6軸工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)操作軌跡與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的研究

崔茂齊

摘? 要：以RV-4FL型三菱垂直多關(guān)節(jié)6軸機(jī)器人為研究對(duì)象，以基于工業(yè)機(jī)器人的搬運(yùn)系統(tǒng)為研究背景，采用D-H法建立運(yùn)動(dòng)模型，借助仿真軟件進(jìn)行正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)研究與軌跡規(guī)劃，并在實(shí)際系統(tǒng)中進(jìn)行驗(yàn)證.通過操作軌跡與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的研究，為該類型機(jī)器人及相似運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的操作軌跡與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究提供參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;RV-4FL;正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué);軌跡規(guī)劃

中圖分類號(hào)：TH166;TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 文章編號(hào)：

在“中國(guó)制造2025計(jì)劃”和《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》的推動(dòng)下，我國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)向智能化方向轉(zhuǎn)型，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在搬運(yùn)、焊接、注塑、噴涂、沖壓等領(lǐng)域飛速發(fā)展，部分領(lǐng)域已經(jīng)取得技術(shù)突破[1-2] 。但是，也必須承認(rèn)，在機(jī)器人領(lǐng)域，我們和其他國(guó)家還存在一定差距，博采眾長(zhǎng)，夯實(shí)基礎(chǔ)研究，我們還有很長(zhǎng)的路要走。文章以RV-4FL型三菱垂直多關(guān)節(jié)6軸機(jī)器人為研究對(duì)象，以基于工業(yè)機(jī)器人的搬運(yùn)系統(tǒng)為研究背景，采用D-H法建立運(yùn)動(dòng)模型，借助仿真軟件進(jìn)行正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行研究與軌跡規(guī)劃，并在實(shí)際系統(tǒng)中進(jìn)行驗(yàn)證，為該類型機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)人員提供理論和實(shí)踐參考。

1 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

1.1 D-H坐標(biāo)系建立

采用標(biāo)準(zhǔn)的D-H法確定坐標(biāo)系，根據(jù)RV-4FL工業(yè)機(jī)器人技術(shù)資料確定相關(guān)參數(shù)：、、、。關(guān)節(jié)角，為繞著軸從到的角度。扭轉(zhuǎn)角， 為繞著軸從轉(zhuǎn)到的角度。桿長(zhǎng)為沿著軸從移動(dòng)到的距離。連桿距離，為沿著軸從到的距離[2-4]。RV-4FL工業(yè)機(jī)器人D-H參數(shù)如表1所示.

1.2 機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解

依據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)連桿坐標(biāo)系的D-H變換法則，求出齊次轉(zhuǎn)換矩陣。將表1中RV-4FL工業(yè)機(jī)器人D-H參數(shù)代入矩陣，可以換算出機(jī)器人手臂到達(dá)的位置及姿態(tài)。

1.3 機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解

逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析通過給定的機(jī)器人終端位姿，求取各關(guān)節(jié)變量，稱為機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解[3]。與正運(yùn)動(dòng)求解相比，正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的解唯一，而逆運(yùn)動(dòng)方程有多個(gè)解。但是，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)限制等多方面原因，部分逆解不能實(shí)現(xiàn)。另外，由于機(jī)器人動(dòng)作的連續(xù)性，也使得兩個(gè)連續(xù)的逆解之間不允許突變，因此在實(shí)際工程中，往往可用的逆解很少。

2? 運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃與仿真

本系統(tǒng)中，首先確定起始位置和終點(diǎn)位置坐標(biāo)，然后根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定相關(guān)中間位置，通過逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解驗(yàn)證軌跡規(guī)劃是否合理、可行。目前采用較多是五次多項(xiàng)式插值算法。

根據(jù)已知參數(shù)和位置坐標(biāo)，采用五次多項(xiàng)式方法，借助MATLAB的Robotics Toolbox工具箱進(jìn)行仿真。

分析圖1可以得出如下結(jié)論，機(jī)器人各關(guān)節(jié)角速度和角加速度運(yùn)行平滑無突變，運(yùn)行軌跡不存在奇異點(diǎn)。

3? 結(jié)束語(yǔ)

文章對(duì)搬運(yùn)系統(tǒng)中RV-4FRL搬運(yùn)機(jī)器人的工作空間進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上，通過采用五次多項(xiàng)式插值法對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了規(guī)劃，采用MATLAB仿真軟件進(jìn)行了仿真，得到了機(jī)器人執(zhí)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，各個(gè)關(guān)節(jié)的角度、速度及加速度曲線。相關(guān)數(shù)據(jù)在試驗(yàn)平臺(tái)也通過了驗(yàn)證，達(dá)到了預(yù)期的位姿。證明機(jī)器人可以根據(jù)預(yù)期規(guī)劃的軌跡運(yùn)動(dòng)，對(duì)今后相關(guān)系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用提供了理論和實(shí)踐參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]張?jiān)栏?我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2017（03）：3-4.

[2]方海燕，劉小勇.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型中的參數(shù)選取[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2011，28（02）：46-49.