十自由度焊接機器人系統(tǒng)運動規(guī)劃方法研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著機器人和焊接技術的不斷發(fā)展，含有外部軸的冗余機器人系統(tǒng)的應用越來越廣泛，研究冗余系統(tǒng)的運動規(guī)劃問題具有現(xiàn)實意義。本文以含有KUKA機器人、變位機和C型支撐的機器人系統(tǒng)為對象，研究十軸機器人系統(tǒng)運動規(guī)劃方法，開發(fā)了相關軟件包，主要研究并解決了三個問題:碰撞檢測問題、變位機逆解問題和冗余系統(tǒng)運動規(guī)劃問題。
　　在AABB包圍盒碰撞檢測算法中，STL模型中三角片的大小不均勻會導致包圍盒樹中的包圍盒不能逐層有效收縮，使得算法的運行速度

2、慢且不穩(wěn)定。本文提出了基于三角片細分的包圍盒構造方法，該方法先將模型三角片細分，得到一組大小均勻的三角片，之后根據(jù)細分后的三角片構造包圍盒，引入兩個參數(shù)分別控制三角片細分粒度和包圍盒樹層數(shù)，實現(xiàn)了包圍盒更有效的收縮，穩(wěn)定了碰撞檢測速度。包圍盒樹構造完成后，釋放細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。碰撞檢測時，通過減少包圍盒之間、三角片之間碰撞檢測時坐標變換次數(shù)，避免了不必要的包圍盒膨脹，提高了碰撞檢測速度。
　　變

3、位機逆解問題中，現(xiàn)有算法在逆解超出區(qū)間[-180°，180°]時，逆解會出現(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。之后討論了變位機和機器人的協(xié)調(diào)運動問題，為了控制焊槍相對于工件的移動速度，選擇了基于工件坐標系位姿插補的同步方法，結合變位機逆解算法，能夠在調(diào)整焊縫位姿的同時進行焊接作業(yè)，并保證各焊點在焊接時滿足給定的焊縫轉角和焊縫傾角。
　　在解決碰撞檢測問題、變位機逆解問

4、題的基礎上，研究了冗余機器人系統(tǒng)運動規(guī)劃問題。在分析了焊接工藝約束及系統(tǒng)運動學的基礎上，確定了系統(tǒng)的冗余變量，并給出了單指標的正弦計算公式和多指標的乘法融合公式。采用差分進化算法對運動規(guī)劃變量進行優(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（起始焊點的規(guī)劃結果）影響后續(xù)焊點的規(guī)劃，在嘗試多個起始點并生成多條候選運動軌跡后，根據(jù)所有焊點指標