相关焊接机器人运动学正逆解

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1、北京石油化工学院学报第19卷第1期Vol_19N0．1JournalofBeijingInstituteof2011年3月Mar．2O11PetrochemicalTechnology焊接机器人运动学正逆解孙学俭王仙勇董宇(北京石油化工学院，北京102617)摘要为了达到使焊接机器人完成工作任务的目的，通过设立坐标系和建立运动方程对机器人进行运动学分析，解出运动学正解和逆解。利用已求出的转角形成手部的转动，使手部到达所需的焊接位置并满足焊接姿态的要求，通过焊接机器人程序控制完成焊接任务。研究结果表明：利用已求出的转角的转动可使手部到达所需的焊接位置和姿态。关键词

2、焊接机器人；运动学正解；运动学逆解中图法分类号TP242任何一台工业机器人在工作时必须满足工轴的公垂线与Z。轴的交点，0。取Z。轴和Z4作要求。如一台焊接机器人在工作时，机器人轴的公垂线与轴的交点，0。取Z。轴和的手部运动轨迹必定与焊缝的轨迹相同。手部轴的交点，0取Z轴和Z轴的交点，0取运动轨迹是由焊接机器人的结构决定的，焊缝乙轴和轴的交点，0和0重合，中间坐标的轨迹是由工况决定的。在焊接机器人的结构系的其他轴按照规则确定。中，要找出电机的转角与手部位置的关系，这就是机器人运动学的正逆解。1焊接机器人运动学正解．在对焊接机器人进行设计时，首先要进行意运动学正解和

3、运动学逆解，以便对焊接机器人进行位置和姿态分析。正解是已知电机的转角、几何参数，求机器人手部的位置和姿态等。逆解是已知手部的位置和姿态、几何参数，求电机的转角等。图l焊接机器人杆件坐标系1．1机器人参数及其坐标系的建立在构建的杆件坐标系基础上，按照D—H为了分析机器人运动学问题，结合机器人方法确定的连杆参数，见表1。对照表1，根据本体结构，建立焊接机器人杆件坐标系，如图1DH参数的确定方法，焊接机器人的偏置和连所示。杆长度中除dl一250mm，d4—670mm，al一图l中基础坐标系{0}的原点选取在第1119rI1m，“2—5'70mm，＆3—12Omm外，其

4、余均关节轴线和回转平面的交点处，轴取第1关为零。其连杆扭角为：一a。一一90。，a一a一节的轴线方向，X。轴取第2关节的轴线方向，0—a一90。。需要说明的是，对于运动链两轴由右手定则确定。末端连杆坐标系{6}与端，按照习惯约定：d。一a。一0；(z。一a。一0。因坐标系{5}平行，其中X，y，Z分别记为”，0，为关节6是转动关节，因此规定。一0为连杆6n，表示机器人末端的姿态。0取Z轴和Z。的零位，习惯约定d。一0。另外，参数的设定随坐标系设定的改变而收稿日期：2O1OO915改变。第1期孙学俭等．焊接机器人运动学正逆解31表1焊接机器人连杆参数nOaPnyO

5、ya，PyT丁T；T；丁TT—2OaPO001(2)求出机器人相邻连杆间的坐标变换矩阵，就可以求出6自由度机器人最后一个连杆相对于基坐标系的位姿，即为机器人末端位姿。1．2焊接机器人运动学正解其中：o根据建立的杆件坐标系和列出的D—H参一C1[c23(c4C5C6+S4S6)一S23S5C6]+数表，就可以依次求出后一连杆相对于前一连Sl(S4C5C6一C4S6)杆的位姿，即变换矩阵：T(i一1，2，⋯，6)。一Sl[C23(CC5C6+SS6)一S23S5C6]一C一SCOSaSsind口CCl(S4C5C6一C4S6)SCCOSa—CsindaS一一S23C

6、4C5S6一C23S5C6一S23S4S6T0sina，COSadO：C1[c23(S4C6一C4C5S6)+S23S5S6]一00O1Sl(S4C5S6+C4C6)(1)O一Sl[c23(S4C6一C4C5S6)+S23S5S6]+将表1中的D—H参数带入式(1)，得到相Cl(SC5S6+CC6)邻连杆间的坐标变换矩阵：O一S23C4C5S6+C23S5S6一S23S4S6C10一Sla1C1a一C1(C23C4S5+S23C5)+SlS4S5S10C1“1S1a一Sl(C23C4S5+S23C5)一ClS4S5?T—Ⅱ：一一C4S5S23+C23C50——1

7、0dP一C】(“3C23+a2C2+a1一d4S23)0001P一S1(口3C23+a2C2+a1一d4S23)C2一S2“2CP一一d4C23一n3S23～a2S2+d】(3)SzC22S。变换矩阵T把机器人的位姿从关节空间OO0变换为直角坐标空间的描述，即为焊接机器人001运动学方程。若把关节变量带入式(2)就可以『C30一S3很方便的求出机器人的运动学正解。；T—ls。0校验所求运动学方程是机器人运动分析和0—10综合的基础，所以其求解是否准确十分重要。1000为了校核其正确性，计算当0一90。，0。一一90。，I-c40S40。一一0，0一90。，0。一

8、一90。时，末端变换矩i