七自由度焊接机器人的全局优化逆运动学算法

针对七自由度机器人运动学逆解过多，在复杂约束工况下难以保证关节运动连续性等问题，提出一种基于整条焊接轨迹全局优化的逆运动学算法。首先，根据S-R-S构型七自由度机械臂的改进D-H参数，对七自由度焊接机器人进行运动学建模。然后，引入冗余臂角变量，在满足关节限位及避障约束的前提下，计算离散后的空间焊缝轨迹中各位姿点的臂角范围，找到臂角的可行域；利用遗传算法优化B样条曲线的控制点参数，在整条焊缝轨迹范围内找到运动平稳且远离关节限位的全局最优臂角曲线。最后，将最优臂角值作为冗余限定条件，求解得到连续的关节角度。以“马鞍形”钢管相贯线空间焊缝为例开展仿真验证，得到了合理的运动规划，求解的臂角曲线变化率小于0.03，臂角曲线距离臂角边界的最小值大于0.5rad，各关节角度在避开障碍物的同时平稳连续且远离限位，符合焊接工艺要求，证明了逆运动学算法的可行性，为七自由度机器人在各行各业复杂工况下的高质量作业提供了理论依据。