机械手的轨迹规划可以分成两种，一种是在关节空间中进行的，另一种是在笛卡尔空间中进行。大部分的机械手轨迹规划问题都是在关节空间中进行的，因为机械手的动力系统是安装在关节上的，在笛卡尔空间中进行的轨迹规划必须通过逆运动学算法转化到关节空间中去。但是对于一些像焊接、喷涂等作业就必须先在笛卡尔空间中进行轨迹规划。机械手的轨迹通常由直线、圆弧和样条轨迹构成，而且要求这些轨迹越平滑越好，不连续的轨迹会造成关节和机械连接部件的冲击。通常用样条函数规划出的平滑轨迹只是使轨迹函数及其高阶导数连续，但是这并不是最优轨迹，因此需要使用某种优化算法来优化轨迹，使轨迹在满足各种运动学和动力学约束的同时，运动时间最短或能量消耗最少。对机械手的轨迹规划算法进行研究，可以提高机械手各方面的性能，降低折损率，提高生产效率和增加设备的寿命。

1。4   论文的主要内容

本文以 六自由度机器人为研究对象，先通过理论研究，解决机器人正逆运动学问题，后通过机器人自带软件进行对运动轨迹的实现。

本论文的主要研究内容如下：

(1)收集整理目前现有六自由度焊接机器人运动控制方法及策略的有关资料；

(2)讨论六自由度焊接机器人运动控制方法及策略，确定其控制策略；

(3)根据六自由度焊接机器人的机械结构对其运动学及动力学性能进行分析；

(4)对六自由度焊接机器人的典型动作的轨迹进行规划及软件实现。

第二章   6自由度焊接机器人控制系统方案

2。1  引言 

目前市面上已经商业化的焊接机器人基本上都采用厂商自身专用的控制器，而且机

器人控制软件也是运用专门的语言进行开发，整个控制系统基本上是一种封闭式的结构，用户几乎无法对控制系统做任何的改动和开发。这种控制结构在一定程度上来说尚且能够满足工业生产的要求，但是随着机器人应用的不断深入，这种控制结构的弊端就逐渐的显现出来，由于控制系统的内部结构原理无法获知，导致用户几乎无法进行更深入改造和研究，而且用户维护也非常麻烦。 

2。2  基于运动控制器的机器人控制系统结构 

要实现一个控制系统的开放性必须要具备几个条件：可靠的扩展性能、优越的数据交互性能、方便的再开发性能，拥有这几点特性的控制系统无疑将会是一个可靠的开放式系统，所以必须采用通用型的硬件平台以及标准的软件运行环境，依据此主体思想，本课题采用的硬件系统结构是基于 PC 平台再结合多轴运动控制器所搭建的具有多处理核心的控制系统，控制软件是基于通用的 Windows 操作系统环境下利用标准的编程语言C#来开发完成，实验样机如图 2。1 所示 

图2-1 机器人控制系统实体样机

整个系统的结构框图如图 2。2 所示，上位机是搭载了 Windows 系统的工控机，下位机是能够进行 8 轴控制的运动控制器，上、下位机通过标准的以太网协议进行通讯，整个系统总共由两个 CPU 核心来共同协作运行，工控机是整个系统的控制核心，主要负责控制过程中的非实时任务，而实时控制任务则交由运动控制器来实现，这样既能充分利用通用系统平台丰富的软硬件资源，利用标准的语言来开发控制软件，而且两个 CPU核心各自负责不同类型任务相互协作，实现最佳控制效率。

图2。2  系统结构框图

图中的运动控制系统模块的核心主要由工控机和运动控制器组成，工控机以其卓越的可靠性和高抗干扰性已经在工业现场控制领域中得到了广泛的运用，本课题采用的运动控制器是一款能够同时实现 8 轴控制以及多任务处理的高性能控制器，工控机与控制器之间用双绞网线连接，具有优秀的抗干扰性，运动执行部分采用的是交流伺服控制形式。