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码垛
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四轴
码垛机
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本设计包括“二维图+论文+外文翻译”
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1 外文翻译 弧焊机器人中的机器人定位系统的运动学分析 应用 摘要 考虑到焊接技术的特殊性，本文重点研究的机器人系统的运动控制。系统由一个六轴工业机器人（机械手焊接工具）和 两自由度 焊接变位机（工件机械手）构成，其目的是在工艺过程中优化焊接接头方向。论文的特别贡献是在定位逆运动学领域，这是系统脱机程序设计与控制的关键问题。用来处理焊接接头方向相对于重力的显式定义的逆运动学问题已经提出了一种新的配方和一个封闭的形式的解决方案。类似的结果也得到了基于单位向量变换的已知问题陈述。对于这两种情况， 关于奇异性和独特性存在主题的详细调查已经进行，所提出的结果是在一个商业软件中实现并且在汽车行业中的实际应用和验证。 关键词 机械臂；逆运动学；机器人定位；电弧焊 1 介绍 焊接技术是工业机器人一种传统的应用领域，因此它鼓励密集的研究基于复杂模型控制的编程工具的发展。这样的软件系统允许优化一些会直接影响产品质量和工作周期系统的工艺参数。此外，基于模型的编程允许没有进入车间一次完成大部分的工艺准备，因此，使得机器人系统在小批量制造业具有竞争力。然而，仍有一些目前阶段 通过结合模拟设计师的专业知识目前阶段在工业上来克服的理论问题。本文集中于一这样的问题 这种偏重于运动学的起源机器人系统控制的双重性质编程，这需要定义一个逻辑制造任务的结构和指定作为运动参数的空间关系。获得这些空间关系是一个非常乏味的和耗时的过程，这通常是关于 10， 100倍于产品焊接环（ O， 1999甚至是离线编程系统的应用都不能一次大幅减少，而机器人空闲时间（当机器人因为编程不能用于生产）却能明显减少。 在电弧焊接中，一个 六轴机器人运动能力通常不足以保证所需的工作包络线和 /或所需的方向的技术工具（焊接）。相对重力矢量焊接必须也正确导向时，机器人必须沿相对于接头的焊接接头所规定的速度和方向移动。为了这个原因，典型的焊接站（图 1）包括几个计算机控制机：一个六轴工业机器人（机械手工具）； 1 2轴定位器（物体的机械手）；和可选的 2 3 轴龙门（机器人）。这样的安排有多余的运动形式系统，通常不能对所有机械的逆运动拥有封闭的形态。由于这个问题的复杂性，它通常是分解在几个按顺序来解决的单独的任务： 优化相对于重力矢量（受变位机的运动 约束）的焊缝方向 ； 优化相对于焊接接头（受接头工艺及几何约束）的焊接工具的取向 ； 优化机器人基地的位置（根据机器人和龙门运动的限制） ； 这些步骤中的每一个步骤都需要多个坐标为相应的机器的转换（两个直接和逆的）。然而，在机器人文学中，主要研究活动集中于 6 自由度和冗余度器人的细节研究 (& 1991; 1997;1996;1993; 1996 和其他人 ).。在我们的认知中，只有 o (1987) 和 1990)从隆德技术研究所（瑞典）调查过焊接应用的定位机构。甚至在先进的工业包装，如 机器人），优化过程（ “ 多余的运动链平衡 ” ）仍然是半自动的采用直接 /逆运动学机器人，但只有直接运动学定位器。 本文将阐述 括奇异性和存在问题的解决方案。也有定位器配置指标，确保独特的解决问题的一个单一的输入和 定义序列的连续焊接路径的表达。变位机与机器人的协调控制和在笛卡尔空间中，配置的变化在焊接过程中是不允许的，后者更为重要。 本文的其余部分组织如下： 第 2节 介绍的运动控制架构并介绍了焊缝的运动描述。第 3节是专门的焊接的正式声明共同定向问题。在 第 4节，直接通用焊接变位机的运动学模型派生。第 5节给出了逆运动学解以及一个详细的调查的奇异性和存在唯一性问题。最后， 第 6节 总结了本文的主要贡献。 2 运动 控制结构 制层次 早期的机械手，其由伺服控制的能力是有限的，与之相比，现代工业机器人系统要实现任务级控制，基本上为最终 用户简化了制造任务定义 (o & 1993; o, & 1994). 对于弧焊应用，五级控制通常使用（图 2）。他们中的最高依赖于运动学建模和处理获得最佳的技术和几何参数，如焊接的方向角接头和焊接枪，焊接顺序，焊接第四级通过直接 /逆运动学的所有机械部件（机器人，定位器的坐标转换，门式）执行适当的速度等。其余三级处理刀具 /工件在笛卡尔空间、机械臂的空间及电机轴空间中运动的实施（应当指出的是对于某些操纵者，轴角和 电机轴角两者之间的相互关系是不平凡的）。 本文重点研究的运动方面的机器人定位系统（这是必不可少的二级控制水平），假设同时移动机器人和定位器的目的是相对于焊接过程中的重力提供最佳的工件定位。自从在现代控制器等运动实施的“ 式（当机器人遵循焊接接头的运动），主要关注的是对定位器的直接 /逆运动学，以及对定义焊接接头世界方位角度的技术要求。 