焊接机器人运动分析 摘要：针对puma250焊接机器人，分析了它的正运动学、逆运动学的问题。采用D-H坐标系对机器人puma250 建立6个关节的坐标系并获取D-H 参数，并对其运动建立数学模型用MATLAB编程，同时仿真正运动学、逆运动学求解和轨迹规划利用pro-e对puma250建模三维模型。 关键词：puma250焊接机器人；正逆解；pro-e；Matlab；仿真 一、建立机器手三维图 Puma250机器人,具有6各自由度，即6个关节，其构成示意图如图1。各连杆包括腰部、两个臀部、腕部和手抓。设腰部为1连杆，两个臀部分别为2、3连杆，腰部为4连杆，手抓为5、6连杆，基座不包含在连杆范围之内，但看作0连杆，其中关节2、3、4使机械手工作空间可达空间成为灵活空间。1关节连接1连杆与基座0,2关节连接2连杆与1连杆，3关节连接3连杆与2连按，4关节连接4连杆与3连杆，5关节连接5连杆与4连杆。各连杆坐标系如图 2 所示。
图1 puma250 机器人二、建立连杆直角坐标系。
三、根据坐标系确定D-H表。 四、利用MATLAB 编程求机械手仿真图。>>L1=Link([pi/2 0 0 0 0],'standard'); L2=Link([0 0 0 -pi/2 0],'standard'); L3=Link([0 -4 8 0 0],'standard'); L4=Link([-pi/2 0 8 0 0],'standard'); L5=Link([-pi/2 0 0 -pi/2 0],'standard'); L6=Link([0 2 0 -pi/2 0],'standard'); bot=SerialLink([L1 L2 L3 L4 L5 L6],'name','ROBOT'); ([0 0 0 0 0 0])
焊接机器人技术要求 一、设备名称、数量及用途 焊接机器人 1套用于山东玲珑机电有限公司（甲方） 二、供货范围 1、焊接机器人（焊枪、送丝机、储丝桶、水冷机、清枪剪丝装置、防碰撞传感器等） 2、机器人滑台系统 3、变位机 4、集成控制系统 5、示教器 6、焊接软件 7、配套的工装夹具 8、安全护栏及其它保护装置 9、烟尘处理系统 10、附件、备品备件 11、其它 一、系统方案 1.依据 1.1 甲方所提供的被焊工件照片、图纸及相关技术要求。 1.2 以产品的焊接工艺分析和工艺流程的合理性为基础，力求高柔性、高性价比、高可靠性，并且日后可扩展升级。 2.主要焊接工件及焊接要求 2.1.1工件外形图如下：（甲方可提供图纸）
热板 2.2工件的焊接要求： 2.2.1 气体保护电弧焊接(MAG)。 2.2.2 焊接牢固，无设备自身原因导致的夹渣、裂纹、咬边、漏焊等焊接缺陷。 2.2.3 焊缝均匀平整、无焊瘤等外观缺陷。 2.2.4 焊缝尺寸及质量应符合甲方图纸及技术要求。 2.2.5焊接位置：船形位焊接 3.工序及工艺路线的划分 3.1工序： 人工点焊零部件---吊运工件至变位机-→手动夹紧工件-→确认程序号-机器人焊接工件（变位机协调联动）- →焊接工件结束-→机器人复位→人工装卸工件，程序结束。 底座、横梁和热板在变位机上面焊接。 底座、横梁需要分两次焊接，第一次焊接底座、横梁的内部焊缝，第二次焊接底座、横梁的外部焊缝。需要人工分两次装卸工件。 3.2操作： 操作人员按下操作盒上的启动按钮，滑台上的焊接机器人按照预先设定好的程序运行，机器人夹持焊枪到达焊缝始端开始焊接，在焊接过程中变位机可以适时转动工件，使得工件上的焊缝有利于机器人的焊接作业，焊接结束，机器人复位，人工装卸工件。 该变位机可以同机器人配合工作。变位机带动工件适时翻转，可以将工件焊缝调整为机器人最佳位置焊接焊缝（船型焊缝），方便机器人焊接工件，此变位机还可以适应工件的多层多道焊接、对称焊接等焊接要求，减少工件焊接变形。 3.3机器人弧焊软件包： 机器人带有起始点寻位功能。该功能具备接触传感功能，具有自动寻找焊缝起始位置的功能，从而解决工件初始定位偏差问题。 机器人带有电弧跟踪功能。能够自动补偿由于工件的不一致性、焊接变形带来的偏差。 焊接工艺特点：通过触碰寻位对于其中特征位置的焊缝集中进行寻位；按照工艺需求，遵循焊接应力变化、表面要求及焊接可达性要求，依次进行焊接；大部分焊缝都尽最大可能调整为船型位置。焊接过程中，部分关键尺寸进行必要的二次寻位，以保证起弧位置准确。并利用变位机大幅反转的间隙，设置程序，进行清枪剪丝喷硅油的工作。 3.4焊接工艺 3.4.1工件参数条件 1)工件材料：Q345；
1.1连杆的坐标系 应用D-H 法来建立机器人杆件的坐标系。在这种坐标系中，可以把机械手的任一连杆i （i=1，2，3···，n ）看作是一个刚体，与它相邻的两个关节i 、i-1的轴线i 和i-1 之间的关系也由它确定，如图1，可以用以下四个参数描 式中，cθi =cosθi ，sθi =sinθi ，i=1，2，3，···，n 图1连杆坐标系{i}到{i-1}的变换 i αi-1/（rad ）a i-1/（cm ）d i /（cm 12340 90°090°042.5410014.520011.895.3表1机器人连杆参数表
