第12期 2017年12月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool &Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)12002504
D0I :10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2017. 12. 006
喷涂机器人运动学与轨迹规划算法研究
李芳，顾海巍2
No.12 Dec.2017
（1.武汉职业技术学院计算机技术与软件工程学院，武汉430074：2.哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，哈尔滨150001）
摘要：文章针对6自由度喷涂机器人的机构特点和作业要求进行了深入分析，进而对其运动控制算法进行了研究。首先，通过MDH法对机械臂构建了关节坐标系；其次，对喷涂机器人进行了运动学模型的建立与分析，从正逆两个方面对运动学特性进行了详细的分析和描述；再次，对喷涂机构采用选代法进行了逆解算法的研究与论述并分析了喷涂机器人轨迹规划的特点，给出了规划器的形式；最后，通过MATLAB仿具软件对运动学算法的有效性进行了验证，同时验证了该算法在轨迹跟踪时的精确性。
关键词：喷涂机器人；轨迹规划；运动学模型
中图分类号：TH166；TG659
文献标识码：A
Study on the Algorithm of Kinematics and Trajectory Planning for Spray Robot
LI Fang',GU Hai-wei?
(1. School of Computer Science and Software Engineering, Wuhan Polytechnic, Wuhan 430074, China;2 State Key Laboratory of Robotics and System, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)
Abstract : In this paper, the mechanism and operating requirements of 6 DOF painting robots are analyzed, and the motion control algorithm is studied. Firstly, the joint coordinate system is constructed by MDH method. Secondly, the kinematics model of the painting robot is established and analyzed. The kinematics characteristics are analyzed and described from two aspects. Finally, the validity of the kinematics algorithm is verified by MATLAB simulation software. At the same time, the effectiveness of the algorithm is verified by the MATLAB simulation software. At the same time, the effectiveness of the algorithm is verified. At
the same time, And the accuracy of the algorithm in trajectory tracking is verified. Key words: spraying robot; trajectory planning; kinematic model
0引言
随着先进制造业的发展，工业机器人已在众多领域成功应用。喷涂机器人广泛应用于汽车等产品的涂装生产线，但相较于世界四大机器人厂商，国产的喷涂机器人技术水平仍然较低。陈旧的机械构型是制约国内喷涂机器人性能的一个重要原因。喷涂机器人通常用于汽车车身的喷漆，涂装工作环境对于机构有如下要求：喷涂运动轨迹要有相互重叠的部分，有适当的间距，用以调节喷漆的厚度：喷涂汽车车身时，要求相应的喷涂机器人末端的运动能够对车身的运动保持稳定快速的跟踪；考虑到喷涂车间的洁净要求，所有的油漆管、溶剂管和测速光纤等重要管线需从喷涂机器人的本体内部穿过，连接到喷枪，以保证在手腕转动过程中，不能引起内部管线等打结或折断。
斜交机构与传统机构在运动学解算时差异较大。
收稿日期：2017-01-16；修回日期：2017-02-14*基金项目：国家自然科学基金项目（61203346）
多数6轴机构由于满足Pieper准则，其逆运动学具有解析解，可通过初等函数运算来求解，例如：Puma机器人的后3轴轴线相交于一点，UR轻量化机器人的第 2、第3与第4轴轴线相互平行。
斜交喷涂机构分布特征不满足Pieper准则，故其对应运动学逆解是非封闭的。逆运动学算法作为喷涂机器人的核心算法，是对其进行运动控制的基础，诸如轨迹规划和离线编程等重要功能均依赖于此。学术界对于喷涂机器人运动控制算法的研究已经取得了一定的成果。例如,LeeHY采用方向余弦对建立了非正交喷涂机器人的运动学矩阵方程，分析了其正逆运动学特性(!];Qiao SG和LiaoQZ在求解逆运动学过程中采用了矩阵的SVD分解法，对求解高阶矩阵方程具有良好的效果[2]；RaghavanM和RothB通过系统降维方法，对运动学矩阵方程进行求解[3]；ZhongcaiPei MingweiZhao和DifeiLiu提出了一种基于BP神经网
作者简分势数据5一），女，武汉人，武汉职业技术学院讲师，硕士，研究方向为计算机应用研究，（E-mail）liang0980@163.com。