焊接机器人路径规划
机器人的路径规划属于机器人领域的一个重要方面，主要研究的是机器人手臂根据运动学原理在空间坐标系下的路径规划与路径生成问题。路径指的是机器人在运动过程中每个时刻的速度、加速度、位移。路径规划是指在有障碍物的工作环境中，给定一个起点和一个终点，根据一定的标准(例如路径最短、时间最短)为机器人规划出一条从起点到终点的运动轨迹，合理的路径规划能够保证机械臂关节的寿命、减弱机械臂的震动等。 对于点焊机器人，路径规划主要指的是:利用双目视觉检测到一定数量的焊缝边缘点，按照一定的规则，使点焊机器人从初始焊点开始依次进行焊接，最终到达末端焊点，而整个过程中所花费的时间或者距离最短。对于本文研究的弧焊机器人，路径规划主要指的是:以时间最少或者能量最小为原则，控制机械臂各关节的运动速度、加速度、关节力矩等参数，为机器人规划出一条能够规避障碍物避免发生碰撞的运动轨迹。 路径规划的研究方法 对于类似于本文的具有4关节的焊接机器人，路径规划主要规划的是机械手臂关节的运动路径。机械手臂在空间中的运动可以看成机器人末端坐标系相对于基坐标系的运动，这适用于所有的机械手臂，同样也适用于机械手臂某个关节在起点和终点之间，经过若干中间结点的运动路径。这里研究路径规划不仅需要对机械手臂位姿进行规划，而且需要对工作时间、耗费能量进行约束，也就是需要从若干轨迹中寻找出最优化的轨迹。 机械手臂最常用的路径规划方法主要有以下两种: 1、对选定的若干中间结点的速度、加速度、位姿、位移给出显示的约束条件，使路径规划器能够从某一类函数中选择参数化路径，并对中间节点进行插值计算且满足约束条件。 2、根据需要通过的相关结点，给出具体运动路径的数学方程，例如:给出一条直线方程，路径规划器在基坐标系中计算出相应的路径来逼近预定的轨迹。 路径规划主要在关节空间或者笛卡尔直角空间中进行，不管在哪种空间下，规划的路径函数必须是光滑且连续的，只有这样才能使焊接机器人平稳连续的进行工作。在关节空间中，主要求关节空间变量对时间的一阶和二阶导数，从而计算关节空间变量的路径参数(关节角速度、角加速度);而在笛卡尔直角空间中主要求机械臂位姿、速度、加速度相对于时间的函数，然后通过导数计算相关的运动参数，并进行逆运动学求解以及利用雅克比矩阵反解出各个关节的角速度，再根据雅克比矩阵和速度函数的导数求解各个关节的角加速度。由此可以看出这两种方法没有本质的区别，都可以对机械手臂进行路径规划，一定情况下还可以相互转换。