基于Pro／E管道喷涂机器人运动仿真分析.pdf

学兔兔 第1期 (总第158期) 机 械 工程 与 自动 化 No．1 2010年 2月 MECHANICAL ENGINEERING ＆ AUT0MAT10N Feb． 文章编号：1672—6413(2010)01—0001—03 基于Pro／E的管道喷涂机器人运动仿真分析 栾振兴 ，樊利民 ，邵君奕 ，吴国新。 (1．北京邮电大学 自动化学院，北京 100876；2．清华大学精密仪器与机械学系，北京 100084；3．北京 信息科技大学 机电系统测控北京市重点实验室，北京 100192) 摘要：利用ProE／Mechanism的运动仿真功能，模拟实现了冗余多自由度管道喷涂机器人手臂在S型管道内的 运动特性。模拟仿真过程中通过输入由机器人逆运动学计算所得的手臂关节关键点的相对坐标，实现了机器人 手臂按照规划路径运动的设计要求，从而检验出手臂是否与管道碰撞，为喷涂路径的优化提供了重要参考，最 终实现了对机器入喷涂效果的最优化控制。 关键词：机器人；运动仿真；路径优化 中图分类号：TP242 文献标识码：A 0 引言 该S型管道喷涂机器人系统主要由6部分组成， 随着机械、电子、控制技术的迅猛发展，机器人 包括控制系统、运输车、基座部分、伸缩臂部分、曲 技术已广泛应用于军事、航空航天、工农业生产、医 臂部分和喷涂系统，如图1所示。机械机构具有14个 疗等领域，各类功能齐备、技术含量高的机器人纷纷 自由度，其中，基座4个，伸缩臂3个，曲臂7个。 问世，一些发达国家如美国、日本、德国、法国等在 该冗余自由度特种喷涂机器人由直角坐标式和空 机器人领域一直保持着先进的技术水平及其优势l_】]。 间关节式组成。将机器人的基座部分设计成直角坐标 机器人学涉及内容相当广泛，包括机构学、运动 式，可以在x、y、z 3个方向上方便地进行空间位置 学、控制技术、传感技术及智能技术等。机器人运动 调整，3个伸缩臂完全伸展时其尺寸为14．1 m× 学是机器人技术中的一个重要分支，是实现机器人运 2．1 1TI×3．2 m。基座与伸缩臂的连接设计为摆臂结 动控制的基础。机器人运动学的研究涉及大量的数学 构，使伸缩臂和曲臂相对基座可以在一个平面内运动， 运算，计算工作相当繁琐。因此采用一些工具软件对 便于其和S型管道同轴。机器人手臂结构设计成冗余 其分析可大大提高工作效率，增加研究的灵活性和可 多关节的曲臂形式，可以灵活地进行位置和姿态调整， 操作性，解答机器人在设计、制造、试验阶段以及运 以适应管道的S形状。 行过程中出现的问题_2 ]。 当前比较流行的仿真软件主要有MATI AB、 ADAMS、ANSYS、Pro／E等，其各自在设计、仿真、 分析上有自己的特色。本文即在Pro／E强大的三维模 型设计功能的基础上，对某喷涂机器人的关节输入经 逆运动学计算而得来的数据进行运动仿真，以检验关 节手臂的关键点是否与s型管道内壁碰撞，从而为喷 涂路径的优化提供参考，最终实现了对机器人喷涂效 l一控制系统；2-一运输车；3一基座； 果的最优控制。 4一伸缩臂；5一曲臂；6一喷涂系统 1 机器人机械结构 图1 机器人喷涂系统构成 1．1 机器人系统