基于阻抗控制的双臂机器人不对称PLC任务系统研究

毛睿欣

摘 要：针对单臂机器人难以应对复杂的任务问题，以双臂协作进行书写任务为切入点，介绍了双臂机器人控制系统框架，并以TwinCAT软件的PLC为上层控制核心设计了双臂机器人实时控制系统，通过引入相对雅可比对机器人的动力学方程和阻抗方程进行了改进，为控制系统的实现提供了理论基础;并通过不同期望阻抗下的书写任务实验，验证所提出的控制系统设计方案的有效性。结果表明，所设计的控制系统能够满足实验任务的需求，相对阻抗控制行为与期望可保持高度的一致性。

关键词：双臂机器人;阻抗控制;可编程逻辑控制器;控制系统

中图分类号：TP242.3 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）12-0134-06

Study on Asymmetric PLC Task System of Dual-arm Robot Based On Impedance Control

Mao Ruixin

（Guangdong University of Technology， Guangzhou 510000， China）

Abstract：Single arm robot is difficult to deal with complex task. With the two-armed collaborative writing task as the entry point， the dual-arm robot control system framework is introduced， and taking the PLC of TwinCAT software as the upper control core to design real time control system for dual-arm robot. In addition， the relative Jacobian is introduced to improve the dynamics equation and impedance equation of the robot， which provides a theoretical basis for the realization of the control system. And The effectiveness of the proposed control system is verified by writing task experiments under different expected impedance. The results show that the designed control system can meet the requirements of experimental tasks， and the relative impedance control behavior can maintain a high degree of consistency with the expectation.

Key words：Dual-arm robot;Impedance control;PLC;Control system

0 引言

随着机器人技术的不断发展，单臂机器人在分拣、装配等领域的应用均获得了较高的认可度。然而，就如人类拥有一对手臂一样，单臂机器人往往难以应付复杂的任务。双臂机器人通常设计为具有相互作用的形式，并且在某些情况下，与其工作环境相互作用。因而，双臂机器人可为实现拟人化的直观任务提供平台，并能在执行某些工作时直接可取代人类进行独立作业[1-3]。其双手任务可分为对称或非对称。在非对称双手任务中，每个机械臂担当不同的角色，但每个机械臂都有所需完成的必要任务，例如交易刷卡、记录笔记、协同装配以及开启瓶盖等[4]。这些任务涉及大量复杂的技术，但双臂机器人所遇到的最大挑战是其任务阻抗控制的复杂性[5]。……