题目：七自由度串联机器人系统设计与控制方法研究

随着中国经济的迅速发展，制造业的自动化程度直接反应了一个国家的工业水平。焊接领域作为制造业的核心工艺环节，对于机器人的应用需求越来越旺盛，研制一款高精度、大工作空间的焊接机器人迫在眉睫，因此课题组与北京某焊接企业联合研制大型七轴焊接机器人。

首先，本文介绍一种新型几何结构的冗余度焊接机器人，并对此进行了运动学正解计算，采用蒙特卡洛随机变量方法绘制了机器人的工作空间，利用工作空间的外形特点、采用椭球模型判定工作空间中某一位置点是否在工作空间内，利用编程的办法求机器人的速度雅克比矩阵，并与MATLAB工具包中求得的计算结果进行对比验证。

其次，在求解冗余度机械臂逆解中给出三种不同的求解方法。根据冗余度机械臂的灵活性指标，选取最小条件数法作为衡量标准，可以使机械结构时刻处于最大灵活度位姿状态。其他两种约束最优化指标方法可以适应不同形状的焊缝从而达到减少误差、到达普通六轴机器人无法达到的工作空间的目的。在冗余度机器人工作空间规划中编辑了除普通直线与圆弧规划外，进行直线与直线、直线与圆弧的连接规划，在控制底层上采用了三次多项式、五次多项式、PVT等运动模式来完成运动规划，在多轴联动上探索点到点算法，将速度、加速度、加加速度考虑到解算模型中。

再次，利用MDH模型进行误差建模，模拟标定机器人误差的过程，通过对比实验数据验证了数学模型的准确性，并利用标定结果进行了求解逆解的误差补偿，为进一步做后续标定打下了基础。

最后，设计焊接控制系统电路，预留了外部设备的I/O接口，开发上位机软件界面、离线编程等功能，设计基于Windows操作系统的焊接软件，并且与台达控制器，驱动器进行联调，实现控制系统的通信，完成基本运动要求。