[发明专利]可模型解耦的三臂杆五自由度平移焊接机器人及其解耦方法

权利要求书

1.一种可模型解耦的三臂杆五自由度平移焊接机器人，其特征在于：包括平移行走机构以及可在平移行走机构上按一定轨迹行走的机械手臂，该机械手臂为三臂杆五自由度机构。

2.根据权利要求1所述的可模型解耦的三臂杆五自由度平移焊接机器人，其特征在于：所述机械手臂包括基座以及五个旋转装置，其中第一旋转装置直接安装在所述基座上，而五个旋转装置从基座到末端依次为第一旋转装置为转动自由度、第二、三旋转装置为俯仰自由度、第四旋转装置为转动自由度、第五旋转装置为俯仰自由度，这样第二、三自由度之间构成第一臂杆，第三、五自由度之间构成第二臂杆，第五自由度到末端构成第三臂杆，从而构成三臂杆五自由度机构。

3.根据权利要求2所述的可模型解耦的三臂杆五自由度平移焊接机器人及其解耦方法，其特征在于：所述的五个旋转装置的具体结构均相同，其包括伺服电机、电机自带的增量编码器、用于固定电机的固定板、与电机输出轴联接的转接轴以及安装在该转接轴末端的绝对编码器，该绝对编码器通过L形安装板进行固定，而该L形安装板则固定在所述固定板上，所述的转接轴上还安装有活动板；各旋转装置通过共用固定板或者活动板、或者相邻装置的固定板与活动板连接，以实现各连接装置的连接。

4.根据权利要求1-3之一所述的可模型解耦的三臂杆五自由度平移焊接机器人，其特征在于：所述平移行走机构的行走轨迹与焊缝的轨迹保持平行。

5.根据权利要求1-3之一所述的可模型解耦的三臂杆五自由度平移焊接机器人，其特征在于：所述的平移行走机构包括底座、安装在底座上的导轨组件、可以在导轨组件上移动的底板，分别安装在底座上及底板上的相互啮合的齿条及齿轮以及可带动齿轮旋转的电机。

6.根据权利要求5所述的可模型解耦的三臂杆五自由度平移焊接机器人，其特征在于：所述的平移行走机构还包括用以限定底板平移量的限位装置。

7.根据权利要求1-6之一所述的可模型解耦的三臂杆五自由度平移焊接机器人的解耦方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）首先将焊接机器人解耦成一个可沿轨迹平移的“大范围平移”模型以及一个“三臂杆五自由度机械手臂”模型；

（2）对于三臂杆五自由度机械手臂，假设焊接表面与第一自由度的坐标系｛1｝下的x₁y₁平面平行，也就是说，第三臂杆                                               与第一自由度的始终平行，这样第四自由度的关节角θ₄即为0；同时限位第三自由度的关节角θ₃大于0；

（3）通过步骤（2）的处理，即可通过三角几何运算，通过焊接末端位置坐标以及三个臂杆的杆长计算出第一、第二及第三自由度的关节角θ₁、θ₂、θ₃，并由θ₂和θ₃计算得出第五自由度的关节角θ₅；

（4）当焊接表面不与第一自由度的坐标系｛1｝下的x₁y₁平面平行时，改变，并使，使焊接末端对准焊接表面，将步骤（3）计算而得的减去一个Δ，Δ，这样第三臂杆相当于在半球的下方运动，称之为一臂杆球状运动；这样，所述的三臂杆五自由度机构手臂就被解耦为“两臂杆的三角运动”模型以及“一臂杆球状运动”模型的叠加；

（5）通过上述步骤（2）至步骤（4）求得末端姿态对应的关节角变量，再由5个伺服电机联动控制到位就可以实现焊接工作。

8.根据权利要求7所述的可模型解耦的三臂杆五自由度平移焊接机器人的解耦方法，其特征在于：所述步骤（4）中，在一次焊接过程中，与Δ一直保持不变，也就是保持焊枪始终垂直对准焊接表面。