robots

本 文 采 集 了 两 个 机 器 人 的 位 姿 数 据 用 基 于 工 件 坐 标 系 {Op} 的 位 姿 , , , , ,

Op Op Op

tpx tpy tpz α β γ 六个参数来表示，其中^Op_tp_x,^Op_tp_y,^Op_tp 三个轴用来表示位_z 置， , ,α β γ 三个有用来表示姿态。

Symmetric plane

测试中使 Kuka 的 TCP 运动任意一段轨迹，使 Motoman 机器人 TCP 随 动，从而测试主从协调算法对双机器人协调对称运动的控制精度。如图 4-14 为主从协调测试过程。

a)位置 1 b)位置 2 a) Position 1 b) Position 2

c)位置 3 d)位置 4

c) Position 3 d) Position 4 图 4-14 双机主从协调过程

图 4-14 Master-slave coordination process of two robots

通过主从协调算法实现了主手 TCP 位姿相对于某一平面的镜像转换，使 从手 TCP 能达到镜像随动的目的。此仿真结果证明此算法能够达到对于双机 器人主从协调控制的作用，为下一步应用于实际控制系统中提供了依据。

Symmetric plane Symmetric

plane

Symmetric plane Symmetric

plane

-83-

4.3.3.2 双机器人协调运动实验

如图 4-15 所示，采用示教盒任意操纵 Kuka 机器人运动（注意避免与工件 和 Motoman 机器人的碰撞），观察到 Motoman 机器人快速的跟随运动，有一 定的延迟，Kuka 机器人快速运动时，Motoman 机器人也快速运行，但由于两 机器人的通讯方式不同，接收和发送信息的速度不匹配所致，通讯本身也有延 迟，接收 Kuka 机器人转换矩阵需要的时间较长，而 Motoman 机器人执行很 快，因此，Motoman 机器人偶尔出现极为短暂的停顿，当 Kuka 机器人运动比 较慢时，Motoman 机器人随动非常好，几乎很少有停顿现象出现，而在焊接 过程中，一般焊接速度相对于空间运动速度来说很慢，因此，该算法满足机器 人焊接生成要求。

a) 时刻 1 b) 时刻 2 a) Time 1 b) Time 2

图 4-15 双机器人主从协调运动图

Fig.4-15 Master-slave coordination motion of two robots

如图 4-16 所示，当主机器人运动位置变化较大时，从机器人行走轨迹在 X 和 Y 向上存在一定的滞后性，偶尔有短暂的停顿现象发生，但从 X-Y 面上 可看出从机器人基本复现了主机器人的轨迹，其轨迹误差几乎为零。针对于焊 接 来 说 ， 一 般 焊 接 速 度 很 小 ， 本 工 艺 采 用 的 立 向 上 焊 ， 其 焊 接 速 度 为 1.2mm/s，速度很小，尤其在主机器人采用梯形摆动焊接方式，中间本身就有 短暂的停顿，研究发现这时从机器人的滞后性和停顿现象几乎消失，可见，能 满足实际机器人摆动立向上焊接的工作要求。

0 10 20 30 40 50 60 70

Master Robot Slave Robot

0 10 20 30 40 50 60 70

Master Robot Slave Robot

a) X 向位置 b) Y 向位置 Master Robot

c) X-Y 面上位置 c) X-Y plane position 图 4-16 主从机器人的位置 Fig.4-16 Two robots position