十自由度焊接機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著機(jī)器人和焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，含有外部軸的冗余機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，研究冗余系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題具有現(xiàn)實(shí)意義。本文以含有KUKA機(jī)器人、變位機(jī)和C型支撐的機(jī)器人系統(tǒng)為對(duì)象，研究十軸機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，開發(fā)了相關(guān)軟件包，主要研究并解決了三個(gè)問題:碰撞檢測(cè)問題、變位機(jī)逆解問題和冗余系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題。
　　在AABB包圍盒碰撞檢測(cè)算法中，STL模型中三角片的大小不均勻會(huì)導(dǎo)致包圍盒樹中的包圍盒不能逐層有效收縮，使得算法的運(yùn)行速度

2、慢且不穩(wěn)定。本文提出了基于三角片細(xì)分的包圍盒構(gòu)造方法，該方法先將模型三角片細(xì)分，得到一組大小均勻的三角片，之后根據(jù)細(xì)分后的三角片構(gòu)造包圍盒，引入兩個(gè)參數(shù)分別控制三角片細(xì)分粒度和包圍盒樹層數(shù)，實(shí)現(xiàn)了包圍盒更有效的收縮，穩(wěn)定了碰撞檢測(cè)速度。包圍盒樹構(gòu)造完成后，釋放細(xì)分之后三角片所占用的內(nèi)存空間，降低了程序的空間需求。碰撞檢測(cè)時(shí)，通過減少包圍盒之間、三角片之間碰撞檢測(cè)時(shí)坐標(biāo)變換次數(shù)，避免了不必要的包圍盒膨脹，提高了碰撞檢測(cè)速度。
　　變

3、位機(jī)逆解問題中，現(xiàn)有算法在逆解超出區(qū)間[-180°，180°]時(shí)，逆解會(huì)出現(xiàn)突變，本文提出了基于正反向搜索的逆解選擇算法，在保證關(guān)節(jié)不超限的前提下，有效克服了逆解突變的問題。之后討論了變位機(jī)和機(jī)器人的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)問題，為了控制焊槍相對(duì)于工件的移動(dòng)速度，選擇了基于工件坐標(biāo)系位姿插補(bǔ)的同步方法，結(jié)合變位機(jī)逆解算法，能夠在調(diào)整焊縫位姿的同時(shí)進(jìn)行焊接作業(yè)，并保證各焊點(diǎn)在焊接時(shí)滿足給定的焊縫轉(zhuǎn)角和焊縫傾角。
　　在解決碰撞檢測(cè)問題、變位機(jī)逆解問

4、題的基礎(chǔ)上，研究了冗余機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題。在分析了焊接工藝約束及系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)上，確定了系統(tǒng)的冗余變量，并給出了單指標(biāo)的正弦計(jì)算公式和多指標(biāo)的乘法融合公式。采用差分進(jìn)化算法對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃變量進(jìn)行優(yōu)化，研究了該算法的不同變種的優(yōu)化效果，確定了最終使用的算法操作及相關(guān)參數(shù)。為了避免軌跡突變，選用局部最優(yōu)策略為單條軌跡生成策略，該策略中起始點(diǎn)（起始焊點(diǎn)的規(guī)劃結(jié)果）影響后續(xù)焊點(diǎn)的規(guī)劃，在嘗試多個(gè)起始點(diǎn)并生成多條候選運(yùn)動(dòng)軌跡后，根據(jù)所有焊點(diǎn)指標(biāo)