定义了连杆坐标系和相应得连杆参数，就能建立运动学方程，焊接机器人末端关节的坐标系{n}相对于基础坐标系{0}中的齐次变换公式为： 对于6自由度的焊接机器人公式可以写为 （2 变换矩阵0 n T是关于n个关节变量的函数，这些变量 可以通过放置在关节上的传感器测得，则机器人末端连杆再基坐标系中的位置和姿态就能描述出来。 E n表示焊接机器人末端关节的姿态， 器人在世界坐标系中的位置。[3] 2机器人的逆运动学分析 逆运动学求解是已知机器人末端的位置和姿态即 求解机器人对应于该位置和姿态的关节角 只要0 n T表示的末端连杆坐标系的位置和姿态位于机 械手的可达空间内，则运动学方程至少有一个解， 达空间内，机械手具有任意姿态，导致运动学方程可能出现重解。 机器人的运动学方程是一组非线性方程式， 求解过程中，我们逐次在公式（4）的两端同时左乘一 即为 在上式两边的矩阵中寻找简单的表达式或常数， 对应相等，计算过程如下： （ （ （ （ （ （3求取各关节的解集 依靠D-H法求解关节角的过程是和焊接机器人本身的结构相关的，换句话说，也就是特定配置的机器人需要特定的解决方案。通过公式（6）-（16）可以看出每个关节角的结果是不唯一的，如果采用已有的求解方法，显而易见该过程是缓慢的，复杂的。本文提出了一种计算最终执行器位置的所有精确值的算法。该算法是在MATLAB 程实现的。通过该算法得到各节点的解是更快速、有效的。 用变换矩阵 6T定义一条具有两个端点A和B 轨迹，如公式（17）和（19）。从而θ能够被求出，如公式20）
珠海固得焊接自动化设备有限公司陈裕川江维何奕波摘要：在现代焊接机器人工作站中，变位机是实现高效、优质焊接生产的重要组成珠海固得焊接自动化设备有限公司陈裕川江维何奕波 摘要：在现代焊接机器人工作站中，变位机是实现高效、优质焊接生产的重要组成部件。本文概述了机器人焊接变位机的种类和结构形式，列举了焊接变位机在机器人工作站中典型的应用实例，详细地论述了机器人焊接变位机的技术要求、设计准则和计算方法，介绍了标准型机器人变位机的主要技术特性参数。 关键词：机器人工作站；变位机；设计准则 1 前言 在现代工业生产中，机器人的应用越来越普遍。为充分发挥机器人的功效，其通常与各种焊接变位机组合使用，从而实现高效、优质的焊接生产。目前，焊接变位机已成为焊接机器人工作站不可缺少的组成部分。一台较复杂的多轴焊接变位机的价格往往超过标准机器人本身的价格，可见焊接变位机的重要性。因此，必须重视焊接变位机的设计与制造。迄今，我国尚未制定焊接变位机设计规程，本文根据相关的技术文献，概括地讨论了机器人焊接变位机的设计准则。 2 焊接变位机的种类 目前，与机器人配套使用的焊接变位机有多种结构形式。现将最常用的焊接变位机分述如下： 2.1 固定式回转平台。这是一种最简单的单轴变位机，其结构形式见图1。工作平台可采用电机或风动马达驱动。通常工作平台的回转速度是固定不变的，其功能是配合机器人按预编程序将工件旋转一定的角度。 2.2 头架变位机。头架变位机也是一种单轴变位机，其结构形式如图2所示, 卡盘通常由电机驱动。与回转平台不同，其旋转轴是水平的，适用于装卡短小型工件，可配合机器人将工件接缝转到适于焊接的位置。 2.3 头尾架变位机。头尾架变位机由头架和尾架组成，其结构形式见图3，是机器人工作站最常用的变位机。在一般情况下，头架装有驱动机构，带动卡盘绕水平轴旋转。尾架则是被动的。如工件长度较大或刚度较小，亦可将尾架装上驱动机构，并与头架同步起动。严格地说，头尾架变位机仍属于单轴变位机。尾架在机座轨道上的水平移动在装卡工件时起作用，不与机器人协调动作。
精心整理 焊接机器人离线编程应用技术 一、引述 随着国内外机械装备制造事业飞速发展，对各种机械设备的生产周期、产品质量、制造成本，提出了更高的要求。为了适应这种形势，设法提高及保证焊接接头质量的稳定性，机器人的柔性优势正是解决这一问题的的良好方案。 二、机器人系统简介 通用工业机器人，按其功能划分，一般由3个相互关连的部分组成：机械手总成、控制器、 教者的经验目测决定，对于复杂路径难以保证示教点的精确结果。而离线编程是将机器人所有编程的工作内容在计算机软件在完成，过程一般包括：机器人及设备的作业任务描述、建立变换方程、求解未知矩阵及编制任务程序等。在进行图形仿真以后，根据动态仿真的结果，对程序做适当的修正，以达到满意效果，最后在线控制机器人运动以完成作业。节省了在机器人上编程的时间、离线编程的程序易于修改、通过仿真模拟后，防止昂贵的设备发生碰撞而损坏、结合CAD 软件系统和其它人工智能技术与机器人系统一体化，来提高工作效率和焊接质量。由此看来当焊缝是直线或者简单曲线，焊缝上方没有干涉物且焊缝的精度要求不太高的情况下，采用在线示教的编程方式是非常理想的，但在许多复杂的作业应用中不是那么令人满意了。
因此，机器人离线编程及仿真是提高机器人焊接系统柔性化的一项关键技术，是现代机器人焊接制造业的一个重要方法。一般工业机器人焊接时，机器人对焊接过程动态变化、焊件变形和随机因素干扰等不具有自适应能力。随着焊接产品的高质量、多品种、小批量等要求增加，又对机器人焊接技术提出了更高要求。这就需要对本体机器人焊接系统进行二次开发，包括给焊接机器人配置适当的传感器，柔性周边设备以及相应软件功能，如焊缝跟踪传感、焊接过程传感与实时控制、焊接变位机构。这些功能大大扩展了基本的焊接机器人的功能，这样的焊接机器人系统智能程度的高低由所配置的传感器、控制系统以及软硬件所决定。根据目前的整体技术还不太容易满足机器人焊接的所有智能要求，但这是个重要的发展趋势。 其它 发那科公司的Roboguide以及日本OTC公司使用的离线模拟仿真软件就叫OTC。国内机器人厂家暂时还没有完全自主知识产权的模拟仿真软件。因为这些机器人公司业务主体是机器人与控制系统，而并非专业的软件公司，这些机器人厂家为了使自己的机器人更加适应市场需求，同时出于对机器人系统技术保护的考虑，而开发了只可用于自己公司机器人系统的离线模拟示教软件。这些软件虽然没有三维建模功能，但可以导入其它CAD软件设计的模型文件，通过虚拟示教方式离线编程，对于简单焊缝的作业倒也实用。
