基于ROS-Industrial的弧焊机器人运动规划研究

摘要

弧焊机器人作为应用最广泛的工业机器人，在电子、机动车制造、船舶等领域的焊接生产中发挥了巨大的作用。在弧焊机器人技术快速发展和复杂化的同时，弧焊机器人的开发面临着开发时间长、成本高，机器人技术创新成果难以快速进入市场的问题。针对这些问题，本文提出了使用当前受到广泛关注的机器人操作系统ROS-I来开发弧焊机器人。
　　本研究以埃夫特弧焊机器人为研究对象，首先对弧焊机器人的运动学展开研究。通过D-H参数法建立了弧焊机器人的连杆坐标系，完成了六自由度弧焊机器人的正逆运动学分析并通过相关工具对机器人的正逆运动学结果进行了验证，借助MATLAB绘制出了弧焊机器人的工作空间。
　　运动规划是工业机器人研究中的核心内容。本研究利用SolidWorks中的插件将弧焊机器人的三维模型转换为URDF文件，完成了弧焊机器人仿真模型的构建。通过MoveIt!设置助手生成了弧焊机器人运动规划所需要的启动和配置文件，从而完成了弧焊机器人仿真平台的搭建。在该平台上通过三次多项式插值算法完成了弧焊机器人的关节空间运动轨迹规划，利用机器人运动规划库Descartes完成了弧焊机器人笛卡尔空间的直线和圆弧轨迹规划。
　　最后在弧焊机器人运动规划的基础上，通过机械动力学仿真软件ADAMS对弧焊机器人进行动力学仿真并对实验结果进行了分析。
　　研究表明，利用ROS-I对机器人进行运动规划是有效且可靠的，其开发过程具有直观和简便的优势，可以有效提高机器人运动规划的效率，降低机器人开发的成本。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 焊接机器人发展现状

1．2．1 国外焊接机器人发展现状

1．2．2 国内焊接机器人发展现状

1．3 机器人仿真系统发展现状

1．3．1 工业机器人开发面临的问题以及ROS简介

1．3．2 机器人操作系统ROS的应用

1．4 本文主要研究内容

第二章 弧焊机器人运动学研究

2．1 引言

2．2．1 刚体的位姿描述

2．2．2 齐次坐标变换

2．3 工业机器人运动学

2．3．1 机器人连杆坐标系和D-H参数

2．3．2 机器人正运动学

2．3．3 机器人正运动学验证

2．3．4 机器人逆运动学

2．3．5 机器人逆运动学验证

2．4 工业机器人工作空间分析

2．5 本章小结

第三章 基于ROS-Industrial的仿真平台搭建

3．1 引言

3．2．2 ROS-I的体系结构

3．2．3 笛卡尔库的介绍

3．3 机器人URDF文件的创建

3．3．1 焊接机器人三维模型

3．3．2 URDF文件的创建

3．3．3 URDF文件的校验和Rviz可视化工具

3．4 创建机器人MoveIt!配置文件

3．4．1 弧焊机器人MoveIt!配置包

3．4．2 更新MoveIt!配置文件

3．5 总结

第四章 弧焊机器人运动规划

4．1 引言

4．2 弧焊机器人运动规划

4．2．1 关节空间轨迹规划

4．2．2 笛卡尔空间轨迹规划

4．3 弧焊机器人运动规划仿真

4．3．1 关节空间运动规划仿真

4．3．2 笛卡尔空间轨迹规划仿真

4．4 总结

第五章 弧焊机器人动力学分析

5．2 机器人动力学分析方法

5．3 创建弧焊机器人虚拟样机

5．4 弧焊机器人动力学仿真分析

5．4．1 直线焊接动力学仿真

5．4．2 圆弧焊接动力学仿真

5．5 总结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况