精品工业机器人轨迹规划与编程.pptVIP

1 、工业机器人在关节空间的 轨迹规划原理 ，快速平稳运行的 插 补函数 的设计； 2 、对应于点位（ PTP ）作业的 MOVJ 运动指令的动作原理、动 作速度的给定； 3 、工业机器人在作业空间的 轨迹规划原理 ，连续轨迹动作 插补 原理与过程 ； 4 、对应于连续路径（ CP ）作业的 MOVL 等 运动指令的动作原 理、动作速度的给定； 5 、点位（ PTP ）作业和连续路径（ CP ）作业两种类型运动指令 作业效率 的分析及适当选用； 6 、机器人语言、示教再现编程原理、优缺点、编程再现过程步 骤； 7 、工业机器人示教再现编程举例 ---- 以安川、 ABB 机器人为例； 8 、机器人离线编程仿真系统的构成、特点 ----- 安川、 ABB 机器 人离线编程仿真系统介绍； 本章主要内容 7.1 工业机器人轨迹规划 7.1.1 机器人轨迹的概念 机器人的轨迹规划是指根据作业任务的要求 ( 作业规划 ), 机器 人末端执行器在工作过程中位置和姿态变化的路径、取向以 及它们变化速度和加速度的人为设定。 根据机器人所完成的作业任务要求 , 当给定初始状态、目标 状态以及路径所经过的有限个给定点的情况下 , 对于没有给定 的路径区间则必须要选择 关节插值函数 , 生成不同的轨迹。 轨迹规划方法一般是在机器人初始位置和目标位置之间用 “内插”或“逼近”给定的路径，并产生一系列“控制设定 点”。 7.1.2 轨迹规划的一般性问题 ? 工具坐标系 { T } 与工作台（用户）坐标系 { S } 机器人的作业可以描述成工具坐标系 { T } 相对于工作台坐标 系 { S } 的一系列运动，是一种通用的作业描述方法。 可以把如图所示的机器 人从初始状态运动到终 止状态的作业看做是工 具坐标系从初始位置 { T 0 } 变化到终止位置 { T f } 的坐 标变换。 ? 建立工具坐标系的主要目的把控制点转移到工具的尖端点上。 ? 工具坐标系的方向随腕部的移动而发生变化。 z x y z x y ? 不仅要规定机器人的起始点和终止点，而且要给出介于起 始点和终止点之间的中间点，也称路径点。运动轨迹除了位 姿约束外，还存在着各路径点之间的时间分配问题。例如， 在规定路径的同时，必须给出两个路径点之间的运动时间。 单个关节的不同轨迹曲线 t t f 0 ? f ? 0 ? ? 要求所选择的运动轨迹描述函数 必须连续，而且它的一阶导数 ( 速 度 ) 连续，为了防止振荡和蠕动， 二阶导数 ( 加速度 ) 也应该连续。 7.2 关节空间法 关节空间法计算简单、容易，不会发生机构的奇异性问题。 每个关节在相应路径段运行的时间相同，这样就保证了 所有关节都将同时到达路径点和目标点，从而也保证了工 具坐标系在各路径点具有预期的位姿。 将每个目标作业路径点 多组关节路径点 逆运动学 拟合成光滑函数 起始条件 多个关节的运动轨迹 步 骤 ( ) t ? ? 三次多项式插值 ? 过路径点的三次多项式插值 ? 五次多项式插值 ? 用抛物线过渡的线性插值 ? 。。。。等 拟合成光 滑函数的 方法 拟合成光滑函数的方法？ 7.2.1 三次多项式插值 每个关节的轨迹函数 ( ) t ? 至少需要满足四个约束条件： 0 (0) ( ) f f t ? ? ? ? ? ? (0) 0 ( ) 0 f t ? ? ? ? 2 3 0 1 2 3 ( ) t a a t a t a t ? ? ? ? ? 两端点位置约束 两端点速度约束 求解可得 0 0 a ? ? 1 0 a ? 2 0 2 3 ( ) f f a t ? ? ? ? 3 0 3 2 ( ) f f a t ? ? ? ? ? 2 3 0 0 0 2 3 3 2 ( ) ( ) ( ) f f f f t t t t t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【例 7-1 】 要求一个六轴机器人的第一关节在 5 秒钟内从初始角 30 0 运 动到终端角 75 0 ，且起始点和终止点速度均为零。用三次多项式规划该 关节的运动，并计算在第 1 、 2 、 3 秒和第 4 秒时关节的角度。 -20 0 20 40 60 80 0 1 2 3 4 5 6 加速度 速度 位置 秒 图 关节位移、速度和加速度 解： 2 3 ( ) 30 5.4 0.72 t t t ? ? ? ? 位移曲线 7.2.2 过路径点的三次多项式插值 把每个关节上相邻的两个路径 点分别看做起始点和终止点，再 确定相应的三次多项式插值函数， 把路径点平滑连接起来。一般情 况下，这些起始点和终止点的关 节运动速度不再为零。 速度约束条件 0 (0) ( ) f f t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 0