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经济型的焊接机器人的运动学分析

时间：2017-11-09 来源：机器人在线阅读：7023

3 焊接机器人的运动学分析

1机器人运动学描述

对机器人的运动学分析的研究实际上就是对焊接机器人的各运动部件与焊枪之间运动关系进行研究。首先要建立坐标系，然后运用齐次变换方程对其两个坐标系进行变换，最后获取到空间中任意一个相对的位姿。如果能够把与各杆件固连的坐标系建立在焊接机器人的每个连杆之上，这样只要通过固连在各连杆上的坐标系之间进行变换就可以获得各个连杆之间的位姿关系。运用上述方法就可以将焊接机器人运动学中连杆间的关系简单的描述出来了，但由于各个连杆坐标系位姿不同，想要把各个连杆的位姿正确地将描述出来也是比较困难的，这时我们就只有依靠所建立的连杆坐标系。综上所述建立好坐标系，准确无误的描述位姿信息对于机器人

运动学分析来说是最要的两个步骤。

2焊接机器人位置和姿态描述

焊接机器人进行作业时的运动其实就是机器人本身各连杆之间在空间的相对运动，这种运动被称作位置和姿态。众所周知运动学分析包含了线性代数、理论力学、数值分析、等众多个学科门类的知识，这样在分析的过程中如果基础知识不清楚，

那就会加大分析的难度，但是由于运动学的分析是对焊接机器人进行有限元分析的基础，也是在机器人技术领域的研究中不可缺少的内容，因此，我们就要针对要分析的内容，普及关于运动学方面相关的基础知识，这样就可以为后续的分析与研究奠定良好的基础。在这里就先针对位置描述上的一些问题为大家进行简单的介绍。

（1）物体位置的表示

3经济型机器人相邻两杆之间的齐次变换矩阵

其中旋转变换用Rot表示，平移变换用Trans表示，三角函数cos用c表示，sin用s表示。

4建立经济型焊接机器人的运动学方程

要确定焊接机器人各个连杆之间的运动就需要准确的找出机器人连杆坐标系之间的变换关系，因此正确的表述各个连杆之间相应的信息是非常重要的。建立焊接机器人的运动学方程时首先就要采用科学的方法将其各个连杆坐标系建立起来，在建立各个连杆坐标系的过程中应该遵循以下几个原则:

1.必须要将所要建立的连杆的结构准确的表达出来;

2.必须要将所考察连杆与其相连的连杆间的关系反映出来。通常地说，建立连杆坐标系的位置可以是在任意一个相邻的关节上，但是由于各连杆位置的不同，不同关节上建立出来的坐标系就会使得进行齐次变换的矩阵的表现形式也不相同，但

最终不会影响到各个连杆的位置与姿态。

旋量理论和D-H表示法在用于运动学研究当中是比较常见的。旋量理论是运用一些数学的方法来建立焊接机器人的运动学的方程，利用该方法计算求解得的雅可比矩阵对焊接机器人动态特性的分析提供了重要的理论基础;而D-H表示方法相对于旋量理论在精确定位方面有着不可小觑的意义。应用D-H表示方法建立其运动学方程时，需要在其各个连杆位置建坐标系，虽然这样的方法在运算上相对旋量理论是比较繁琐，但在求解过程中会有着较大的优势。因此本文在研究经济型焊接机器人的运动学时就是用该法来建立各连杆坐标系的。

D-H表示法是研究结构运动的一种方法，D-H是提出这一方法的两个人首字母的组合，因此称为D-H比表示法。由于它可以明确地表示出各运动构件间的运动关系，因此在进行运动学的研究过程中常用这种方法来求解机器人各运动关节间的变换矩阵。

本文依据D-H表示法来建立的焊接机器人的连杆坐标系如图2-3所示。焊接机器人的连杆参数如表2-1所示。其中:a2=160mm, a3=580mm, a4=200mm, d4=640mm。