工业机器人焊接工作站（配双轴变位机） 设备名称：工业机器人焊接工作站（配双轴变位机） 设备型号：DLRB-1410WP 设备数量：1台 生产厂家：山东栋梁科技设备有限公司 图片仅供参考，以实际配置为准 一、产品概述 DLRB-1410WP工业机器人焊接工作站主要由：工业机器人本体、工业机器人控制器、手持示教器及控制电缆、焊接电源、送丝机、送丝机底座、送丝线盘、配套电缆、焊枪、焊枪夹持器、防碰撞传感器（选配）、控制台、机器人底座、变位机、安全围栏等组成。 1
二、系统组成 1、机器人本体 采用ABB IRB1410型工业机器人 ?IRB1410机器人采用超高速6轴运行机构，工作半径1.44m，有效载荷5kg。 本代产品优化了电机功率和运动性能，使整体性能优于同类竞争产品。 ?机器人本体和机器人控制柜防护等级均为IP54。 具体参数如下： ?机器人轴数：6轴 可扩展至8轴 ?机器人最大负载： 5 kg； ?机器人手臂最大工作半径： 1.44m； ?机器人重复定位精度：0.025mm； 电气连接 三相交流400V(+10%，-15%)，50Hz，7.68KVA 环境参数 环境温度：5?C- 45?C 相对湿度：95% 噪声等级： <70dB 重量： 225 kg 2
工作范围 2. 机器人控制器 标准型IRC5 控制柜 控制硬件： 多处理器系统 PCI 总线 奔腾CPU 大容量闪存 20s UPS 备份电源 3
控制软件： BaseWare机器人操作系统 强大的RAPID编程语言 PC-DOS文本格式 软件出厂预装，并存于光碟 电气连接： 电源： 3 相400V(+10%，-15%)，50Hz 额定功率：7.68KVA（变压器容量） 输入输出：数字24V，DSQC1030 16进/16出 模拟0-10V，DSQC1032 4AO/4AI 安全性：紧急停止，自动模式停止，测试模式停止等 物理参数： 尺寸：970mm×725mm×710mm 重量：150kg 环境参数： 环境温度：5?C -45?C 相对湿度：95% 防护等级：IP54 操作界面： 4
机器人焊接工作站标准构成 【摘要】通过本文详细描述机器人焊接工作站的构成，加深大家对机器人工作站认识及了解。普及机器人工作站基本知识。 【关键词】工作站、焊接变位机、夹具、周边设备 The basic composing of the robot weld workstation GAO Na （SHENYANG SIASUN ROBOT&AUTOMATION CO.,LTDNO.16,Jinhui Street,Hunnan New District,Shenyang 110179） Abstract: Describes the robot through this article to weld the workstation in detail the constitution, deepens everybody to the robot workstation understanding and the understanding.Popular robot workstation elementary knowledge. Key words: workstation ; floor turnable positioner ; clamp ; the surrounding equipment
中图分类号：P755.1 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 随着第一产业规模化，自动化，标准化的加速，尤其是汽车国产化进程加快，机器人焊接工作站的应用越来越广泛，已经是汽车生产的主要模式。本文主要是对机器人焊接工作站知识进行基础讲解。 二、总体构成 一个标准的机器人焊接工作站由机械、电气及焊接三大部分构成。 如上图所示，通常一个标准工作站有①安全围栏（或焊接房），②变位机，③公共基座（含机器人底座、变位机底座），④操作台，⑤机器人本体，⑥固定工作台，⑦夹具，⑧电缆桥架（走各种电缆、信号线）以及机器人控制器、焊机等组成。其工作流程是按照控制系统下达的指令，根据预先示教的程序，依照绝对码盘确定的位置信息，沿着示教的运动轨迹进行弧焊、点焊等自动作业。有的项目根据需要还配备检具、专机等其他设备。本文着重说明机械部分的构成及应用。 机器人系统的确定及方案的确立：
现代机器人焊接变位机的设计准则 摘要：在现代焊接机器人工作站中，变位机是实现高效、优质焊接生产的重要组成部件。本文概述了机器人焊接变位机的种类和结构形式，列举了焊接变位机在机器人工作站中典型的应用实例，详细地论述了机器人焊接变位机的技术要求、设计准则和计算方法，介绍了标准型机器人变位机的主要技术特性参数。 关键词：焊接变位机；变位机；机器人焊接变位机；设计准则 1 前言 在现代工业生产中，机器人的应用越来越普遍。为充分发挥机器人的功效，其通常与各种焊接变位机组合使用，从而实现高效、优质的焊接生产。目前，焊接变位机已成为焊接机器人工作站不可缺少的组成部分。一台较复杂的多轴焊接变位机的价格往往超过标准机器人本身的价格，可见焊接变位机的重要性。因此，必须重视焊接变位机的设计与制造。迄今，我国尚未制定焊接变位机设计规程，本文根据相关的技术文献，概括地讨论了机器人焊接变位机的设计准则。 2 焊接变位机的种类 目前，与机器人配套使用的焊接变位机有多种结构形式。现将最常用的焊接变位机分述如下：
