第七章 工业机器人的轨迹规划及编程【整理后】PPT课件
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第7章 工业机器人编程与调试 ppt课件
第7章 工业机器人编程与调试
7.2 机器人语言系统结构和基本功能 7.2 .1 机器人语言系统结构
工业机器人技术基础
第7章 工业机器人编程与调试
工业机器人技术基础
7.2 机器人语言系统结构和基本功能 7.2 .1 机器人语言系统结构 1. 监控状态 监控状态用于整个系统的监督控制，操作者可以用示教盒定义机器人在空 间中的位置，设置机器人的运动速度，存储和调出程序等。 2．编辑状态 编辑状态用于操作者编制或编辑程序。一般都包括：写入指令，修改或删 去指令以及插入指令等。 3．执行状态 执行状态用来执行机器人程序。在执行状态，机器人执行程序的每一条指 令，都是经过调试的，不允许执行有错误的程序。
第7章 工业机器人编程与调试
工业机器人技术基础
7.1 机器人编程要求与语言类型 一般情况下，机器人的编程系统必须做到以下几点： 3．能够描述机器人运动 描述机器人需要进行的运动是机器人编程语言的基本功能之一。用户能够 运用语言中的运动语句，与路径规划器连接，允许用户规定路径上的点及 目标点，决定是否采用点插补运动或笛卡儿直线运动，用户还可以控制运 动速度或运动持续时间。 4．允许用户规定执行流程 同一般的计算机编程语言一样，机器人编程系统允许用户规定执行流程， 包括试验和转移、循环、调用子程序以至中断等。
第7章 工业机器人编程与调试
工业机器人技术基础
7.1 机器人编程要求与语言类型 一般情况下，机器人的编程要求必须做到以下几点： 1．能够建立世界坐标系 在进行机器人编程时，需要一种描述物体在三维空间内的运动方式，因此 要给机器人及其相关物体建立一个基础坐标系。这个坐标系与大地相连， 也称世界坐标系。为了方便机器人工作，也可以建立其他坐标系，但需要 同时建立这些坐标系与机座坐标系的变换关系。机器人编程系统应具有在 各种坐标系下描述物体位姿的能力和建模能力。 2．能够描述机器人作业 机器人作业的描述与其环境模型密切相关，编程语言水平决定了描述水平 。现有的机器人语言需要给出作业顺序，由语法和词法定义输入语句，并 由它描述整个作业过程。例如，装配作业可描述为世界模型的一系列状态 ，这些状态可用工作空间内所有物体的位姿给定。这些位姿也可利用物体 间的空间关系来说明。
工业机器人操作与编程教材PPT
指令。 程序说明如下： WAIT——等待指令 Value——取常数（Constant）
2、数字输出指令DO 指令格式：DO[i] = ON/OFF 指令注释：写操作，指令把ON= 1 / OFF=0赋值给指定的数字输出信号。 程序说明如下： DO——是可以被用户控制的输出信号 [i]——数字输出端口号，即寄存器号，范围为0-199 ON/OFF——ON=1/OFF=0打开/关闭数字输出信号
任务1 认识工业机器人 1.1.3 工业机器人的坐标系
工业机器人一般有四个坐标系，基坐标系、关节坐标系、工 具坐标系、工件坐标系。
任务1 认识工业机器人 1.2 手动操作工业机器人 1.2.1 手动操作功能简介 1.2.1 手动操作工业机器人 拓展与提高1——十大工业机器人品牌
任务1 认识工业机器人
任务1 认识工业机器人 1.1.1 工业机器人分类及应用 1.按臂部的运动形式分 （1）直角坐标型
臂部可沿三个直角坐标移动； （2）关节型
臂部有多个转动关节； （3）圆柱坐标型
臂部可作升降、回转和伸缩 动作；
任务1 认识工业机器人 1.1.1 工业机器人分类及应用 1.按臂部的运动形式分 4）组合结构 可以实现直线、旋转、回转、 伸缩； （5）球坐标型 臂部能回转、俯仰和伸缩。
任务3 机器人涂胶编程与操作 3.2.3 涂胶运动规划和示教前的准备 1、运动规划
机器人涂胶的动作，可分解成为“等待涂胶控制信 号”“打开胶枪”、“涂胶”、“关闭胶枪”等一系列子任务。 可以进一步分解为“把胶枪移到第一条轨迹线上”、“胶枪移 动到涂胶点”、“打开胶枪”、“移动胶枪涂胶”等一系列动 作。
任务2 搬运编程与操作 2.1.1 程序的基本信息 2.程序的基本信息包括：程序名、程序注释、子类型、写保护、 程序指令和程序结束标志。
