基于MATLAB的焊接机器人工作空间及轨迹规划仿真

作者:孙光亚;岳建锋;钟蒲 刊名:机电信息 上传者:罗毅

【摘要】以六自由度关节式机器人为研究对象,基于D-H坐标系理论讨论机器人的运动学问题,提出采用随机抽样生成机器人关节 变量的蒙特卡洛法对机器人的工作空间进行仿真计算,利用MATLAB机器人工具箱Robotics Toolbox对机器人在关节空间和笛卡尔空间 的轨迹规划进行仿真分析.仿真结果表明,机器人工作空间求解正确,机器人轨迹规划可靠,能够高效地到达预定位姿,仿真生成的数据 文件为机器人的离线编程和复杂空间轨迹规划的研究提供了重要的数据支持.

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Sheji yuFenxi ♦ 设计与分析■ 基于MATLAB的焊接机器人工作空间及轨迹规划仿真 孙光亚岳建锋钟蒲 (天津工业大学,天津300387) 摘 要 :以六自由度关节式机器人为研究对象,基于D-H坐标系理论讨论机器人的运动学问题,提出采用随机抽样生成机器人关节 变量的蒙特卡洛法对机器人的工作空间进行仿真计算,利用MATLAB机器人工具箱Robotics Toolbox对机器人在关节空间和笛卡尔空间 的轨迹规划进行仿真分析。仿真结果表明,机器人工作空间求解正确,机器人轨迹规划可靠,能够高效地到达预定位姿,仿真生成的数据 文件为机器人的离线编程和复杂空间轨迹规划的研究提供了重要的数据支持。 关键词:机器人;工作空间;轨迹规划;MATLAB 0 引言 随着机器人技术研究的不断深入和研究领域的不断拓 展,机器人仿真研究在机器人设计、控制和研究方面发挥了越 来越重要的作用[1]。机器人的工作空间和轨迹规划分析涉及大 量复杂的数学运算,MATLAB强大的数据处理能力可以方便 地分析机器人运动过程中的各种数据信息。MATLAB机器人 工具箱Robotics Toolbox[2]设有专门的函数,可极大地提高轨 迹规划分析效率,生成的仿真图形能更直观地反映机器人在 各个时刻的运动形态。 机器人工作空间是衡量其工作能力的一个重要运动学指 标,本文采用蒙特卡洛法对机器人的工作空间进行仿真分析, 在此基础上,根据D-H坐标系理论[3],运用Robotics Toolbox对 ABB公司IRB1410焊接机器人的轨迹规划进行数据分析,为机 器人的离线编程和复杂空间轨迹规划[4]提供了有效的验证分 析手段。 表1 机器人连杆D-H参数表沃/° a,/° a,/mm d,/mm 关节变量范围/° 01 90 170 475 (170,170) 2 02 0 600 0 C-85,120) 3 03 90 120 0 (-170, 85) 4 04 -90 0 05 (-180,180) 5 05 90 0 0 (-135,145) 6 06 0 0 0 (-360,360) 注:i为 连 杆 编 号 ;ft为 关 节 转 角 ;a,为 关 节 轴 扭 转 角 ;〇i为连杆长 度;4 为连杆偏距。 1 . 2 运动学正解 机器人运动学正问题[5]是给定机器人各杆件的几何参数 和关节变量,求解末端连杆坐标系相对于基坐标系的位姿。根 据机器人的连杆坐标系和D-H参数表,推出机器人运动学方程 正解: 1 机器人运动学分析 6T=A1A2A3A4A5A6= n o a p 0 0 0 1 i .i 机器人运动学模型 机器人运动学分析[5]是分析机器人工作空间、轨迹规划和 运动控制的前提,主要通过分析机器人各连杆参数来确定末 端执行器的位姿。为了表示IRB1410六自由度关节式机器人各 个连杆的相对位置和姿态,采用D-H参数法建立机器人各连 杆的固连坐标系如图1所示,机器人连杆参数如表1所示。 1 . 3 运动学逆解 通过给定机器人末端的位姿来求解各个关节变量的过程 为机器人运动学的逆问题[5]。 采用变量分离法,用A -1 (n=1,2,…,6)依次左乘上面所列 方程两端令对应元素对应相等,可求出各关节变量值为: 01=arctan -py + kn Px 民=土arccos a 2+d42-(c^ 〜 厂 M 2-P 2-a22 -arctan P + kn -2 a ,姨 Pz 2+ (c1Px+s1pr-a1 )2 c^ x+s!?r-a1 03=arctan|-arc

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