基于MATLAB的六自由度焊接机器人的运动学仿真与轨迹规划

作者:邢红辉;王保升;洪磊;左健民;石朗春; 刊名:机械设计与制造工程 上传者:顾海浪

【摘要】以六自由度焊接机器人为研究对象,采用标准D-H参数法建立坐标系与运动学方程,利用MATLAB/Robotics Toolbox工具箱建立机器人运动模型,对正运动及轨迹规划进行仿真,得到连续且平稳的末端轨迹曲线和关节角位移、角速度、角加速度的变化曲线。结合具体工件,完成了轨迹仿真和实际试验,由实际焊接点拟合得到的轨迹曲线与仿真轨迹曲线具有良好的一致性,表明仿真结果具有较高的精度和良好的平稳性,为后续机器人的离线编程系统开发打下了良好的基础。

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DOI:10. 3969/j. issn. 2095 -509X. 2018. 12. 010 基于 MATLAB 的六自由度焊接机器人的运动学仿真与轨迹规划 邢红辉1,王保升1,洪 磊1,左健民2,石朗春3 ( 1. 南京工程学院智能制造装备研究院,江苏 南京 211167) ( 2. 江苏省智能制造装备工程实验室,江苏 南京 211167) ( 3. 江苏省先进数控技术重点实验室,江苏 南京 211167) 摘要:以六自由度焊接机器人为研究对象,采用标准 D - H 参数法建立坐标系与运动学方程,利用 MATLAB/Robotics Toolbox 工具箱建立机器人运动模型,对正运动及轨迹规划进行仿真,得到连续且平稳的末端轨迹曲线和关节角位移、角速度、角加速度的变化曲线。结合具体工件,完成了轨迹仿真和实际试验,由实际焊接点拟合得到的轨迹曲线与仿真轨迹曲线具有良好的一致性,表明仿真结果具有较高的精度和良好的平稳性,为后续机器人的离线编程系统开发打下了良好 的基础。 关键词:MATLAB; 仿真; 轨迹规划; 六自由度机器人 中图分类号:TP242; TP391. 9 文献标识码:A 文章编号:2095 -509X(2018)12 -0043 -05 随着中国制造 2025 的提出,科技水平的不断提升大大推动了我国的工业化。工业化水平的提高,生产技术的不断更新,使得产业向着自动化的方向不断发展。产业的自动化,需要工业机器人加入,从而促进了工业机器人的发展[1]。比如在自动化生产线上,用焊接机器人逐步取代人工焊接,这不但降低了劳动成本,而且还能提高焊接的效率与质量。在相对比较恶劣的环境下,机器人也能高效地完成焊接作业。针对现有的焊接机器人都具有的示教效率低、实验时间长等缺点,可以利用仿真软件模拟机器人的焊接过程,通过分析实验数据来评价焊接方案的可行性,从而减少实验时间,提高作业效率[2]。 1 机器人的运动学分析 1. 1 机器人的结构与 D - H 坐标系 本文研究的 ABB1410 机器人是由腰关节回转( 腰部) 、肩关节俯仰( 大臂) 、肘关节俯仰( 小臂) 、腕关节回转( 手腕) 、腕关节俯仰( 手腕) 、腕关节侧摆( 手腕) 6 个转动关节组成的。焊接实验中机器人在腕关节处安装焊枪,在肘关节处安装送丝机。根据标准的 D - H[3]参数法,给 ABB1410 机器人建 立必要的坐标系,并选取机器人腰关节坐标系作为基坐标系以简化运算。图 1 所示为机器人坐标系的简化线图。 图 1 ABB1410 机器人 D - H 坐标系简化线图根据机器人的整体结构和建立的简化坐标系,得出机器人连杆参数和关节变量,见表 1。 1. 2 正向运动学分析 在确定全部的连杆坐标系后,根据相邻两连杆i 与( i - 1) 之间的相对关系[4]( 式( 1) ) ,将表 1 中关节转角 θi、距离 di、杆长 ai、扭角 αi 代入计算,得 收稿日期:2018 -08 -12 基金项目:国家自然科学基金资助项目( 61703200) 作者简介:邢红辉( 1991—) ,男,江苏南京人,南京工程学院硕士研究生,主要研究方向为智能制造装备。 ·34· 2018 年 12 月 机械设计与制造工程 Dec. 2018 第 47 卷 第12 期 Machine Design and Manufacturing Engineering Vol. 47 No. 12 表 1 ABB1410 机器人连杆 D - H 参数表 杆件号 i 关节转角θi /( °) 距离di /mm 杆

参考文献

引证文献

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