缝的运动学描述 焊接对象的空间位置，如一般刚体，可以用一个单一的框架来定义采用六个独立的参数（三个直角坐标和三个欧拉角）。不过 ,定义每个焊缝 的几何形状需要一些额外的努力，决于共同的配置文件。自现代商业机器人系统允许两种基本类型的轮廓（直线和圆形）的进程，只有以下这些情况下被考虑到。线性连接，与特定的移动架轴的定义可以描述焊接几何。在本文定义了这个框架： 3）； 常的焊接接头）； 织”方向。 应该注意的是，在实践中，它是谨慎的定义自己的轴为相应的等分线焊接接头表面。考虑到上述的定义，相对于 工件的基础框架，见图。 3）可由下面的同质参数方程描述： 标的“ s”和下标“ w”为出发点的焊接， 该强调的是向量, 是定义相对于 架，在实践中，他们是容易从工件的三维计算机辅助设计模 型。 对于圆接头，一个类似的方法，但移动框计算保证切焊接路径，对 在每一点上（图 4）。很明显，初始机架服从下面所描述的旋转变换和焊接运动学参数方程： 3 焊接接头定向问题 在机器人焊接站，相对于重力的焊缝所需的方向是通过定位器装置调整它的斜率和辊角（ Y）来实现 用运动模型（ 4）和定义，上一节焊接接头问题定位可以表述如下：直接的问题。对于给定的值的位置的坐标和抵抗已知的变换矩阵，利用计划行为理论； 可找到。反问题 1。对于给定的值的斜率 /辊方位角 Y； 所周知的均匀变换矩阵零；通过 找值 定位轴坐标：还有另一个说法的逆问题，是对焊接变位机（ 1990）研究与减少的版本的表达（ 4），它描述单单位矢量变换： 单位向量 用接受的符号，这一提法可以表述为跟随。 反问题 2。对于给定的值矢量坐标的焊接方法；以及对于已知的齐次变换矩阵零； 找定位轴的值。 应该强调的是，这两种方法要求输入 2个独立的参数（ 2个参数或者一个单位向量），但是，他们具有不同的元素矩阵。因此，第一， 3*3 行第三矩阵的公式处理；只包括 Z 坐标和对周围的重力旋转。相比之下，二次制定经营的第二列 Y 个矩阵，其中包括 X； Y 坐标。其结果是，二种方法得到不理想的焊缝倾角和辊。因此，二次制定逆问题是不太合理的技术观点。 唯一的情况下，当第二方式明智的，是所谓的“ 为接近向量是垂直的（即连续，焊缝方向矢量零在水平面。但第一个方法还成功地解决了这种情况下，作为它对应于 Y； 0； 0：然而，第二方法可以成功地应用于案件，这是奇异的第一配方 Y7P = 2；当定义滚动角时没有有意义。它是通过将问题的实现 ，即更换接近矢量的焊接方向矢量，这必须垂直。对于这个原因，这两种方式的逆问题将被视为如下。 在现实生活中逆公式的应用问题，也应考虑到坡度和轧辊的工程意义，敏感的符号，这些角度。例如，负坡度可以很容易地被正面的一个焊缝的起点和终点互换。此外，正和负的辊是相等的对重力的力。类似的结论是有效的替代定义的焊接角度。 4 直接运动问题 因为焊缝方向相对于重力完全由 2个独立定义参数，通用焊接变位机有 2个轴。不过，最单单的机构也能利用轴机器人定位器（转盘和滚轮架），虽然不能够提供全焊接方向，但也能增加焊接站的电位。机器人 制造商也生产五轴定位器，事实上，一个组合的两轴的机器，放置到机器人工作区（使用第五轴），使机器人在另一边焊接改变工件变得可能。因此， 2 定位器可以被认为是基本的定向焊接站的部件，所以剩余的这一部分是服务于两自由度定位器。 在构建变位机模型时，应该是考虑到交叉点的定位轴线可以位于面板，也可接近重力工件中心（图 6a）。这样的一个设计可以避免大负载的时刻。但在某些情况下，这一点在上面的板（图 6B）。为此，假定定位基准帧在其轴线的交点是谨慎地释放通常的约束。 类似于其他机械手，运动学定位器可以通过设定 结构描述模 型（ Fu et 1987）。然而，对于所考虑的二维系统，它是使用一个产品更方便直接派生的初等变换见图 7： (.)(.),(.),(.), x 4*4的均匀描述的变换矩阵，分别描述平移和旋转沿（或左右）轴标的指定。 型也可以减少来形容一般的轴机构的运动学（见附录一）。它是由固定 1 2择适当的值来实现。例如，对于转盘，只有当 0 时轴变为 2q ：但对于转向辊轴，当 0且 0x 时轴变为 1q 。 5 逆运动学问题 位器配置 类似于其他操作系统，定位器运动学逆解非唯一由于两解分支的存在。然而，离线编程和实时控制都需要区分它们，以保证变位机的连续性运动。为此，直接运动学必须产生一个额外的输出，配置指数 1M 描述了定位器的姿态，这也是使用作为逆转换的附加输入，产生独特的结果。 接接头的最佳定位 最佳焊接方向是实现接近矢量时严格垂直、连续，焊接方向矢在水平面上，即)0,0(),.(e 和 0 0 1。 6 结论 考虑到特殊性焊接技术所开发的技术可以协调运动的 2个机械手（机器 人 和定位器）。结合他们的运动描述与技术知识，它成为可能实施多层次的控制和规划线性和圆形的最佳焊接路径关节（或分段线性 /圆形的） 。通过使用这个与工件的计算机辅助设计数据，它是也有可能实现一个必要的时间减少焊接机器人的设计与编
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