论文中文题名: | 多机械臂煤矸石分拣机器人协同控制方法研究 |
姓名: | |
学号: | 20205224063 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085500 |
学科名称: | 工学 - 机械 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2023 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 机器人技术 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2023-06-16 |
论文答辩日期: | 2023-06-03 |
论文外文题名: | Research on cooperative control method of multi-arm coal gangue sorting robot method of coal gangue |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Multi-arm Coal Gangue Sorting Robot ; Dynamic Target Tracking ; Benefit Function ; Task Allocation ; Dynamic Workspace ; Cooperative Control |
论文中文摘要: |
多机械臂煤矸石分拣机器人是实现煤矸石分拣智能化的重要发展方向。煤矸石质量大小不一、数量多、分布随机,传统的机械臂定点分拣方式和基于分拣时间最短的分拣策略虽然简单易行,但机械臂返回初始点消耗时间过多,分拣策略也不能保证系统综合效益。简单的机械臂线性叠加会占用更大工作空间,导致煤矸石的分拣效率低下。为了提高多机械臂煤矸石分拣机器人的分拣效率,本文在国家自然科学基金面上项目《煤矿井下多机械臂智能协同分拣煤矸石基础研究》项目的资助下,提出一种多机械臂动态工作空间协同分拣方法。 针对煤矸石运动速度快、质量大,传统定点分拣方式的分拣路径对分拣效率影响大,任务最优分配方法对分拣时间、稳定性等要求高的问题,深入分析机械臂的分拣过程,构建了基于机械臂动态目标跟踪的分拣模型,提出三环PID轨迹跟踪算法和动态放置方式分拣方法,通过求解动态目标抓取点和分拣时间等参数,实现了机械臂快速跟踪并完成分拣工作。实验结果表明,该方法能够满足冲击小、时间优等要求,分拣时间较传统定点放置缩短约0.2s。 针对任务分配策略不佳导致分拣率低的问题,对比基于单一因素的任务分配策略,从机械臂分拣矸石的收益和代价两方面考虑,建立了综合效益函数,构建了基于时间、质量最优的多目标任务分配模型。实验结果表明,基于综合效益最大的任务分配策略较基于时间最短和基于质量最大的任务分配策略分拣率高8%。 针对煤矸石分布随机、任务量大和多机械臂协同效率低等问题,提出了基于效益函数的多机械臂动态工作空间动态放置点的分拣机制。构建了基于动态工作空间多机械臂协同分拣模型,先通过改进匈牙利算法获得任务分配优先级,保证系统效益,再通过任务协同与轨迹协同消除多机械臂之间的冲突,实现多机械臂高效协同分拣煤矸石。实验结果表明,所提方法能充分发挥机械臂的分拣性能,提高多机械臂协同能力,比传统基于时间最短的定点分拣方式的分拣率高20%。 |
论文外文摘要: |
Multi-arm coal gangue sorting robot is an important development direction to realize intelligent coal gangue sorting. Coal gangue has different quality sizes, large quantities, and random distribution. Although the traditional fixed-point sorting method of the mechanical arm and the sorting strategy based on the shortest sorting time is simple and feasible, the mechanical arm's return to the initial point consumes too much time, and the sorting strategy cannot guarantee the comprehensive benefits of the system. Simple linear superposition of mechanical arms will occupy a larger working space, resulting in low sorting efficiency of coal gangue. To improve the sorting efficiency of a multi-arm coal gangue sorting robot, a multi-arm dynamic workspace collaborative sorting method was proposed in this paper under the support of the National Natural Science Foundation project "Basic Research on Intelligent Cooperative Sorting of Coal Gangue by Multi-arm in Coal Mine". Aiming at the problems that coal gangue moves fast and has high quality, the sorting path of traditional fixed-point sorting has great influence on sorting efficiency, and the task optimal allocation method has high requirements on sorting time and stability, the sorting process of mechanical arm is deeply analyzed, a sorting model based on the dynamic target tracking of mechanical arm is constructed, and the three-ring PID trajectory tracking algorithm and dynamic placement sorting method are proposed. By solving the parameters of dynamic target grasping point and sorting time, the robot arm fast tracking and sorting were realized. The experimental results show that this method can meet the requirements of low impact and good time, and the sorting time is shortened by about 0.2s compared with the traditional fixed-point placement. Aiming at the problem of low sorting rate caused by poor task allocation strategy, compared with task allocation strategy based on a single factor, a comprehensive benefit function was established from the perspective of income and cost of gangue sorting by mechanical arm, and a multi-objective task allocation model based on optimal time and quality was constructed. The experimental results show that the sorting rate of the task assignment strategy based on the maximum comprehensive benefit is 8% higher than that based on the shortest time and the maximum quality. Aiming at the problems of random distribution of coal gangue, a large number of tasks, and low collaborative efficiency of multi-manipulator, a sorting mechanism of dynamic placement points of multi-manipulator dynamic workspace based on benefit function was proposed. A multi-arm collaborative sorting model based on a dynamic workspace was constructed. Firstly, the Hungarian algorithm was improved to obtain the priority of task allocation and ensure the system's benefit. Then, the conflict between the multi-arm was eliminated through task collaboration and trajectory collaboration, and the multi-arm collaborative sorting of coal gangue was realized efficiently. The experimental results show that the proposed method can give full play to the sorting performance of the robotic arm and improve the cooperative ability of multiple robotic arms. The sorting rate is 20% higher than that of the traditional fixed-point sorting method based on the shortest time. |
参考文献: |
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中图分类号: | TP242.2 |
开放日期: | 2023-06-16 |