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?x'?Rcos(?(t))??y'?Rsin(?(t))??z'?0??(t)?at7?at6?at5?at4?at3?at2?at1?at076543210???(0)??'(0)??''(0)??(3)(0)?0,?(tf)?lc,?'(tf)??''(tf)??(3)(tf)?0?(11)
得到(x',y',z') 后，通过坐标变换即可得到(x,y,z)。通过上述方法可以获得加加速度、加速度、速度都连续的运动轨迹，从而获得了比较平滑的运动。
另外在理论方面，开展基于动力学模型的轨迹规划研究，考虑了关节空间的速度及力矩限制约束、加速度频率限制约束以及迪卡尔空间的加速度和加加速度平滑约束条件，通过在迪卡尔空间中规划轨迹向关节空间中的映射，求得关节空间中的轨迹指令。然后在关节空间中添加约束条件，并对映射的轨迹作约束限制且通过FSC（Feasible Solution Conversion）方法转化为有效轨迹，从而实现轨迹的时间最优控制和速度平稳性。 (4) 工业点焊机器人仿真软件
传统的点焊机器人路径规划多采用在线示教方法，为了完成工作任务、避免碰撞，需要用实际的机器人反复调试，导致路径规划工作量大、效率低，且不便于优化、无法并行工作。因为点焊机器人对轨迹的精度要求不高，可以通过在空间指定一些点来完成大致和路径规划。因此通过仿真进行现场环境的场景的模拟和运动模拟具有实际意义。为此开发出了工业点焊机器人仿真软件。整个软件按按4个的功能类型进行设计：
程序——进入程序选择界面，实现程序（进入程序选择界面，实现程序选择、新建、重新命名、复制、删除、修改和程序容编辑等功能）；
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数据——寄存器显示界面，在此界面下进行数据的修改、复制、删除、添加和示教等功能；
I/O——输入输出设置界面，进行板卡设置、变量设置、端口功能和变量操作等；
设置——此界面进行密码设置、坐标系设置、关节角度限制、语言切换、用户设置、报警设置）、手动（在此界面对机器人进行手动操作）。
融合上述4个功能模块，组成机器人软件系统，实现点焊机器人的示教、编程和编辑等功能。整体界面如下图所示：
图8
其在轨迹生成方面，具有直线、圆弧、样条曲线生成功能，还具备过指定点轨迹生成、平滑轨迹生成和平滑姿态生成功能，采用定时插补方式。可直接进行模拟指令的运动和将运动转化成运动指令的能力。
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图9
主要包含模块为：
三维及坐标数据模型处理模块
数据模型格式支持dxf、.obj、.3DS、.STL等。环境中的坐标系统共分成两层，一个是世界坐标系，一个是设备坐标系，环境中各机器人在自身的机器人基础坐标系下计算运动，同时含有自身在世界坐标系下的坐标位置，同样各夹具，其他设备也都有自身的坐标系，各设备之间的位置关系通过在世界坐标系和自身坐标系的累积计算进行位置信息的计算。 机器人运动及算法模块
机器人六个关节的仿真运动是软件的核心和关键部分，如何能使虚拟机器人样机更加准确的反应实际的机器人运动成为仿真运动的主要目标。点焊机器人具有在直角、关节、工具三个坐标系的运动功能，同样在仿真软件中相应的通过操作虚拟软件示教盒可以在软件环境中根据机器人位置姿态，在三种坐标系下计算出机器人各关节的转角，使模型按照计算的结果进行运动，从而达到与现场机器人运动的统一。利用机器人运动学分析中的正解、逆解完成了机器人关节位置及姿态角的计算。用齐次坐标变换矩阵来表示机器人的正解运算如下：
TT0?1T02T13T24T35T46T5TT6
通过正、逆解求解。经过从直角、工具坐标系的求逆可以快速计算出各轴关节角度，从而实现了在空间中的沿直线、曲线等其他形状轨迹的运动。下面是软件环境中机器人模型运动仿真流程图。
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.. . .. . . 示教盒操作机器人程序读取直线、圆弧运动是是计算位置数据否否单关节运动是是MJ是是否否直线、圆弧运动是是提取位置数据直线、圆弧插补直线、圆弧插补求逆，计算命令角度计算角度提取角度求逆，计算命令角度Rtn_Angle[6]虚拟虚拟环境环境绘制绘制循环循环否否是否到达Rtn_Angle[6]否否是否可以运动是是关节运动根据每个角根据每个角的速度运动的速度运动一个单元帧一个单元帧 图10
软件文件模块
本系统的文件模块包括：
机器人程序文件：（运动指令、逻辑命令、焊接指令，以及位置信息（点坐标、姿态角度），工艺参数（速度，焊接参数）等，这部分文件（焊接程序，参数等）保持了和实际机器人文件系统的一致，从而可使在离线仿真软件中生成的程序可以直角拷贝了机器人控制机上进行实际机器人的操作。
环境数据文件：包含了各设备的模型文件地址，机器人、夹具，修模器，电控柜等的位置信息，各相关任务的信息。这些文件数据在打开每个项目文件时用于摆放个设备的位置。
数据模型文件：本系统中在OBJECT文件夹保存了所有设备的数据模型文件，用于在绘制模型时的读取。
仿真数据文件：用于保存在工位仿真中生成的数据，便于对工位
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的执行进行分析。 任务准备和执行模块
通过在三维空间机器人和其他设备模型的相互位置关系，可以用来对工位的布局进行设计调整。通过该模块每个机器人和夹具等需要得到使能信号来触发动作，从而达到机器人工位仿真按照实际的工艺顺序进行。任务模块保存了所有的任务信息，以及各任务的执行顺序和逻辑关系，实现了机器人与夹具的动作协调功能。
图11
4.3 未来前景:
项目所研制的两类工业机器人是汽车行业应用较广的产品，在机器人开发上使用了一些最新技术：包括动态设计方法、基于总线的控制结构、路径规划方法等，在机器人焊接应用中，采用了系统建模技术、系统集成技术、工业现场总线技术、基于Profibus总线的工业机器人系统设计。
该项目通过产学研合作，立足自主创新，通过采用自主品牌工业机器人进行系统集成，并在主机厂进行示应用，进而进行产业化推广，提升民族工业机器人系统自主创新能力，解决我国汽车白车身生产线领域成套与集成能力弱等共性问题，彻底摆脱我国汽车行业白车身焊
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自主机器人研究报告
