浅议坡口机器人自寻迹位姿调整的轨迹规划

杨保国

【摘要】大型焊接结构件在工业中的应用越来越广泛，比如大型球罐（储罐）的焊接，大型石油输送管道的焊接，大型舰船舱体、甲板、船身的焊接，对人手工作业提出较高要求和挑战。而利用坡口机器人进行大型焊接结构件的作业，能有效降低手工作业的强度，在工业生产中具有较高的应用價值。

【关键词】坡口机器人；自寻迹位姿调整；轨迹规划

在坡口机器人自寻迹位姿调整中，本体和焊炬的位姿的轨迹调整是核心内容，一般在找到焊接坡口并得知机器人与其的夹角后进行。本文从焊接的角度来论述坡口机器人自寻迹位姿调整的轨迹规划。

一、坡口机器人自寻迹位姿调整的轨迹规划

本文的研究重点是自寻迹位姿调整的轨迹规划，以探讨无障碍连续路径在焊接位形空间中的轨迹。在自寻迹过程中，首先找到焊接坡口，然后规划坡口机器人的转向运动轨迹，实现对坡口机器人和焊炬的位姿的调整，以便进行焊接。

1.问题的数学描述

为了问题的数学描述，本文坡口机器人两后轮轴线中点C为研究对象，然后以O点为原点，然后把C点的运动轨迹通过坐标变换表现出来，并根据坡口机器人结构及与焊炬的位置关系对运动轨迹进行修正[1]， O点表示坡口机器人的初始位姿，O3点表示是目标位姿。

设r是坡口机器人初始行驶方向与焊缝坡口的夹角；dl是O点距焊缝线的距离；d2是目标位姿O3到O4的距离，则坡口机器人的起始位姿为：

轨迹调整过程，在这个过程中，坡口机器人在起始位姿的角速度为零，坡口机器人的线速度始终不变，坡口机器人在目标位姿的角速度为零。位姿调整的轨迹曲线：0到ω的匀加速曲线运动；ω保持不变的匀速圆周运动；ω到0的匀减速曲线运动。在位姿调整中，坡口机器人的线速度保持不变，在OO1阶段，角速度0到ω，坡口机器人的运动状态是匀加速的转向曲线，而前轮转向角由0到a，转动半径由∞到R。设坡口机器人角速度为a，车体转角θ1，则坡口机器人转动的角速度：

结束语

在自寻迹过程中，位姿调整算法非常重要，是坡口机器人本体和焊炬的位姿轨迹调整的关键。一般情况下，位姿调整轨迹由匀速圆周运动或变速曲线运动组成，位姿调整比较有效的算法是曲线和圆弧相结合的方式。相关的实验表明，该算法精确、容易，具有较高的实用价值。

参考文献

[1]张轲，吴毅雄，金鑫等.移动焊接机器人坡口自寻迹位姿调整的轨迹规划[J].机械工程学报，2005，41（5）：215-220.

[2]张轲，吕学勤，吴毅雄等.移动焊接机器人坡口自寻迹的切入角算法[J].上海交通大学学报，2005，39（6）：941-944，949.