为了保证人机安全,需要对机器人作业轨迹进行避碰检查。针对机器人仿真系统中的碰撞检测问题,研究一种基于八叉树结构的层级式三角形面片碰撞检测模型,以包围盒干涉检查作为粗检测,三角形面片相交检测作为精检测。为提高三角形相交检测效率,提出一种基于截距式方程的三角形干涉算法。将三维空间中的三角形映射到二维平面,避免了传统三角形相交检测中标量判别法与矢量判别法的复杂计算。最后在机器人仿真系统中验证了该碰撞检测算法的有效性。

面向机器人多层多道焊接轨迹人工示教编程效率低、难度大的问题,为了提高焊接质量与效率,基于OpenCAS⁃CADE建模引擎,开发多层多道焊机器人离线编程软件,从工件模型中提取焊缝信息,取代在线示教操作。提出一种用户自定义焊层焊道数目的路径规划算法,确定每个焊道的空间位置、焊接速度,同时规划焊枪末端姿态,避免与工件发生碰撞。通过机器人加工仿真运动,表明各个焊道位置准确、姿态平顺,验证了路径规划的正确性与可行性,并在实际焊接试验中获得良好的焊接效果。

深入研究工业机器人通过协作与变位机进行船形焊接的路径规划。考虑到船形焊接工艺要求,设计在焊枪姿态约束下的机器人运动平稳性能评估指标,并作为评价焊接目标函数;利用灰狼优化算法对协作焊接路径进行目标寻优,使得焊缝中所有焊接点处于最优的船形焊接位姿且焊枪处于理想焊接姿态。结果表明:整个焊接过程中机器人与变位机的轨迹都十分平滑,可有效保障焊接质量并提高生产效率。

针对二级行星磨料抛光机的加工特点,采用Adams对其二级行星机构进行模拟仿真,研究分析工件运动轨迹的主要影响因素,得出抛光转速、抛光时间以及各级齿轮的传动比等参数对工件上任一点的运动轨迹的影响规律。结果表明,对于二级行星磨料抛光机,在确定其各级齿轮传动比后,工件任一点的运动轨迹已经确定,抛光时间、抛光转速均无法改变工件的运动轨迹;各级齿轮传动比是决定工件的运动轨迹的唯一因素,并且在各级齿轮中心距不变的条件下,第Ⅰ级齿轮传动比越大,第Ⅱ级齿轮传动比越小,抛光工件运动轨迹分布越均匀。

工业机器人实现加工作业时,工具端沿加工轨迹运动,且要满足加工的位姿要求。为了控制机器人末端工具工作点相对于工件的轨迹和位姿,建立面向工具坐标系的机器人运动学模型对机器人离线编程有重要意义。通过将工具坐标系与机器人连杆坐标系分离,研究针对工具坐标系的机器人运动学正、逆解。提出一种余弦定理结合圆心角定律的机器人空间三点圆弧轨迹规划方法,通过调用OpenGL图形库,进行机器人空间圆弧轨迹运动仿真,验证了算法的正确性,为本研究条件下机器人离线编程打下理论基础。