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清华大学学报(自然科学版)  2018, Vol. 58 Issue (3): 292-297    DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.21.006
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全位置焊接机器人逆运动学数值求解及轨迹规划方法
郭吉昌, 朱志明, 王鑫, 马国锐
清华大学 机械工程系, 先进成形制造教育部重点实验室, 北京 100084
Numerical solution of the inverse kinematics and trajectory planning for an all-position welding robot
GUO Jichang, ZHU Zhiming, WANG Xin, MA Guorui
Key Laboratory for Advanced Materials Processing Technology, Ministry of Education, Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
全文: PDF(0 KB)  
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摘要 针对所设计的新型箱型钢结构现场全位置焊接机器人存在欠自由度和自由度耦合等问题,导出了一种基于实际焊接工艺需求的机器人逆运动学数值解法,解决了采用传统解析法求解机器人逆运动学问题时存在的困难。在数值解的基础上,进一步提出了一种基于递推算法的机器人运动轨迹规划和焊枪空间位姿调整方法,实现了机器人在焊接箱型钢结构直角转角过程中的焊枪空间位姿的平滑过渡和调整。该方法不仅实现了箱型钢全位置焊接的轨迹规划功能,有利于计算机自动求解,而且可有效适应不同型号尺寸的箱型钢结构。
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郭吉昌
朱志明
王鑫
马国锐
关键词 焊接机器人箱型钢结构逆运动学数值解法轨迹规划    
Abstract:Versatile welding robots designed for the field welding of box-type steel structures have the problems of low DOF (degree of freedom) and DOF coupling. A numerical solution method was developed for the inverse kinematics of the robot based on the layouts of actual welding processes to solve difficulties encountered in analytic methods. The numerical solution leads to a trajectory planning method based on the recursive algorithm to adjust the position and posture of the welding torch to realize smooth adjustments and transitions of the welding torch during welding of the right-angle turning point of the box-type steel structures. This approach provides trajectory planning for the all-position welding of box-type steel in an automatic algorithm that is applicable to different sizes of box-type steel structures.
Key wordswelding robot    box-type steel structure    inverse kinematics    numerical solution    trajectory planning
收稿日期: 2017-09-22      出版日期: 2018-03-14
ZTFLH:  TP242.3  
基金资助:国家自然科学基金面上项目(51775301)
通讯作者: 朱志明,E-mail:zzmdme@tsinghua.edu.cn     E-mail: zzmdme@tsinghua.edu.cn
作者简介: 郭吉昌(1987-),男,博士研究生。
引用本文:   
郭吉昌, 朱志明, 王鑫, 马国锐. 全位置焊接机器人逆运动学数值求解及轨迹规划方法[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2018, 58(3): 292-297.
GUO Jichang, ZHU Zhiming, WANG Xin, MA Guorui. Numerical solution of the inverse kinematics and trajectory planning for an all-position welding robot. Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2018, 58(3): 292-297.
链接本文:  
http://jst.tsinghuajournals.com/CN/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.21.006  或          http://jst.tsinghuajournals.com/CN/Y2018/V58/I3/292
  图1 新型箱型钢结构焊接机器人系统
  图2 机器人系统空间坐标系布局示意图
  图3 直线运动状态DGH 模型坐标系
  图4 机器人末端关节坐标系
  图5 基于递推算法的轨迹规划程序流程图
  图6 基于逆运动学数值解和递推算法的轨迹规划仿真
  图7 焊接机器人各关节参数变化曲线图(半周焊接)
[1] 朱志明, 郭吉昌, 马国锐, 等. 箱型钢结构环缝焊接的机器人运动学分析与轨迹规划[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2017, 57(8):785-791. ZHU Z M, GUO J C, MA G R, et al. Kinematics analysis and trajectory planning for a welding robot for girth welding of box-type steel structures[J]. Journal of Tsinghua University (Science & Technology), 2017, 57(8):785-791. (in Chinese)
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