基于笛卡尔空间的PR1400焊接机器人关节轨迹规划研究

作者:李精伟;童一飞;谭清锰;吴绍锋;李东波; 刊名:机械设计与制造工程 上传者:刘世红

【摘要】首先对PR1400焊接机器人进行结构分析,建立其数学模型.然后针对焊接机器人实际工作中不同的焊接任务需求,在笛卡尔空间对PR1400焊接机器人进行直线轨迹和圆弧轨迹规划.最后结合轨迹规划要求,设计出一种快速的轨迹生成方法.

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焊接机器人是主要从事焊接作业的工业机器人,可以在恶劣的工作环境下稳定、高效地进行焊接作业,与手工焊接相比,提高了焊接质量,降低了生产成本[1-2]。因为这些优点,焊接机器人在机械加工、船舶制造、电子生产等领域得到了广泛的应用[3-4]。为了进一步提高焊接质量,还需要在焊接作业前对焊接轨迹进行规划。近年来,针对焊接机器人轨迹规划的研究逐渐增多,但是由于笛卡尔空间轨迹规划计算量大、求解复杂等原因[5],大多数都是在关节空间对焊接机器人进行轨迹规划,笛卡尔空间轨迹规划的研究还比较少。本文通过D-H法建立PR1400焊接机器人模型,进而对PR1400焊接机器人焊枪轨迹为直线和圆弧时,对PR1400焊接机器人的关节运行轨迹进行规划。1PR1400焊接机器人模型的建立1.1PR1400焊接机器人的D-H法建模D-H法是一种描述机器人相邻连杆之间的相对位置和相对运动关系的机器人建模方法[6]。该方法是在已知机器人各结构参数的基础上,通过一系列的平移和旋转的变换,建立起机器人基座到末端执行器的总体变换关系。其表述形式为一个的齐次变换矩阵,如式(1)所示,通过该矩阵就可以建立各关节之间的变换关系,进而建立机器人的运动学方程[7]。i-1Ai=R(z,i)T(0,0,di)T(ai,0,0)R(x,n)=cosi-cosisinisinisiniaicosisinicosicosi-sinicosiaisini0sinicosidi?0001?(1)1.2PR1400焊接机器人参数分析根据PR1400焊接机器人各连杆参数(表1),采用标准D-H法建立PR1400连杆坐标系,如图1所示。表1PR1400型焊接机器人连杆参数关节号i/()ai/mmi/()di/mm关节变量范围/()1-901850420-170.0~+170.020760-900-160.0~+90.03-9015000-87.5~+77.849000456-180.0~+180.05-90000-60.0~+210.0600-90210-270.0~+270.0图1PR1400机器人连杆D-H坐标系变换矩阵0A1,1A2,2A3,3A4,4A5,5A6相乘得到PR1400焊接机器人末端焊枪的齐次变换矩阵0T6,如式(2)所示,称为运动学方程:0T6=0A11A22A33A44A55A6=nxoxaxpxnyoyaypynzozazpz?0001?(2)式中:nx,ny,nz;ox,oy,oz;ax,ay,az分别为基坐标系中3对表示姿态的3个矢量的3个分量。px,py,pz为在基坐标系中的空间位置的坐标分量。2基于笛卡尔空间的PR1400焊接机器人轨迹规划PR1400焊接机器人在进行连续弧焊作业时,要保证焊枪末端轨迹的准确定义,就必须在笛卡尔空间进行轨迹规划,并把规划的路径差分为有限多个过渡点,通过逆运动学求解,实时转换为每个关节的角度值。本文主要研究PR1400焊接机器人在笛卡尔空间中的直线轨迹规划和圆弧轨迹规划这2种运行轨迹方式。2.1直线轨迹规划式(2)表示PR1400焊接机器人连杆之间的位姿变换。由于旋转矩阵中的各元素并不独立,所以不能直接对其进行线性插值,而位置矩阵的3个元素是独立的,可以对位置直接进行线性插值。这里用RPY[ROLL/PITCH/YAW]角表示法来表示PR1400焊接机器人的齐次变换矩阵中的旋转矩阵部分,如式(3)所示。因为RPY角的3个变量是独立的,可以对其直接使用线性插值法[8-9]。nxoxaxxnyoyayynzozazz?0001=cccss-sccsc+ssx

参考文献

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