题目：六自由度焊接机器人新型控制方法研究

焊接机器人极大地提高了焊接生产的自动化水平，广泛应用于现代制造业以及航空航天、核工业等特种焊接领域。作为一种串联机器人，其机械结构非常复杂，运动学分析和运动规划是实现其运动控制的基础。另外，焊接作业过程中机器人会受到各种非线性扰动因素的不利影响，采用经典控制方法很难达到理想的效果，有必要探索新型的控制方法。因此，对此类机器人系统的结构分析和相应关节控制方法的研究具有重要的现实意义。 本文的主要研究工作归纳如下：（1）运动学分析 针对以Motoman HP3为模型的六自由度串联机器人，实现了结构参数建模，建立了连杆坐标系，得到了连杆坐标变换矩阵，推导得出了运动学正解和运动学逆解，并通过仿真验证了其正确性。（2）运动规划 根据焊接作业的特殊要求，重点研究了笛卡尔空间的运动规划问题。从三维欧式空间中曲线描述问题出发，研究了笛卡尔空间下机器人的位姿描述，进而得到了运动规划方法。在给定空间曲线参数方程的情况下，可通过逆运动学求解实现机器人末端位姿与关节空间之间的映射，进而在关节空间实现机器人的连续轨迹控制。（3）基于滑模控制（SMC）和扩张状态观测器（ESO）的关节控制方法研究 针对机器人系统的非线性问题，在运动学分析和运动规划的基础上，重点研究了机器人关节闭环控制。首先，针对机器人关节系统建立了数学模型，分析了模型不确定性和外部干扰等扰动因素的影响；提出了一种基于SMC和ESO的复合控制策略，并根据Lyapunov稳定性理论证明了系统的稳定性。仿真和等效实验结果表明，该方法能够实现对未知扰动的有效补偿，具有良好的鲁棒性，是可行有效的。