焊接机器人运动学正逆解

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焊接机器人运动学正逆解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 1 0 2 6 1 7 )
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 焊接机器人 ；运动学正解 ；运动学逆解
中图法分类 号 TP 2 4 2
任何-台工业机器人在工作时必须满足工
作要求。如-台焊接机器人在工作时， 机 器人
的手部运动轨迹必定与焊缝的轨迹相同。手部
运动轨迹是 由焊接机器人 的结构决定的， 焊缝
的轨迹是由工况决定的。在焊接机器人的结构
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
运动学正解和运动学逆解 ， 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 。
1 . 1 机 器人参 数及 其坐标 系的建立
为了分析机器人运 动学 问题 ， 结合机器人
本体结构 ， 建立焊接机器人杆件坐标系， 如图 1
所示 。
图 l中基础坐标系 0 的原点选取在第 1
关节轴线和回转平面的交点处 ， 轴取第 1关
节的轴线方向， X。轴取第 2关节的轴线方 向，
轴 由右手定则确定。末端连杆坐标系 6 与
坐标系 5 平行 ， 其中 X ， y ， Z 分别记为 ” ， 0 ，
n， 表示机器人末端 的姿态。0 取 Z 轴 和 Z。
收稿 日期 ： 2 O 1 O O9 1 5
轴的公垂线与 Z 。轴的交点， 0。取 Z。轴和 Z4
轴 的公垂线 与 轴的交点， 0。取 Z。轴和
轴的交点 ， 0 取 Z 轴和 Z 轴 的交点 ， 0 取
乙 轴和 轴的交点 ， 0 和 0 重合 ， 中间坐标
系的其他轴按照规则确定。
图 l 焊接 机器人杆件坐标系
在构 建的杆件 坐标 系基础上 ， 按照 D- H
方法确定的连杆参数 ， 见表 1 。对照表 1 ， 根据
D H 参数的确定方法 ， 焊接机器人的偏置和连
杆长度 中除 d l -2 5 0 mm， d 4 -6 7 0 mm， a l -
1 1 9 r I 1 m， 2 -5 7 0 mm， ＆ 3 -1 2 O mm外 ， 其余均
为零。其连杆扭角为 ： -a 。 --9 0 。 ， a -a -
0 -a -9 0 。 。需要说明的是 ， 对于运动链两
端 ， 按照习惯约定 ： d 。 -a 。 -0； ( z 。 -a 。 -0。因
为关节 6是转动关节 ， 因此规定 。 -0为连杆 6
的零位， 习惯约定 d。 -0。
另外 ， 参数的设定随坐标系设定 的改变而
改变 。
意
.