可模型解耦的三臂杆五自由度平移焊接机器人及其解耦方法

摘要

本发明公开了一种可模型解耦的三臂杆五自由度平移焊接机器人及其解耦方法，该焊接机器人包括平移行走机构以及可在平移行走机构上按一定轨迹行走的机械手臂，该机械手臂为三臂杆五自由度机构。大范围的平移机构可以满足焊接大尺度工件的需要；而三臂杆五自由度机构手臂可以进一步解耦成“两臂杆的三角运动”模型以及“一臂杆球状运动”模型的叠加，从而可以简化运动学求逆的方法，可以避免多解性，提高了计算速度，消灭了焊接机器人焊枪运动姿态盲点，可以使焊接机器人在完全开发的情况进行工作。

主权项

一种可模型解耦的三臂杆五自由度平移焊接机器人的解耦方法，其特征在于包括如下步骤：(1)首先将焊接机器人解耦成一个可沿轨迹平移的“大范围平移”模型以及一个“三臂杆五自由度机械手臂”模型；(2)对于三臂杆五自由度机械手臂，其包括基座以及五个旋转装置，五个旋转装置分别为第一至第五自由度，其中第一旋转装置直接安装在所述基座上，而五个旋转装置从基座到末端依次为第一旋转装置为转动自由度、第二、三旋转装置为俯仰自由度、第四旋转装置为转动自由度、第五旋转装置为俯仰自由度，这样第二、三自由度之间构成第一臂杆，第三、五自由度之间构成第二臂杆，第五自由度到末端构成第三臂杆；假设焊接表面与第一自由度的坐标系{1}下的x₁y₁平面平行，也就是说，第三臂杆L₃与第一自由度的z₁始终平行，这样第四自由度的关节角θ₄即为0；同时限位第三自由度的关节角θ₃大于0；(3)通过步骤(2)的处理，即可通过三角几何运算，通过焊接末端位置坐标以及三个臂杆的杆长计算出第一、第二及第三自由度的关节角θ₁、θ₂、θ₃，并由θ₂和θ₃计算得出第五自由度的关节角θ₅；(4)当焊接表面不与第一自由度的坐标系{1}下的x₁y₁平面平行时，改变θ₄，并使θ₄∈‑90°→+90°，使焊接末端对准焊接表面，将步骤(3)计算而得的θ₅减去一个Δ，Δ∈0→+90°，这样第三臂杆L₃相当于在半球的下方运动，称之为一臂杆球状运动；这样，所述的三臂杆五自由度机构手臂就被解耦为“两臂杆的三角运动”模型以及“一臂杆球状运动”模型的叠加；(5)通过上述步骤(2)至步骤(4)求得末端姿态对应的关节角变量，再由5个伺服电机联动控制到位就可以实现焊接工作。