2.1 固定式回转平台。这是一种最简单的单轴变位机，其结构形式见图1。工作平台可采用电机或风动马达驱动。通常工作平台的回转速度是固定不变的，其功能是配合机器人按预编程序将工件旋转一定的角度。 2.2 头架变位机。头架变位机也是一种单轴变位机，其结构形式如图2所示, 卡盘通常由电机驱动。与回转平台不同，其旋转轴是水平的，适用于装卡短小型工件，可配合机器人将工件接缝转到适于焊接的位置。 2.3 头尾架变位机。头尾架变位机由头架和尾架组成，其结构形式见图3，是机器人工作站最常用的变位机。在一般情况下，头架装有驱动机构，带动卡盘绕水平轴旋转。尾架则是被动的。如工件长度较大或刚度较小，亦可将尾架装上驱动机构，并与头架同步起动。严格地说，头尾架变位机仍属于单轴变位机。尾架在机座轨道上的水平移动在装卡工件时起作用，不与机器人协调动作。
基于D-H模型的机器人运动学参数标定方法 摘要：通用机器人视觉检测站中的机器人是整个测量系统中产生误差的最主要环节，而机器人的连杆参数误差又是影响其绝对定位精度的最主要因素。借助高精度且可以实现绝对坐标测量的先进测量设备——激光跟踪仪，及其功能强大的CAM2 Measure 4.0配套软件，并利用串联六自由度机器人运动的约束条件，重新构建起D-H模型坐标系，进而对运动学参数进行修正，获得关节变量与末端法兰盘中心位置在基坐标系下的准确映射关系，以提高机器人的绝对定位精度，最后通过进一步验证，证明取得了较为理想的标定结果。 关键词：视觉检测站；工业机器人；绝对定位精度；激光跟踪仪；D-H模型； Robot kinematic parameters calibration based on D-H model Wang Yi (State key laboratory of precision measuring technology and instruments, Tianjin University, 300072,China) Abstract：Robot for universal robot visual measurement station is the most primary part causing errors in the entire system and link parameter errors of industrial robot have a great influence on accuracy. Employing laser tracker, which can offer highly accurate measurement and implement ADM (absolute distance measurement), as well as relevant software, making use of movement constrain of series-wound six-degree robot, D-H model coordinates were rebuilt. Accordingly, kinematic parameters were modified, and precise mapping from joint variables to the center of the end-effector in base coordinate was obtained and accuracy got improved. At last, result is proved acceptable by validation. Keywords: visual measurement station; industrial robot; accuracy; laser tracker; D-H model; 引言：随着立体视觉技术的不断完善与发展，利用机器人的柔性特点，发展基于立体视觉的通用测量机器人三维测试技术逐渐成为各大机器人生产厂家非常重视的市场领域。机器人的运动精度对于工业机器人在生产中的应用可靠性起着至关重要的作用。机器人各连杆的几何参数误差是造成机器人系统误差的主要环节，它主要是由于制造和安装过程中产生的连杆实际几何参数与理论参数值之间的偏差造成的。通常，机器人以示教再现的方式工作，轨迹设定好之后，只在某些固定点之间运动，这种需求使得机器人的重复性精度被设计得很高，可以达到0.1毫米以下，但是绝对定位精度很差，可以到2、3毫米，甚至更大[1]。常见的标定方法可分为三类：一、建立微分运动学模型，然后借助标定工具测量一定数目的机器人姿态，最后用反向求解的方法得到真实值与名义值之间的偏差[2]。二、使用标定工具获得一系列姿态的数据，然后对数据用线性或非线性迭代求解的方法得到机器人几何参数的修正值[3],[4]。 三、建立机器人运动学模型，用直接测量的方法修正模型参数[5],[6],[7],[8]。最近，世界著名工业机器人生厂商ABB公司运用了莱卡激光跟踪仪以保证其产品的精度。使用激光跟踪仪标定机器人不再需要其它的测量工具，从而也就省去了标定测量工具的繁琐工作；同时，这一方法是对机器人的各个运动学几何参数进行修正，结果会使机器人在整个工作空间内的位姿得到校准，而不会像用迭代求解的方法那样，只是对某些测量姿态进行优化拟合，可能会造成在非测量点处残留比较大的误差；再者，随着机器人的机械磨损，机器人的运动学参数需要重新标定，而激光跟踪仪测量系统配置起来简单，特别适合于工业现场标定。正是鉴于以
