焊接机器人运动路径优化分析精要.ppt

焊接机器人运动路径优化仿真分析 摘 要 本课题针对的主要研究对象是工业上应用非常普遍的六自由度工业焊接机器人。把工厂的实际生产过程，与焊接机器人相关的理论结合，运用虚拟样机对焊接机器人的运动进行仿真并且优化从而提高生产效率和产品质量。 本文针对六自由度焊接机器人路径优化角度出发，详细的介绍了工业机器人结构的描述方法，包括了空间的描述，机器人坐标系的建立，及焊接机器人运动方程的正解及逆解的求解。运用D-H方法建立数学模型，并对运动路径进行优化。阐明了焊接机器人虚拟样机的模拟过程，例如，焊机机器人虚拟样机模型的导入，模型在ADAMS中的前期处理步骤，焊接机器人模型的检测，为接下来进行的仿真过程做好了准备。然后，利用机器人运动学理论和虚拟样机技术，从焊接工艺出发，依据焊接任务要求，结合相关虚拟模拟软件ADAMS及ANSYS联合对机器人的焊接运动过程完成了仿真分析求解及验证。最后，在工厂现有设备的基础上对焊接的运动的轨迹进行验证 焊接机器人的结构 (1) 焊接机器人本体。焊接机器人的本体就是机器人的机械手机构或者可以叫做操作机，也就是焊机机器人的机械部分。 (2) 驱动器。工业机器人在驱动方式的选择上有几种驱动方式，一般有伺服电机驱动和液压的驱动方式，在本课题中采取的驱动方式为伺服电机驱动。 (3) 控制器。控制器作为工业机器人的“大脑”，它承担着对工业机器人所有信息的处理功能，用来控制工业机器人的机械手的运动。 (4) 焊接设备，各类焊枪等等。 1.基座，是整个机器人的支持部分，有固定式和移动式两种，本文采用固定式 2.腰部，是连接大臂和基座的部件，通常是回转部件，腰部的回转运动在家长上臂部的平面运动，就能使手腕做空间运动 3.大臂，连接腰部与小臂，组件包括大臂和传动部件，在用以驱动小臂做俯仰运动 4.小臂，用以连接大臂与手腕，组件包括小臂、传动部件、传动轴等 5.手腕，与末端执行器相连，主要功能是带动末端执行器完成预定姿态 6.末端执行器，是机器人直接进行工作的部分，用来安装焊枪 焊接机器人本体的构成 机器人运动学理论坐标系 的运动学理论中经常使用的坐标系主要分为以下几种形式： (1) 参考坐标系，就是坐标系的方向和位置不会随着机器人的运动而产生移动变化，在一个机器人运动学系统中，参考坐标系的作用是起到一个定位的作用，所以通常也被叫做固定坐标系。本文的参考坐标系为基座的坐标。 (2) 关节坐标系，在工业机器人的运动学系统中，通常用来描述工业机器人各个机械臂的关节坐标，来定义各个关节的运动参数问题。 (3) 工具坐标系，也就是位于工业机器人末端坐标系，在整个机器人的空间系统中，工具坐标系就是焊枪端点的坐标系。工具坐标系的原点坐标都会随着机器人的运动产生位置和角度上的变化。 (4) 用户坐标系，自定义的坐标系 存在于空间的任意一个物体，我们可以通过坐标系的定义从而对这个物体进行描述，关于具有多个关节的串联机器人来说，有众多的空间坐标系，所以在讨论各个空间坐标系之间的关系时应该如何表示，那么就需要讨论坐标系的变换问题 机器人坐标变换 关于具有多个关节的串联机器人来说，有众多的空间坐标系，所以在讨论各个空间坐标系之间的关系时就需要讨论坐标系的变换问题，主要的变换有平移变换、旋转变换和复合变换 平移变换 旋转变换 复合变换 将复合变换转换成等价的齐次变换并写成矩阵的形式 即转化为了 的形式 该矩阵称为T矩阵，综合表示了平移变换和旋转变换 如果要求齐次变换的逆变换，则可以通过矩阵求逆方法来获取 转动关节连杆D-H表示 对于有多个自由度的机器人，有多个关节，所以需要对每个关节建立坐标系，然后通过前面所讲的坐标变换的方法来建立各个坐标系之前的关系，这里我们运用一种D-H法，是一种矩阵的方法，能为关节连中的每个连杆建立坐标系。 D-H法的X方向是由当前轴和相邻的下一轴来确定的。如图，两个连杆的连接关系为转动关系，机构中存在三个旋转关节，先确定Z轴方向，根据己有的Z轴得出X轴。 构建机器人连杆坐标系 利用齐次坐标变换矩阵，可表示相邻两连杆的相对位置和方向的关系，这种矩阵成为A矩阵。 如果存在任意两个连杆坐标系{i-1}和{i}，{i-1}可以经过旋转-平移-平移-旋转四次变换后与{i}完全重合，那么A矩阵为： 展开可得 机器人的运动学正解与逆解 机器人运动学正解就是已知机器人各关节变量，计算机器人的末端姿位。也可说是求解