6軸工業機器人搬運操作軌跡與運動規劃的研究

崔茂齊

摘? 要：以RV-4FL型三菱垂直多關節6軸機器人為研究對象，以基于工業機器人的搬運系統為研究背景，采用D-H法建立運動模型，借助仿真軟件進行正、逆運動學研究與軌跡規劃，并在實際系統中進行驗證.通過操作軌跡與運動規劃的研究，為該類型機器人及相似運動系統的操作軌跡與運動規劃研究提供參考。

關鍵詞：工業機器人;RV-4FL;正、逆運動學;軌跡規劃

中圖分類號：TH166;TP242 文獻標識碼： 文章編號：

在“中國制造2025計劃”和《機器人產業“十三五”發展規劃》的推動下，我國傳統制造業向智能化方向轉型，機器人產業在搬運、焊接、注塑、噴涂、沖壓等領域飛速發展，部分領域已經取得技術突破[1-2] 。但是，也必須承認，在機器人領域，我們和其他國家還存在一定差距，博采眾長，夯實基礎研究，我們還有很長的路要走。文章以RV-4FL型三菱垂直多關節6軸機器人為研究對象，以基于工業機器人的搬運系統為研究背景，采用D-H法建立運動模型，借助仿真軟件進行正、逆運動學進行研究與軌跡規劃，并在實際系統中進行驗證，為該類型機器人應用技術人員提供理論和實踐參考。

1 工業機器人運動學分析

1.1 D-H坐標系建立

采用標準的D-H法確定坐標系，根據RV-4FL工業機器人技術資料確定相關參數：、、、。關節角，為繞著軸從到的角度。扭轉角， 為繞著軸從轉到的角度。桿長為沿著軸從移動到的距離。連桿距離，為沿著軸從到的距離[2-4]。RV-4FL工業機器人D-H參數如表1所示.

1.2 機器人的正運動學求解

依據轉動連桿坐標系的D-H變換法則，求出齊次轉換矩陣。將表1中RV-4FL工業機器人D-H參數代入矩陣，可以換算出機器人手臂到達的位置及姿態。

1.3 機器人的逆運動學求解

逆運動學分析通過給定的機器人終端位姿，求取各關節變量，稱為機器人逆運動學求解[3]。與正運動求解相比，正運動學方程的解唯一，而逆運動方程有多個解。但是，由于系統結構限制等多方面原因，部分逆解不能實現。另外，由于機器人動作的連續性，也使得兩個連續的逆解之間不允許突變，因此在實際工程中，往往可用的逆解很少。

2? 運動軌跡規劃與仿真

本系統中，首先確定起始位置和終點位置坐標，然后根據系統結構確定相關中間位置，通過逆運動學求解驗證軌跡規劃是否合理、可行。目前采用較多是五次多項式插值算法。

根據已知參數和位置坐標，采用五次多項式方法，借助MATLAB的Robotics Toolbox工具箱進行仿真。

分析圖1可以得出如下結論，機器人各關節角速度和角加速度運行平滑無突變，運行軌跡不存在奇異點。

3? 結束語

文章對搬運系統中RV-4FRL搬運機器人的工作空間進行了分析，在此基礎上，通過采用五次多項式插值法對機器人運動軌跡進行了規劃，采用MATLAB仿真軟件進行了仿真，得到了機器人執行運動時，各個關節的角度、速度及加速度曲線。相關數據在試驗平臺也通過了驗證，達到了預期的位姿。證明機器人可以根據預期規劃的軌跡運動，對今后相關系統的開發應用提供了理論和實踐參考。

參考文獻：

[1]張岳甫.我國工業機器人技術現狀及產業化發展研究[J].中國高新技術企業，2017（03）：3-4.

[2]方海燕，劉小勇.機器人運動學模型中的參數選取[J].機械設計，2011，28（02）：46-49.