机器人焊接工作站中变位机的作用分析 发表时间：2018-07-19T10:35:01.937Z 来源：《基层建设》2018年第17期作者：刘和[导读] 摘要：变位机作为现代机械化生产的典型设备，其已逐渐的广泛应用于工业生产的各个领域，目前来说我国汽车制造企业多数都采用机器人焊接工作站的方式进行工件生产，相比于以往的人工加工方式，工作效率和焊接质量都显著提升。 天津玛斯特车身装备技术有限公司天津 300402 摘要：变位机作为现代机械化生产的典型设备，其已逐渐的广泛应用于工业生产的各个领域，目前来说我国汽车制造企业多数都采用机器人焊接工作站的方式进行工件生产，相比于以往的人工加工方式，工作效率和焊接质量都显著提升。本文基于常见变位机类型及其作用进行分析，并对机器人焊接工作站中变位机技术性能进行探究。 关键词：生产效率；经济效益；伺服驱动 引言：当前社会发展形势下，现代科学技术的应用使工业制造发生重大变革，以往的劳动密集型产业逐渐发生转变，越来越多的工业生产内容开始由机器人替代人工，工作效率和制造精确性都显著提升。根据相关调查统计数据显示，我国汽车保有量位居世界前列，车型更新换代速度不断加剧，市场竞争逐渐呈现较为激烈的形式。为更好的提升生产效率和质量，实现经济效益的增长，世界上多数汽车制造企业开始以焊接机器人替代人工，这种模式已成为未来汽车制造业发展的必然趋势。 一常见变位机类型及作用分析 1.单轴翻转变位机 单轴翻转变位机结构形式如图1所示，该变位机的运转动力通过一般电机或是伺服电机进行供电驱动，在实际工作过程中可以根据零部件焊接加工要求进行速度调节，其应用作用是辅助焊接机器人对加工零部件进行角度旋转，以确保焊接满足应用需求，提升焊接质量，单轴翻转变位机是现阶段机器人工作站中应用较为广泛的辅助焊接设备。 图1：单轴翻转变位机结构形式 2.双轴标准变位机 双轴标准变位机结构形式如图2所欧式，该变位机的两侧旋转轴通过伺服电机进行供电驱动，能够辅助机器人焊接和进行夹具翻转。与其他种类的变位机不同，双轴标准变位机可以在正负180度之间进行水平旋转，能够有效的提升与焊接机器人的协调能力使焊接机器人的焊接方式处于最佳状态，并且焊缝的质量也得到显著的提升。双轴标准变位机适用于小型焊接工作站，通常用于小型零部件加工。 图2：双轴标准变位机结构形式 3.L型双轴变位机 L型双轴变位机结构形式如图3所示，该变位机的驱动方式与双轴标准变位机的驱动方式相同，其作用也大致相同。L型双轴变位机的优势是其结构得到有效的优化，在发挥双轴标准变位机作用的同时其承载能力有效提升，相比于双轴标准变位机来说，翻转角度也有所提升，通常在进行较大零件加工时会采用L型双轴变位机。
焊接机器人的运动控制系统 作为焊接机器人的用户，为正确选择、合理使用并做到能常规维护焊接机器人，必须对焊接机器人的运动控制系统有一定层次的了解。 焊接机器人是装上了焊钳或各种焊枪的工业机器人。工业机器人的运动控制系统涉及数学、自动控制理论等，内容很多。要在较短的篇幅中，全面而系统地介绍工业机器人的运动控制系统，实在是非工业机器人控制专业人员所能及的事情，因此，本章内容是从焊接机器人的用户角度出发，尽量以图代解、简明地阐述有关机器人运动控制系统的一般性问题。 焊接机器人运动轴的定义 点焊与弧焊两种机器人都是由典型6关节型（也称6轴）工业机器人装上焊钳或焊枪而构成，因此，讨论焊接机器人运动系统构成，亦即讨论典型6关节工业机器人的运动系统构成。顾名思义，典型6关节工业机器人有6个可活动的关节，每个关节的运动名称都有定义，在图2中，给出了典型6关节工业机器人各关节的编号与动作状态（编号后面的英文大写字母就是规定动作英文名称的第一个字母），每个关节的运动都由一个伺服电（动）机驱动，每个电机都有各自的伺服控制系统。机器人最后“手”关节上所安装的工具中心点（TCP）（对点焊钳与电焊枪的TCP点，在相应的机器人结构中都作了规定）的运动轨迹是多个关节伺服系统协同动作的结果。而机器人运动控制系统（器）的作用就是如何根据编程指令来指挥控制6个伺服电（动）机协同动作，以完成工具中心点所要求实现的运动轨迹。 焊接机器人的运动轴参数 焊接机器人的运动轴参数主要包括：各轴最大运动范围、最大速度、相关轴的容许转距、相关轴的容许惯性力矩等 焊接机器人运动控制系统的组成 对机器人运动控制系统的一般要求 机器人控制系统是机器人的重要组成部分，主要用于对机器人运动的控制，以完成特定的工作任务，其基本功能如下： 记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有
焊接机器人 焊接机器人系统的组成和分类 机器人要完成焊接作业必须依赖控制系统与辅助设备的支持和配合。完整的焊接机器人系统一般由以下几个部分组成：机器人操作机、变位机、控制器、焊接系统(专用焊接电源、焊枪或焊钳等)、焊接传感器、中央控制计算机和相应的安全设备等。 机器人操作机是焊接机器人系统的执行机构，其任务是精确地保证末端执行器(焊枪)所要求的位置、姿态并实现其运动。一般情况下，工业机器人操作机至少应具有3个以上自由度。具有6个旋转关节的铰接开链式机器人操作机能以最小的结构尺寸获取最大的工作空间，并且能以较高的位置精度和最优的路径到达指定位置，因而在焊接领域得到广泛的应用。 变位机是机器人焊接生产线及焊接柔性加工单元的重要组成 部分，其作用是将被焊工件旋转(平移)到最佳的焊接位置。在 焊接作业前和焊接过程中，变位机通过夹具装卡和定位被焊工 件。通常，焊接机器人系统采用两台变位机，一台进行焊接作 业，另一台则完成工件装卸。 机器人控制器是整个机器人系统的神经中枢。控制器负责处
理焊接机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。 焊接系统是焊接机器人得以完成作业的必需装备，主要由焊钳或焊枪、焊接控制器以及水、电、气等辅助部分组成。焊接控制器是焊接系统的控制装置，它根据预定的焊接监控程序，完成焊接参数输入、程序控制及系统故障自诊断，并实现与上位机的通信联系。焊接电源及送丝设备必须由机器人控制系统直接控制，电源的功率和接通时间必须与自动过程相符。 在焊接过程中，由于存在被焊工件几何尺寸和位置误差以及焊接过程中的热变形，传感器仍是焊接过程中不可缺少的设备。传感器的任务是实现工件坡口的定位、跟踪以及焊缝熔透信息的获取。
