本發明提出了一種基于雙機械臂的船體外板曲面成形無碰撞運動規劃方法，用以解決由雙機械臂的精度誤差和雙機械臂之間的工作可達空間重疊因素導致的機械臂之間發生運動碰撞的問題，本發明能夠根據對雙機械臂得可達空間進行求解分析，得到雙機械臂的運動空間的重疊部分，得出雙機械臂在空間存在碰撞的可能性；對雙機械臂進行模型的化簡，簡化了碰撞檢測的復雜程度；通過改進傳統的人工勢場中的斥力場并將其作為算子引入避碰調整中用于計算規劃調整量，通過插值的方法對雙機械臂進行軌跡調整；最后通過雙機械臂的DH參數建立運動模型，給雙機械臂設定可以發生碰撞的運動軌跡，使機械臂執行加工任務時不發生碰撞，對實現船舶智能制造具有重大意義。

技術領域

本發明涉及船體外板曲面成形技術領域，尤其是涉及一種基于雙機械臂的 船體外板曲面成形無碰撞運動規劃方法。

背景技術

船體是由復雜不可展的空間曲面構成，要將船用鋼板加工成船體外板的曲 面形狀。目前世界各國造船廠采用的方法大都是線狀水火船板曲面成形加工工 藝。該工藝的原理是，利用鋼板局部受高溫冷卻后產生的熱彈塑形變而達到鋼 板整體的彎曲變形。船體外板曲面成形是利用鋼板的彈塑性形變完成加工的一 種工藝模式，由于船體外板曲面成形的操作具有一定的危險性，而且對工人的 經驗要求很高，所以這項技術一直由經驗豐富的熟練工手工作業完成。隨著現 代造船市場競爭的日益激烈，越來越多的造船企業在考慮如何在保證質量的同 時提高造船的速度和效率，顯然必須使用熟練工手工操作的船體外板曲面成形 工藝是提高造船速度和效率的最大障礙，所以實現船體外板曲面成形工藝的自動化有著重大意義。

在船體外板曲面成形工業領域，機械臂以其工作效率高，性能可靠等特點， 在船舶制造中得到應用。但是在處理船體外板曲面成形工藝加工中的復雜多樣 化的任務，單機械臂日益表現出能力不足，而雙機械臂通過協同加工，可以完 成復雜的工作任務，提高了工作效率。

船體外板曲面成形雙機械臂協同加工系統中，雖然預期任務規劃的路徑是 安全的，雙機械臂之間互不干擾，但是實際雙機械臂協同工藝加工非常復雜， 可能由于機械臂的精度誤差等問題導致機械臂之間發生碰撞，并且由于機械臂 之間的工作空間具有重疊部分，因而雙機械臂之間存在著發生意外碰撞的可能 性。在實際的加熱過程中，兩臺機械臂之間互為障礙物，并且雙機械臂加工時 各個關節和連桿的位置是不停變化的，雙機械臂在運動過程比靜止的障礙物在 重疊空間更容易發生碰撞，進而導致加工任務的失敗，更嚴重會導致機械臂本 體受損，所以在雙機械臂進行加工任務時不出現碰撞或者在碰撞時能夠有效進 行避碰的運動規劃，對船體外板曲面成形雙機械臂系統進行無自碰撞運動規劃是十分有必要的。

發明內容

本發明提出一種基于雙機械臂的船體外板曲面成形無碰撞運動規劃方法， 以解決由雙機械臂的精度誤差和雙機械臂之間的工作可達空間重疊因素導致的 機械臂之間發生運動碰撞的問題，以實現在雙機械臂進行加工任務時不出現碰 撞或者在碰撞時能夠有效進行避碰的運動規劃的目的，以實現船體外板曲面成 形工藝的自動化。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種基于雙機械臂的船體外板曲面成形無碰撞運動規劃方法，具體包括以 下步驟：

S1、對船體外板曲面成形雙機械臂的可達空間進行分析，計算出雙機械臂 的可達空間，判斷雙機械臂的可達空間是否重疊，根據雙機械臂的運動空間是 否重疊，判斷雙機械臂是否存在發生碰撞的可能性；

若雙機械臂的可達空間未重疊，則直接輸出運動軌跡；

若雙機械臂的可達空間重疊，則對船體外板曲面成形雙機械臂的可達空間 進行求解，得到雙機械臂運動空間的重疊部分，進入下一步驟；

S2、雙機械臂的可達空間重疊時，對雙機械臂進行模型簡化，將碰撞檢測 簡化成空間向量幾何距離的求解，根據計算雙機械臂各部件之間的最短距離， 判斷機械臂之間是否發生碰撞，以進行船體外板曲面成形雙機械臂碰撞分析；