基于Matlab的QJ-6R焊接机器人运动学分析及仿真

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基于Matlab的QJ-6R焊接机器人运动学分析及仿真( 浙江大学 流体传动及控 制国家重点实验室 ， 浙江 杭 州 3 1 0 0 2 7)
摘 要： 运用 D. H方法建立了 Q J . 6 R焊接机器人运动 学方程 ， 并讨论 了其运动 学问题 。在 Ma t l a b环境
下， 绘 出了机器人工作 空间； 用 R o b o t i c s T o o l b o x对该机器人进行 了仿真建模 ， 并对正、 逆运动 学进行 了
实例仿真。通过仿真 ， 分析 了机 器人 的运动情 况， 得到 了机 器人 在不 同坐标 空问的各种运动参数 曲
线和数据， 验证了连杆参数设计的合理性和运动算法的正确性， 为机器人动力学、 控制和规划的研究
提供 了可靠的依据。
关键词： 焊接机器人 ； 运动学； 仿真 ； Ma t l a b
中图分类号： T P 2 4 2 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 1- 4 5 5 1 ( 2 0 0 7 ) 1 1 -0 1 0 7- 0 4
Ki n e ma t i c s a n a l y s i s a n d s i mu l a t i o n o f QJ - 6 R we l d i n g r o b o t b a s e d o n Ma t l a b
C HE NG Yo n g - l u n，Z HU S h i - q i a n g ，L UO L i - j i a，L I U S o n g - g u o
( S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f F l u i d Po we r T r a n s mi s s i o n a n d C o n t r o l ，Z h a n g U n i v e r s i t y ，Ha n g z h o u 3 1 0 0 2 7，C h i n a)
Ab s t r a c t ：T h e p r o b l e m o f t h e k i n e ma t i c s o f Q J - 6 R w e l d i n g r o b o t w a s d i s c u s s e d b a s e d o n t h e k i n e ma t i c s e q u a t i o n，wh i c h wa s
bu i l t by D- H c o o r d i n a t i o n s y s t e m.Th e r o b o t mo d e l i n g a n d t h e f o r wa r d，i n v e r s e ki n e mat i c s e x a mp l e s we r e s i mu l a t e d wi t h t h e Ro -
b o t i c s T o o l bo x o f Ma t l a b p r o g r a m l a n g ua g e Ba s e d on t he s i mu l a t i o n，t he mo t i o n o f t he r o bo t wa s a na l y z e d，t h e e u r v i l i n e a r f i g u r e
a n d t h e d a t a i n d i f fe r e n t c o o r di na t e we r e o bt a i ne d Th e s i mul a t i o n pr o v e s t h a t a l l t h e pa r a me t e r s a r e r a t i o na l a n d t he a pp r o a c h i s
r i g ht ，a l s o i t i s be n e f i c i a l t o t h e r e s e a r c h o f r o b o t d y na mi c s，c o n t r o l a nd p l a n ni n g
Ke y wo r ds：we l d i ng r o b o t ；k i n e ma t i c s；s i mu l a t i o n；Ma t l a b
0 前 言 等进行仿真。
随着机器人研究的不断深入和研究领域的不断发
展 ， 机器人仿真在机器人设计 、 控制和研究方面发挥着
重要的作用。对机器人进行图形仿真 ， 将仿真结果 以
图形的形式表现出来 ， 从而直观地 显示 出机器人 的运
动情况 ， 得到许多从数据分析难以得出的重要信息 ， 有
助于了解机器人工作空间的形态和极 限、 分析检验机
器人规戈 0 的正确性和合理性 ， 还可以进行性能分析 以
提高机器人研发效率和可靠性 。机器人运动学的
研究涉及大量的数学运算 ， 计算工作相当繁琐 ， 因此采
用-些工具软件( 如 Ma t l a b ) 对其分 析， 可大大提高工
作效率， 增加研究的灵活性和可操作性 。
本研究正是基于以上认识， 运用 D. H坐标系理论
为基川模 ， 讨论 Q J - 6 R焊接机器人的运动学问题 ， 然
后在 Ma t l a b环境下 ， 运用 Ro b o t i c s T o o l b o x 对该机器
人的正运动学、 逆运动学 、 工作空间和 P T P轨 迹规戈 0
1 运动学分析
机器人运动学包 括正运 动学 ( 正解 ) 、 逆 运动学
( 逆解 ) 、 雅可比矩阵、 工作空间和轨迹规划等 。
1 . 1 D- H 方法
为描述相邻杆件间平移和转动的关系 ， D e n a v i t 和
Ha r t e n b e r g于 1 9 5 5年提 出了- 种为关节链 中的每-
杆件建立附体坐标系 的矩阵方法 。对于旋转关节 ，
关节角是关 节变量 ， 其余参 数固定不变 ； 对于移动关
节 ， 偏置是关节变量 ， 其余参数 固定不变。
1 . 2 QJ - 6 R焊接机器人
Q J - 6 R焊接机器人是浙江大学研发的 6自由度关
节式机器人 ， 本体的关节结构 由回转 的机体、 大臂、 小
臂和腕部等部分组成 ， 全部关节均为转动关节。
按照 D - H方法建立其 杆件坐标系 ， 如图 1所示。
相应各杆件的结构参数和运动参数 ， 如表 1 所示。