1.17.1 焊接机器人 7.1.1 焊接机器人系统的组成和分类 机器人要完成焊接作业必须依赖控制系统与辅助设备的支持和配合。完整的焊接机器人系统一般由以下几个部分组成：机器人操作机、变位机、控制器、焊接系统(专用焊接电源、焊枪或焊钳等)、 焊接传感器、中央控制计算机和相应的安全设备等。 ?机器人操作机是焊接机器人系统的执行机构，其任务是精确 地保证末端执行器(焊枪)所要求的位置、姿态并实现其运动。 一般情况下，工业机器人操作机至少应具有3个以上自由度。 具有6个旋转关节的铰接开链式机器人操作机能以最小的结 构尺寸获取最大的工作空间，并且能以较高的位置精度和最优 的路径到达指定位置，因而在焊接领域得到广泛的应用。 ? ?变位机是机器人焊接生产线及焊接柔性加工单元的重要组成部 分，其作用是将被焊工件旋转(平移)到最佳的焊接位置。在焊 接作业前和焊接过程中，变位机通过夹具装卡和定位被焊工件。 通常，焊接机器人系统采用两台变位机，一台进行焊接作业， 另一台则完成工件装卸。 ?机器人控制器是整个机器人系统的神经中枢。控制器负责处
理焊接机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。 ? ? 焊接系统是焊接机器人得以完成作业的必需装备，主要由焊钳或焊枪、焊接控制器以及水、电、气等辅助部分组成。焊接控制器是焊接系统的控制装置，它根据预定的焊接监控程序，完成焊接参数输入、程序控制及系统故障自诊断，并实现与上位机的通信联系。焊接电源及送丝设备必须由机器人控制系统直接控制，电源的功率和接通时间必须与自动过程相符。 ?在焊接过程中，由于存在被焊工件几何尺寸和位置误差以及焊接过程中的热变形，传感器仍是焊接过程中不可缺少的设备。传感器的任务是实现工件坡口的定位、跟踪以及焊缝熔透信息的获取。
多年质保操作简单方便快捷—————————————————————————————————————————————工业的迅速发展以及电子计算机等技术的推进，相关技术有了实际操作中的应用，使得各个生产线的灵活性变大，能够实现中小产品批量化生产。库卡机器人在工业方面解决了生产中的难题。接下来由安徽泰珂森智能装备科技有限公司为您简单介绍其焊接工作站，希望能给您带来一定程度上的帮助。 如果工件在整个焊接过程中无需变位，就可以用夹具把工件定位在工作台面上，这种系统既是比较简单不过的了。但在实际生产中，更多的工件在焊接时需要变位，使焊缝处在较好的位置（姿态）下焊接。对于这种情况，变位机与机器人可以是分别运动，即变位机变位后机器人再焊接；也可以是同时运动，即变位机一边变位，机器人一边焊接，也就是常说的变位机与机器人协调运动。这时变位机的运动
多年质保操作简单方便快捷————————————————————————————————————————————— 及机器人的运动复合，使焊枪相对于工件的运动既能满足焊缝轨迹又能满足焊接速度及焊枪姿态的要求。实际上这时变位机的轴已成为机器人的组成部分，这种焊接机器人系统可以多达7-20个轴，或更多。比较新的机器人控制柜可以是两台机器人的组合作12个轴协调运动。其中一台是焊接机器人、另一台是搬运机器人作变位机用。 机器人焊接螺柱工作站针对复杂零件上具有不同规格螺柱采用机器人将螺柱焊接到工件上。该工作站主要由机器人、螺柱焊接电源、自动送钉机、机器人自动螺柱焊枪、变位机、工装夹具、自动换枪装置、自动检测软件、控制系统和安全护栏等组成，通过自动送钉机将螺柱送到机器人自动焊枪里面，通过编程将机器人在工件上示教的路径，将不同规格的螺柱焊接到工件上。可以采用储能焊接或拉弧焊接将螺柱牢牢的焊接到工件上，保证焊接精度和焊接强度。
PUMA 560 运动分析（表示） 1 正解 PUMA 560是属于关节式机器人，6个关节都是转动关节。前3个关节确定手腕参考点的位置，后3个关节确定手腕的方位。 各连杆坐标系如图1所示。相应的连杆参数列于表1。 图1机器人模型 PUMA560每个关节均有角度零位与正负方向限位开关，机器人的回转机体实现机器人机体绕0z 轴的回转（角1θ），它由固定底座和回转工作台组成。安装在轴中心的驱动电机经传动装置，可以实现工作台的回转。大臂、小臂的平衡由机器人中的平衡装置控制，在机器人的回转工作台上安装有大臂台座，将大臂下端关节支承在台座上，大臂的上端关节用于支承小臂。大臂臂体的下端安有直流伺服电机，可控制大臂上下摆动（角2θ） 。小臂支承于大臂臂体的上关节处，其驱动电机可带动小臂做上下俯仰（角3θ），以及小臂的回转（4θ）。机器人的腕部位于小臂臂体前端，通过伺服电动机传动，可实现
腕部摆动（5θ）和转动（6θ）。 下图为简化模型： 图2机器人简化模型 表1 机械手的末端装置即为连杆6的坐标系，它与连杆坐标系的关系可由16i T -表示： 1 616i i i T A A A -+= (1) 可得连杆变换通式为： 111111111100001i i i i i i i i i i i i i i i i i i i c s a s c c c s d s T s s c s c d c θθθαθαααθαθααα-----------????--? ?=???? ?? (2) 据连杆变换通式式(2)和表1所示连杆参数，可求得各连杆变换矩阵如下： 1 616 i i i T A A A -+=
