第六章工业机器人的运动规划及编程 本章涉及工业机器人技术的三个重要内容,即轨迹规划和机器人语言 以及机器人离线编程系统。轨迹规划是指根据作业任务要求,确定轨迹参 数并实时计算和生成运动轨迹。它是工业机器人控制的依据,所有控制的 目的都在于精确实现所规划的运动,机器人具有可编程功能,因此需要用 户和机器人之间的接口。为了提高编程效率,出现了机器人编程语言,它 以一种通用的方式解决了人一机通讯问题机器人离线编程系统是利用计算 机图形学,建立机器人编程环境,从而可以脱离机器人工作现场进行编程 的系统。由于不占用机动时间,提高了设备利用率。而且由于离线编程本 身就是CAD/CAM一体化的组成部分,有时可以直接利用CAD数据库的信 息,大大减少了编程时间,提高了编程水平
第六章 工业机器人的运动规划及编程 本章涉及工业机器人技术的三个重要内容，即轨迹规划和机器人语言 以及机器人离线编程系统。轨迹规划是指根据作业任务要求，确定轨迹参 数并实时计算和生成运动轨迹。它是工业机器人控制的依据，所有控制的 目的都在于精确实现所规划的运动，机器人具有可编程功能，因此需要用 户和机器人之间的接口。为了提高编程效率，出现了机器人编程语言，它 以一种通用的方式解决了人一机通讯问题;机器人离线编程系统是利用计算 机图形学，建立机器人编程环境，从而可以脱离机器人工作现场进行编程 的系统。由于不占用机动时间，提高了设备利用率。而且由于离线编程本 身就是CAD/CAM一体化的组成部分，有时可以直接利用CAD数据库的信 息，大大减少了编程时间，提高了编程水平
§6-1工业机景人的轨迹规划 §6-2机景人的编程
§6-1 工业机器人的轨迹规划 §6-2 机器人的编程
§6-1工业机景人的轨迹规划 、引言 我们指定工业机器人执行某项操作作业,往往会附加一些约束条件,如沿指定 路径运动及要求运动平稳等。这就提出了对机器人运动轨迹进行规划和协调的问题。 由于运动轨迹可在关节坐标空间中描述,也可在直角坐标空间中指定,从而形成了 关节空间和直角坐标空间机器人运动轨迹的规划和生成方法。本节将对这两类规划 方法进行介绍,重点是关节空间规划方法。3轨迹规划涉及到下面三个问题4(10要 对机器人的任务进行描述,即对机器人的运动轨迹进行描述。轨迹规划器具有简化j 任务描述的功能,用户不需要写出进行某指定作业的运动轨迹函数表达式,只要求 输入有关路1径的若干约束及其简单描述。至于规划的细节问题则由系统本身去完 成。例如,用户可以只给1出手爪的目标位姿,让系统由此确定到达目标的路径点 持续时间、运动速度等参数。1(2)根据所确定的轨迹参数,如何在计算机内部描述 所要求的轨迹。这主要是选择习惯规2定以及合理的软件数据结构问题。,〈3〉对 内部描述的轨迹进行实际计算。通常是在运行时间内按一定的速率计算出位置、速 量度和加速度,生成运动轨迹。(噩
§6-1 工业机器人的轨迹规划 一、引言 我们指定工业机器人执行某项操作作业，往往会附加一些约束条件，如沿指定 路径运动及j要求运动平稳等。这就提出了对机器人运动轨迹进行规划和协调的问题。 由于运动轨迹可在j关节坐标空间中描述，也可在直角坐标空间中指定，从而形成了 关节空间和直角坐标空间机器j人运动轨迹的规划和生成方法。本节将对这两类规划 方法进行介绍，重点是关节空间规划方j法。3轨迹规划涉及到下面三个问题:4(10要 对机器人的任务进行描述，即对机器人的运动轨迹进行描述。轨迹规划器具有简化j 任务描述的功能，用户不需要写出进行某指定作业的运动轨迹函数表达式，只要求 输入有关路1径的若干约束及其简单描述。至于规划的细节问题则由系统本身去完 成。例如，用户可以只给1出手爪的目标位姿，让系统由此确定到达目标的路径点、 持续时间、运动速度等参数。1(2)根据所确定的轨迹参数，如何在计算机内部描述 所要求的轨迹。这主要是选择习惯规2定以及合理的软件数据结构问题。，〈3〉对 内部描述的轨迹进行实际计算。通常是在运行时间内按一定的速率计算出位置、速 量度和加速度，生成运动轨迹。(噩
轨迹规划的一般性问题;通常,工业机器人的作业可以描述成工具坐标 系相对于工作坐标系{3}的一系列运动。例如,图64所示的将销插入工件 孔中的作业,可以借助工具坐标系的一系列位姿川￡=1,2,…")来描述。这种 描述方法不仅符合机器人用户考虑问题的思路,而且有利于描述和生3A的 运动轨迹。?!:1~;精精工具坐标系相对于工作坐标系的运动!来描述作业路 径,是一种通用的作业描述方法。它把作业路径的描述与具体的机器人、手 爪或工具分离开来,形成了模型化的作业描述方法。从而使这种描述既适用 于不同的机器人,也适用于同一机器人上装夹不同规格的工具。有了这种描 述方法我们就可以把如图6-2所示的机器人从初始状态运动到终止状态的 作业,看作是工具坐标系从初始位置{丁。}变化到终止位置{r川的坐标变换。 显然,这种变换与具体机器人无关。一般情况下,这种变换包含了工具坐标 系的位置和姿态的变化
二、轨迹规划的一般性问题;通常,工业机器人的作业可以描述成工具坐标 系{r}相对于工作坐标系{3}的一系列运j动。例如,图64所示的将销插入工件 孔中的作业,可以借助工具坐标系的一系列位姿川￡=j1,2,...'")来描述。这种 描述方法不仅符合机器人用户考虑问题的思路,而且有利于描述和生3!A的 运动轨迹。?!:1~;精精工具坐标系相对于工作坐标系的运动!来描述作业路 径,是一种通用的作业描述方法。它把作业路径的描述与具体的机器人、手 爪或工具分离开来,形成了模型化的作业描述方法。从而使这种描述既适用 于不同的机器人,也适用于同一机器人上装夹不同规格的工具。有了这种描 述方法,我们就可以把如图6-2所示的机器人从初始状态运动到终止状态的 作业,看作是工具坐标系从初始位置{丁。}变化到终止位置{r川的坐标变换。 显然,这种变换与具体机器人无关。一般情况下,这种变换包含了工具坐标 系的位置和姿态的变化
AS)Z Y iTy 图6-1作业的描述
0 {T} {S} IS) 图6-2机器人的初始位置和终止位置
SP S;= K (6-19)
14)、{Sz K )e Y Ys XA 图6-11等效转轴-转角表示法
2 X 图6-13路径奇异点引起 关节速度突变
A(t) 6()-(t-bt) t 0(t)= 6(t)-b(t-6 ot (6-20)