焊接机器人——6自由度焊接机器人solidworks设计、D-H模型参数及matlab robotics toolbox模型仿真与验证

1 设计思路

焊接机器人在点与点之间移位时速度要快捷，动作要平稳，定位要准确，以减少移位的时间，提高工作效率。
考虑到各种被焊接工件的外型特点，首先我们必须保证机械臂能在达到空间中的所有位置（能够有较大的工作空间），其次我们还要保证机械臂能够实现不同的姿态，即能够让末端以不同的姿态接近同一点。在工业中，大多数焊接机器人的末端执行器都是弯曲形状的。在本章中，我们采用弯曲形末端来设计机械臂机械结构，但在实际仿真验证中，为了简化问题，我们使用直线形末端执行器来仿真。
基于以上分析，我们首先设计三个关节（三个自由度）实现初步控制末端操作器的空间位置，包括一个能绕竖直轴旋转的底部、一个能够俯仰的大臂以及一个能够俯仰的小臂。其次，为了实现末端操作器操作姿态的变换，我们设置了三个自由度，包括一个能够旋转的小臂末端，一个能够俯仰的手腕，以及能够旋转的末端执行器。
这样，我们就可以设计出一个六自由度的机械臂，该六自由度机械臂能够实现操作器尖端的灵巧工作空间非空且含有内点，并能够规划机械臂各关节的轨迹，使操作器绕灵巧工作空间的某个内点作定点转动，即操作器尖端位置不变，操作器姿态变化，进一步地，可以实现工业焊接功能。

2 solidworks模型

根据以上设计，在 Solidworks 中进行了焊接机械臂的建模与装配。成果图
如下，该焊接机械臂包含六个自由度。

3 DH参数

对该焊接机械臂使用 standard D-H（SDH）法建立坐标系，建立运动学模
型。最终形成的连杆模型和坐标系如下图：

得到标准 D-H 参数如下表：

4 Matlab robotics toolbox 仿真与验证

在 matlab robotics toolbox 中使用 link 功能函数构建机器人连杆仿真模 型，程序如下：

% %建立机器人模型 
%        theta    d        a        alpha     offset 
L1=Link([pi/2     85       27       -pi/2     0     ]); %定义连杆的 D-H 参数 
L2=Link([-pi/2    0        102      0         0     ]); 
L3=Link([0        0        20       -pi/2     0     ]);
L4=Link([0        96       0         pi/2     0     ]); 
L5=Link([0        0        0        -pi/2     0     ]); 
L6=Link([0        39       0        0         0     ]); 
robot=SerialLink([L1 L2 L3 L4 L5 L6],'name','manji');%连接连杆，机器取名 manji 
robot.display(); 

得到基于Matlab robotics toolbox得机械臂模型如下：

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