电子科技大学 实验报告 学生姓名： 一、实验室名称：机电一体化实验室 二、实验项目名称：实验三SCARA 学号： 机器人的运动学分析 三、实验原理： 机器人正运动学所研究的内容是：给定机器人各关节的角度，计算机器人末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态问题。 各连杆变换矩阵相乘，可得到机器人末端执行器的位姿方程（正运动学方程） 为： n x o x a x p x 0T40T1 11T2 22T3 d3 n y o y a y p y （ 1-5）3T4 4= o z a z p z n z 0001 式 1-5 表示了 SCARA 手臂变换矩阵0 T4，它描述了末端连杆坐标系{4} 相对基坐标系 {0} 的位姿，是机械手运动分析和综合的基础。 式中： n x c1c2c4s1 s2 c4 c1 s2s4s1 c2 s4，n y s1c2 c4c1 s2 c4s1 s2 s4c1c2 s4 n z0 ， o x c1c2 s4s1 s2 s4 c1 s2 c4s1c2c4 o y s1c2 s4c1 s2 s4s1 s2 c4c1c2c4 o z0 ， a x0 ， a y0 ， a z1 p x c1 c2 l2s1s2l 2c1l 1， p y s1c2 l 2 c1 s2 l 2 s1l1， p z d3 机器人逆运动学研究的内容是：已知机器人末端的位置和姿态，求机器人对应于这个位置和姿态的全部关节角，以驱动关节上的电机，从而使手部的位姿符合要求。与机器人正运动学分析不同，逆问题的解是复杂的，而且具有多解性。
1）求关节 1： 1 A arctg 1 A 2 l 12 l 22 p x 2 p y 2 arctg p x 式中：A p x 2 ； p y 2l 1 p y 2 2）求关节 2： 2 r cos( 1 ) arctg ) l 1 r sin( 1 式中 ： r p x 2 p y 2 ；arctg p x p y 3). 求 关节变 量 d 3 令左右矩阵中的第三行第四个元素（3.4）相等，可得： d 3 p z 4). 求 关节变 量 θ 4 令左右矩阵中的第二行第一个元素（1.1,2.1 ）相等，即： sin 1 n x cos 1n y sin 2 cos 4 cos 2 sin 4 由上式可求得： 4 arctg ( sin 1 n x cos 1 n y )2 cos 1 n x sin 1 n y 四、实验目的： 1. 理解 SCARA 机器人运动学的 D-H 坐标系的建立方法； 2. 掌握 SCARA 机器人的运动学方程的建立； 3. 会运用方程求解运动学的正解和反解； （ 1-8） （ 1-9） （ 1-10 ）
毕业设计说明书 设计题目：焊接机器人变位机结构设计学生姓名： 专业班级： 学院： 指导教师：教授
目录 摘要 (1) Abstract (2) 1 绪论 1．1选题意义 (3) 1．2国内外研究现状 (4) 1．3焊接变位机国内外发展状况 (4) 2 弧焊机器人和变位机协调运动的研究 2.1 弧焊机器人和变位机的耦合与解耦 (6) 2.2 机器人和变位机协调运动模型的建立 (7) 2.3 应用举例 (8) 3 变位机的设计 3．1焊接变位机的选型 3．1．1 使用工程机械结构件焊接变位机的意义……………………… 12 3．1．2结构件焊接变位机的选型……………………………………… 12 3．1．3几种常用变位机结构…………………………………………… 13 3．2变位机总体设计 3.2.1焊接机器人中的变位机 (16)
3.2.2焊接变位机应具备的性能 (17) 3.2.3变位机设计要求 (17) 3.2.4 变位机驱动系统 (18) 3.2.5 导电、导气装置 (19) 3.2.6 抗齿隙装置和变位机的变位精度 (19) 3.2.7 变位机的生产状况及标准化、系列化 (20) 3.3 变位机的设计计算 3.3.1回转轴的强度计算 (21) 3.3.2回转轴驱动功率的计算 (25) 3.3.3倾斜机构的计算 (25) 3.3.4 许用载重量的确定 (27) 3.3.5齿轮、轴、轴承、键的设计计算 (28) 4 无级变速带传动设计 4．1 宽V带无级变速机构结构和基本原理 (35) 4．2 V型无级变速带的技术要求 (36) 4．3 宽V带无级变速传动的设计要点 (38) 4．4 V型宽带无级变速驱动装置的设计 (42) 4．5 应用和开发带式无级变速器的几点建议 (43) 结论 (45) 致谢 (46) 参考文献 (47)
作者简介：王求（１９７８－），男，在读硕士研究生；研究方向为焊接机器人运动学，材料焊接及其数值模拟。 合肥工业大学材料科学与工程学院 王求 胡小建 李雷阵 摘 要：关键词：针对在狭小空间或密闭容器内以及危险作业环境中焊接的特殊要求，以ＵＧ软件为基础设计了一种仿人焊接 机械手。采用Ｄ－Ｈ方法建立了焊接机械手的运动学方程，并讨论了该机械手的运动学问题。然后运用ＭＡＴＬＡＢ软件对机械手的运动学进行了仿真，通过仿真观察到机械手各个关节的运动，并得到所需的数据，说明了所设计参数的合理性和运动算法的正确性，为焊接机械手的动力学、控制及轨迹规划的研究提供了可靠的依据。焊接机械手；运动学；仿真；Ｍａｔｌａｂ 基于ＭＡＴＬＡＢ的仿人焊接机械手运动学分析和仿真 机器人技术作为信息技术和先进制造技术的典型代表和主要技术手段，已成为世界各发达国家竞相发展的高技术，其发展水平已经成为衡量一个国家技术发展水平的重要标志之一。焊接是制造业中最重要的工艺技术之一，它在机械制造、核工业、航空航天、能源交通、石油化工及建筑和电子等行业中的应用越来越广泛。从２１世纪先进制造技术的发展要求来看，焊接自动化生产已是必然趋势，而焊接机器人是焊接自动化的革命性进步 。