文档介绍：第4章工业机器人运动轨迹规划
主要内容
机器人运动轨迹规划基本方法
轨迹规划问题与性能指标
常用机器人路径控制方式
机器人轨迹规划实例
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【学****目标】
1. 知识目标
了解机器人轨迹规划的基本概念。
熟悉机器人轨迹规划的性能指标。
掌握机器人的路径控制方式。
掌握机器人运动轨迹规划的基本方法。
2. 技能目标
能够进行点位运动轨迹示教及程序编写与调试。
能够进行连续路径轨迹示教及程序的编写与调试。
能够进行复杂轨迹的程序编写与调试。
3. 情感目标
培养严谨认真、规范操作的意识。
培养合作学****团结协作的精神。
任务1 轨迹规划问题与性能指标
【任务描述】
在本次任务中需要了解清楚轨迹规划的重要性,轨迹规划的基本概念和方式。路径和轨迹规划与受到控制的机器人从一个位置移动到另一个位置的方法有关。路径与轨迹规划既要用到机器人的运动学相关知识,也要用到机器人的动力学。本任务主要讨论机器人的轨迹规划问题和性能指标。
任务1 轨迹规划问题与性能指标
【知识储备】
一、轨迹规划问题
工业机器人广泛的被用在各种行业应用中来实现快速、精确和高质量的生产任务。在抓取和放置操作,工业机器人的法兰盘工具必须在工作空间中两个特定的位置之间移动,而它在两者之间的路径却不被关心。在路径追踪应用中,比如焊接,切削,喷涂等,法兰盘末端工具必须在尽可能保持额定的速度下,在三维空间中遵循特定的轨迹运动。
用工具坐标系相对于工件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。它把作业路径描述与具体的工业机器人、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,也适用于在同一机器人上装夹不同规格的工具。
关节空间中拾取操作的轨迹规划,只是限定轨迹函数的启动和终止两个极限位置,对于函数曲线没有强制性,因此,我们也就有很大的自由度选择轨迹函数。
任务1 轨迹规划问题与性能指标
【知识储备】
二、轨迹规划性能指标分析
在进行轨迹规划时,运动学的要求是工业机器人工作考虑的首要因素,同时还要综合考虑工业机器人的工作转速、质量以及载荷的大小等多种因素。
最大速度:机器人运动的速度。
最大加速度:机器人运动加速度最大值的大小,是影响机器人动力特性的主要因素。
3. 最大冲击:机器人冲击最大值的大小对机器人系统的动力特性有很大的影响,会直接影响机器人系统的残余振动,影响机器人的动力学特性。
4. 轨迹规划曲线的高阶导数:加速度曲线能不能连续决定了轨迹规划曲线能否接受刚性和柔性的冲击,而加速度的导数曲线一一冲击曲线是否连续,若其不连续,则冲击曲线的改变值的多少对机器人动力特性有很大的影响。
任务1 轨迹规划问题与性能指标
【拓展与提高】
机器人的作业过程可用手部位姿结点序列来规定,每个结点可用工具坐标系相对于作业坐标系的齐次变换来描述。相应的关节变量可用运动学反解程序计算。
如图4-2所示的机器人插螺栓作业,要求把螺栓从槽中取出并放入托架的一个孔中,用符号表示沿轨迹运动的各结点的位姿,使机器人能沿虚线运动并完成作业。设定Pi (i=0,l,2,3,4,5)为气动手爪必须经过的直角坐标结点。参照这些结点的位姿将作业描述为如表4-2所示的手部的一连串运动和动作。
图4-2机器人插螺栓作业的轨迹
任务2 常用机器人路径控制方式
【任务描述】
本次任务主要是了解工业机器人控制中的路径生成问题,以及路径控制的分类。针对ABB的工业机器人路径运动,主要介绍其运动控制指令。
【知识储备】
运动轨迹是机器人为完成某一作业,工具中心点(TCP)所掠过的路径,是机器示教的重点。从运动方式上看,工业机器人具有点到点(PTP)运动和连续路径(CP)运动2种形式。按运动路径种类区分,工业机器人具有直线和圆弧2种动作类型。
任务2 常用机器人路径控制方式
【知识储备】
一、点位控制方式(Point To Point)
这种控制方式的特点是只控制工业机器人末端执行器在作业空间中某些规定的离散点上的位姿,如图4-3所示。控制时只要求工业机器人快速、准确地实现相邻各点之间的运动,而对达到目标点的运动轨迹则不作任何规定。
图4-3 点位控制方式示意图
任务2 常用机器人路径控制方式
【知识储备】
二、连续轨迹控制方式(Continuous Point)
这种控制方式的特点是连续地控制工业机器人末端执行器在作业空间中的位姿,如图4-4所示。要求其严格按照预定的轨迹和速度在一定的精度范围内运动,而且速度可控,轨迹光滑,运动平稳,以完成作业任务。
图4-4 连续轨迹控制方式示意图