焊接机器人运动学分析及轨迹规划研究

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中图分类号：ＴＰ２４２．２；ＴＨ１１３．２文献标志码：Ａ文章编号：１００１ — ４５５１（２０１３）０４ — ０３９０ — ０５
Ｓｔｕｄｙｏｆｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇｆｏｒｗｅｌｄｉｎｇｒｏｂｏｔ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｄｉｆｉｆｃｕｌｔｉｅｓｏｆｂｅａｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｌｉｑｕｅｉｆｅｄｐｅｔｒｏｌｅｕｍｇａｓｃｏｎｔａｉｎｅｒｓａｎｄｏｔｈｅｒｌａｒｇｅｗｅｌｄｍｅｎｔｓ，ａ７
ＬＩＵＰｅｎｇ，ＳＯＮＧＴａｏ，ＹＵＮＣｈａｏ，ＧＡＯＺｈｉ — ｈｕｉ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９１，Ｃｈｉｎａ）
ｄｅｇｒｅｅｓｏｆｆｒｅｅｄｏｍ（ＤＯＦ）ｌａｒｇｅｗｅｌｄｉｎｇｒｏｂｏｔｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ａｆｔｅｒｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｒｏｂｏｔｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｅｑｕａｔｉｏｎｓ
第３０卷第４期２０１３年４月
机
电
工
程
Ｖｏ１．３０Ｎｏ．４
Ａｐｒ．２０１３
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉ９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ — ４５５１．２０１３．０４．００２
焊接机器人运动学分析及轨迹规划研究
刘鹏，宋涛，负超，高志慧
（北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京１００１９１）
ｍｏｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｐａｃｅ．Ｒｏｂｏｔｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎｄｔｒａｊｅｃｔｏｙｒｐｌａｎｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｏｂｏｔｍｏｄｅｌ，
ｃｈａｒａｃｔｅｉｒｚｅｄｂｙｐａｓｓｗａｙｐｏｉｎｔｓ，ｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｐｌａｎｒｏｂｏｔｊｏｉｎｔｔｒａｊｅｅｔｏｒｙｂｙｉｎｔｅｐｏｒｌａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｎｊｏｉｎｔｓｐａｃｅｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈ
ｗｅｒｅｂｕｉｌｔｔｏａｎａｌｙｚｅｒｏｂｏｔｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｂａｓｅｄｏｎＤ — Ｈｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｔｈｅｏｒｙ．Ａｎｅｗｃｕｂｉｃｐｏｌｙｎｏｍｉｌａｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，
摘要：针对梁构、石化容器等大型焊件普遍存在的焊接难的问题，研制了一种新型７自由度大型焊接机器人。首先，分析了该机器人
的机械结构，基于Ｄ — Ｈ坐标系理论建立了机器人的运动学方程，并对该方程进行了求解，得到了其运动学正反解；其次，在关节空间
内，采用过路径点的三次多项式插值方法，结合机器人操作空间运动参数对关节轨迹插值计算，实现了对机器人关节空间的轨迹规划；最后，在Ｍａｔｌａｂ７．８平台上，利用机器人工具箱建立了该机器人模型，并且对机器人运动学、轨迹规划进行了仿真分析。仿真及研究结果表明：该机器人各连杆参数的设计是合理的，在关节空间内利用三次多项式进行轨迹规划具有可行性；同时，这也为机器人动力学的研究打下了基础。目前该技术已应用于机器人的点焊及角焊的现场作业中。关键词：焊接机器人；运动学；轨迹规划；Ｄ — Ｈ坐标理论；Ｍａｔｌａｂ