但是现阶段的焊接机器人都是具 有固定底座的机械手（臂），只能在固定位置完成一定范围内的操作，适应性较低。进行复杂苛刻条件（如小直径的容器内径中焊接）和危险环境（如有辐射等作业环境）中焊接作业时，要求可以代替人类从事焊接作业的机器人，而焊接机械手是实现焊接机器人的关键技术，因此设计出一种小型焊接机械手，可以作为仿人焊接机器人的执行末端，也可以直接作为 ［１］ ［２］ 焊接的执行末端，能代替焊工实现在狭小空间或者密闭容器内以及危险作业环境中的焊接。本文根据预定要求对焊接机械手进行机械结构设计，以ＵＧ软件进行造型，然后运用Ｄ－Ｈ坐标系理论为基础建模，讨论了机械手的运动学问题，并运用Ｍａｔｌａｂ中的Ｒｏ－ｂｏｔｉｃｓＴｏｏｌｂｏｘ完成了机械手的运动学仿真和轨迹规划。 机械手主要用于点焊或弧焊，其 末端载荷要求不高，能够承受焊枪质量即可，以抓持力１ｋｇ为依据进行设计。考虑机械手的工作条件，机械手本体质量小于１０ｋｇ。机械手本体由基座、肩部、大臂、小臂、手腕、末端执行器所组成，共６个自由度，其中前３个自由度用于控制焊枪端部的空间位置，后３个自由度用于控制焊枪的空间姿态。机械手共６个关节，６个关节全部为转动关节，每个关节实现１个自由度，６个关节实现的运动分别是：１－肩部回转；２－大臂俯仰；３－小臂俯仰；４－小臂回转；５－手腕俯仰；６－手腕 ［３］ ［４］ １焊接机械手结构设计 回转，如图１所示。根据机械手的设计要求，对机械手进行整体设计，使用ＵＧ软件进行机械手的三维建模，三维造型如图２所示。 机械手的运动学主要研究机械手 相对于固定参考系的运动，特别是研究机械手末端执行器位置和姿态与关节空间变量的关系。机械手运动学要 ２运动学分析 ［５］Analysis and simulation of kinesiology of simulated welding mechanical hand based on MATLAB
六轴联动机械臂运动学及动力学求解分析 V0.9版 随着版本的不断更新，旧版本文档中的一些笔误得到了修正，同时文档内容更丰富，仿真程序更完善。 作者朱森光 Email zsgsoft@https://www.doczj.com/doc/e012279002.html, 完成时间 2016-02-28
1引言 笔者研究六轴联动机械臂源于当前的机器人产业热，平时比较关注当前热门产业的发展方向。笔者从事的工作是软件开发，工作内容跟机器人无关，但不妨碍研究机器人运动学及动力学，因为机器人运动学及动力学用到的纯粹是数学和计算机编程知识，学过线性代数和计算机编程技术的人都能研究它。利用业余时间翻阅了机器人运动学相关资料后撰写此文，希望能够起到抛砖引玉的作用引发更多的人发表有关机器人技术的原创性技术文章。本文内容的正确性经过笔者编程仿真验证可以信赖。 2机器建模 既然要研究机器人，那么首先要建立一个机械模型，本文将以典型的六轴联动机器臂为例进行介绍，图2-1为笔者使用3D技术建立的一个简单模型。首先建立一个大地坐标系，一般教科书上都是以大地为XY平面，垂直于大地向上方向为Z轴，本文为了跟教科书上有所区别同时不失一般性，将以水平向右方向为X轴，垂直于大地向上方向为Y轴，背离机器人面向人眼的方向为Z轴，移到电脑屏幕上那就是屏幕水平向右方向为X轴，屏幕竖直向上方向为Y轴，垂直于屏幕向外为Z轴，之所以建立这样不合常规的坐标系是希望能够突破常规的思维定势训练在任意空间建立任意坐标系的能力。 图2-1 图2-1中的机械臂，底部灰色立方体示意机械臂底座，定义为关节1，它能绕图中Y轴旋转；青色长方体示意关节2，它能绕图中的Z1轴旋转；蓝色长方体示意关节3，它能绕图中的Z2轴旋转；绿色长方体示意关节4，它能绕图中的X3轴旋转；深灰色长方体示意关节5，它能绕图中的Z4轴旋转；末端浅灰色机构示意关节6即最终要控制的机械手，机器人代替人的工作就是通过这只手完成的，它能绕图中的X5轴旋转。这儿采用关节这个词可能有点不够精确，先这么意会着理解吧。 3运动学分析 3.1齐次变换矩阵 齐次变换矩阵是机器人技术里最重要的数学分析工具之一，关于齐次变换矩阵的原理很多教科书中已经描述在此不再详述，这里仅针对图2-1的机械臂写出齐次变换矩阵的生成过程。首先定义一些变量符号，关节1绕图中Y轴旋转的角度定义为θ0，当θ0=0时，O1点在OXYZ坐标系内的坐标是(x0,y0,0)；关节2绕图中的Z1轴旋转的角度定义为θ1，图中的θ1当前位置值为+90度；定义O1O2两点距离为x1,关节3绕图中的Z2轴旋转的角度定义为θ2，图中的θ2当前位置值为-90度；O2O3两点距离为x2，关节4绕图中的X3轴旋转的角度定义为θ3, 图中的θ3当前位置值为0度；O3O4两点距离为x3，关节5绕图中的Z4轴旋转的角度定义为θ4, 图中的θ4当前位置值为-60度；O4O5两点距离为x4，关节6绕图中的X5轴旋转的角度定义为θ5, 图中的θ5当前位置值为0度。以上定义中角度正负值定义符合右手法则,所有角度定义值均为本关节坐标系相对前一关节坐标系的相对旋转角度值（一些资料上将O4O5两点重合在一起即O4O5两点的距离x4退化为零，本文定义x4大于零使得讨论时更加不失一般性）。符号定义好了，接下来描述齐次变换矩阵。 定义R0为关节1绕Y轴的旋转矩阵 =cosθ0 s0 = sinθ0 //c0 R0 =[c0 0 s0 0 0 1 0 0 0 c0 0 -s0 0 0 0 1] 定义T0为坐标系O1X1Y1Z1相对坐标系OXYZ的平移矩阵 T0=[1 0 0 x0 0 1 0 y0 00 1 0 0 0 0 1] 定义R1为关节2绕Z1轴的旋转矩阵 R1=[c1 –s1 0 0 s1 c1 0 0