弧焊机器人工作空间分析与仿真.pdf

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1、弧焊机器人工作空问分析与仿真韦尧兵，王风涛，刘俭辉，李尧．聂萌(兰州理工大学机电工程学院，甘肃兰州730050)WorkspaceAnalysisandSimulationofArcWeldingRobotWEIYao—bing，WANGFeng—tao，L1UJian—hui，LIYao，NIEMeng(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，LanzhouUniversityofTechnology，I．anzhou730050，China)摘要：根据弧焊机器人的结构特点与

2、工作情况，的Jacobian矩阵降秩导致表达式过于复杂，以及涉通过对比现有机器人工作空间求解方法，采用蒙特及复杂的空间曲面相交和裁剪等计算机图形学内卡洛方法求解多关节弧焊机器人的工作空间，且使容，使其直观性不强，一般只适应于关节数少于3个用D—H法获得机器人的正运动学方程，运用Mat—的机器人；图解法得到的往往是工作空间的各类剖lab进行工作空间仿真。截面或剖截线，直观性强，但是受到自由度数的限关键词：弧焊机器人；蒙特卡洛方法；正运动学；制，当关节数较多时必须进行分组处理；数值法是以工作空间极值理论和优化方法为基础，用计算机

3、器人空间边中图分类号：TH113；Tt242．2界}=．的特征点构成的面表示机器人的边界曲面，随文献标识码：A着计算机的发展，数值法依靠计算机的高速运算能文章编号：1()()1—2257(2010)12—007003力和图形显示功能得到广泛应用。本文使用一种利Abstract：Inthispaper，comparingrecentkinds用随机抽样的数值方法，即蒙特卡洛方法来求解弧ofmethodsoncalculatingtheworkspaceofrobot，焊机器人的工作空问。wetakeMonte—Carlomet

4、hodtogetthework—1弧焊机器人工作空间的描述spaceofmulti—jointarcweldingrobotaccordingtotheactualworkingcondition．WealsotakeDH根据机器人的结构理论，工业机器人是一个开methodtogetforwardkinematicsequationsand式运动链，由腰部、大臂、小臂和手腕转动关节串联makeworkspacesimulationwithMatlab．构成。本文分析的弧焊机器人是参考MOTOMANKeywords：arcwe

5、ldingrobot；Monte—Carlo弧焊机器人与PUMA机器人设计，应用于滤清器method；forwardkinematicsequations；workspace壳体的焊接，由6关节组成的连杆机构构成，以便提高机器人本身的灵活性与焊接质量，结构简图如图l所示。O引言机器人的工作空间是指机器人末端操作器上的参考点能达到的空间的集合。机器人_[作空间的大小代表了机器人的活动范围，它是衡量机器人工作能力的一个重要的运动学指标，是从几何方面讨论了机器人的工作性能，在机器人的设计、控制与应用过程中，都需要考虑n]。目前，机

6、器人工作空间的求解方法主要有解析法、图解法以及数值法一。解析法是通过多次包络来确定工作空间边界，但一般采用机器人运动学收稿日期：2010—08—03图1六自由度弧焊机器人的结构简图及杆件坐标系·70·《机械与电子32010(12)为实现机器人末端执行器在空间的任意位姿，fx(q)1一般设计成2个连杆系统：前3个自由度(腰、大臂∈y(ql；g⋯

7、，用来实现末端执行器(焊为(P，P，)，则机器人的工作空间W可描述为：枪)的位姿，称为次连杆系统。根据国家标准，机器户lp1p1人的工作空间由主连杆的几何参数决定[5。P2P2P。2∈：为了研究该机器人的运动，应用Denavait—●Hatrenberg(D～H)方法建立连杆坐标系，如图1所p户示。机器人各连杆的机构参数和运动参数如表1所2弧焊机器人工作空间分析示。用4×4的齐次变换来描述各个连杆相对于固定参考系的空问几何关系，从而导出末端执行器坐蒙特卡洛方法是利用随机变量的一个数值序标系相对于参考系的等价齐次变换矩阵，最终

8、建立列，来得到特定问题近似解的数值计算方法。。机器人的运动学方程。机器人机械手末端参考点在蒙特卡洛方法应用于机器人工作空间分析及绘制的基坐标系中的表达式为：基本步骤如下所述。厂卯0]a．建立D—H连杆坐标系，求解机器人的运动=J．J=学正解，根据正解求出机器人末端执行器在基础坐标系中的坐标