淺議坡口機器人自尋跡位姿調整的軌跡規劃
科技專論
作者：楊保國
【摘要】大型焊接結構件在工業中的應用越來越廣泛，比如大型球罐（儲罐）的焊接，大型石油輸送管道的焊接，大型艦船艙體、甲板、船身的焊接，對人手工作業提出較高要求和挑戰。而利用坡口機器人進行大型焊接結構件的作業，能有效降低手工作業的強度，在工業生產中具有較高的應用價值。
【關鍵詞】坡口機器人；自尋跡位姿調整；軌跡規劃
在坡口機器人自尋跡位姿調整中，本體和焊炬的位姿的軌跡調整是核心內容，一般在找到焊接坡口並得知機器人與其的夾角後進行。本文從焊接的角度來論述坡口機器人自尋跡位姿調整的軌跡規劃。
一、坡口機器人自尋跡位姿調整的軌跡規劃
本文的研究重點是自尋跡位姿調整的軌跡規劃，以探討無障礙連續路徑在焊接位形空間中的軌跡。在自尋跡過程中，首先找到焊接坡口，然後規劃坡口機器人的轉向運動軌跡，實現對坡口機器人和焊炬的位姿的調整，以便進行焊接。
1.問題的數學描述
為了問題的數學描述，本文坡口機器人兩後輪軸線中點C為研究對象，然後以O點為原點，然後把C點的運動軌跡通過坐標變換表現出來，並根據坡口機器人結構及與焊炬的位置關係對運動軌跡進行修正[1]， O點表示坡口機器人的初始位姿，O3點表示是目標位姿。
設r是坡口機器人初始行駛方向與焊縫坡口的夾角；dl是O點距焊縫線的距離；d2是目標位姿O3到O4的距離，則坡口機器人的起始位姿為：
軌跡調整過程，在這個過程中，坡口機器人在起始位姿的角速度為零，坡口機器人的線速度始終不變，坡口機器人在目標位姿的角速度為零。位姿調整的軌跡曲線：0到ω的勻加速曲線運動；ω保持不變的勻速圓周運動；ω到0的勻減速曲線運動。在位姿調整中，坡口機器人的線速度保持不變，在OO1階段，角速度0到ω，坡口機器人的運動狀態是勻加速的轉向曲線，而前輪轉向角由0到a，轉動半徑由∞到R。設坡口機器人角速度為a，車體轉角θ1，則坡口機器人轉動的角速度：
結束語
在自尋跡過程中，位姿調整算法非常重要，是坡口機器人本體和焊炬的位姿軌跡調整的關鍵。一般情況下，位姿調整軌跡由勻速圓周運動或變速曲線運動組成，位姿調整比較有效的算法是曲線和圓弧相結合的方式。相關的實驗表明，該算法精確、容易，具有較高的實用價值。
參考文獻
[1]張軻，吳毅雄，金鑫等.移動焊接機器人坡口自尋跡位姿調整的軌跡規劃[J].機械工程學報，2005，41（5）：215-220.
[2]張軻，呂學勤，吳毅雄等.移動焊接機器人坡口自尋跡的切入角算法[J].上海交通大學學報，2005，39（6）：941-944，949.