在某些大型变压器体的制造过程中,遇到一些管道的焊接问题:手工焊已很难满足实际需要,如焊接效率、焊接质量方面,特别是在焊接两垂直相交的管路产生的相贯线时,问题尤为严重。我们决定采用焊接机器人来解决此类问题,机器人的高精度、高自动化及稳定性完全能够胜任此任务。 本文根据焊接机械手末端执行器所要完成的路径及避障任务,进行了机器人沿一定路径运动的无碰路径规划。本文采用了能够解决该问题6个自由度的开链式全关节型焊接机器人,此类机器人的结构类似人的腰部和手部,其位置和姿态全部由旋转运动实现,机构紧凑,灵活性好,可获得较高的末端操作线速度。当机器人运动时,要计算其各臂扫过空间的精确值是十分困难的,多数规划系统都是对机器人作近似描述,在仿真过程中,本文把6自由度焊接机器人的大、小臂看作是圆柱体,把机械手简化成没有外形的线段来表示。 基于机器人与障碍实体的实际关系,通过对工作空间障碍的特性分析,采用了几何图形法来建立障碍边界模型,该法是适合于机器人在以线段和圆弧为边界障碍物环境下运动的路径规划算法,借助二维空间的几何图形法来解决三维空间机器人无碰路径规划问题,该法直观简便,计算量小。在建立运动学数学模型时,运动学逆问题是给出操作器相对于基坐标系的位置和姿态,求解其关节变量。这个问题的求解较为复杂,因为它实质上是解一个非线性方程的问题,目前尚没有通用的解法。本文在求解运动学逆问题时采用分步代数法,本法是基于Denavit-Hartenber方法的,避免了大量的矩阵逆乘运算,同时也减少了超越函数的调用,求解过程更简单,计算速度大大提高,系统性强,对于机器人实时在线控制,具有很大的实用价值。本文最后用MATLAB软件对焊接机器人在障碍物边界条件约束下的运动学仿真,仿真结果验证了运动学数学模型和障碍物边界模型建立的正确性。