2、数字输出指令DO 指令格式：DO[i] = ON/OFF 指令注释：写操作，指令把ON= 1 / OFF=0赋值给指定的数字输出信号。 程序说明如下： DO——是可以被用户控制的输出信号 [i]——数字输出端口号，即寄存器号，范围为0-199 ON/OFF——ON=1/OFF=0打开/关闭数字输出信号
任务1 认识工业机器人 1.1.3 工业机器人的坐标系
工业机器人一般有四个坐标系，基坐标系、关节坐标系、工 具坐标系、工件坐标系。
任务1 认识工业机器人 1.2 手动操作工业机器人 1.2.1 手动操作功能简介 1.2.1 手动操作工业机器人 拓展与提高1——十大工业机器人品牌
任务1 认识工业机器人
任务1 认识工业机器人 1.1.1 工业机器人分类及应用 1.按臂部的运动形式分 （1）直角坐标型
臂部可沿三个直角坐标移动； （2）关节型
臂部有多个转动关节； （3）圆柱坐标型
臂部可作升降、回转和伸缩 动作；
任务1 认识工业机器人 1.1.1 工业机器人分类及应用 1.按臂部的运动形式分 4）组合结构 可以实现直线、旋转、回转、 伸缩； （5）球坐标型 臂部能回转、俯仰和伸缩。
任务3 机器人涂胶编程与操作 3.2.3 涂胶运动规划和示教前的准备 1、运动规划
机器人涂胶的动作，可分解成为“等待涂胶控制信 号”“打开胶枪”、“涂胶”、“关闭胶枪”等一系列子任务。 可以进一步分解为“把胶枪移到第一条轨迹线上”、“胶枪移 动到涂胶点”、“打开胶枪”、“移动胶枪涂胶”等一系列动 作。
任务2 搬运编程与操作 2.1.1 程序的基本信息 2.程序的基本信息包括：程序名、程序注释、子类型、写保护、 程序指令和程序结束标志。
第七章工业机器人的轨迹规划及编程
3、离线编程
用通用语言或专门语言预先进行程序设计，在离线 的情况下进行轨迹规划的编程方法。离线编程系统是 基于CAD数据的图形编程系统。由于CAD技术的发展， 机器人可以利用CAD数据生成机器人路径，这是集机 器人于CIMS系统的必由之路。
二、机器人语言编程
✓早期的工业机器人，由于完成的作业比较简单，作 业内容改变不频繁，采用固定程序控制或示教再现方 法即可满足要求，不存在语言问题。
微型计算机
接近自然语言
接口
人与机器人
实现各种机器人操作
机器人编程方法三种形式：
1、机示器教人编每程一个关节对应着示教盒
上➢的操一作对者按必钮须，把以机分器别人控终制端该移关动节至目标位置，并把此 正位 是反置示方对教向应过的的程运机。动器。人示关教节盒角示度教信方式息记录进内存储器，这
一般用于大型机器人或危险作业条
1、根据作业描述水平的高低分
机器人语言编程
机器人语言的分类
（3）任务级机器人语言
最不理是当言境想机发系中的器出统找机人一要到条能一器 的“进条人 动行运抓高 作路动住级 来径路螺语 描寻径钉言 述找，”作，规沿的业是划此指任用，路令务被在径时。操复运，作杂动这的，种物环机语体，而 使用器者人只不会要与按周某围种任原何则障给碍物出发作生业碰起撞始，状并态能和作业 目信后息自标自好级工动和状动的语智生知态进抓言能行取的的成识，工位构推机库机件置成理器器、抓，是系人人数取并十统详语据规把分和细言库划螺复大的系自，钉杂型在抓的知动统动螺起，识作即进钉。它库、可行上显必。顺利推选然须序用理取，具和已、一任有相有计个务人应的算数环，据境最。
至少需要满足四个约束条件：两端点位置约束和两端 点速度约束。
三次多项式插值
用通用语言或专门语言预先进行程序设计，在离线 的情况下进行轨迹规划的编程方法。离线编程系统是 基于CAD数据的图形编程系统。由于CAD技术的发展， 机器人可以利用CAD数据生成机器人路径，这是集机 器人于CIMS系统的必由之路。
二、机器人语言编程
✓早期的工业机器人，由于完成的作业比较简单，作 业内容改变不频繁，采用固定程序控制或示教再现方 法即可满足要求，不存在语言问题。
微型计算机
接近自然语言
接口
人与机器人
实现各种机器人操作
机器人编程方法三种形式：
1、机示器教人编每程一个关节对应着示教盒
上➢的操一作对者按必钮须，把以机分器别人控终制端该移关动节至目标位置，并把此 正位 是反置示方对教向应过的的程运机。动器。人示关教节盒角示度教信方式息记录进内存储器，这
一般用于大型机器人或危险作业条
1、根据作业描述水平的高低分
机器人语言编程
机器人语言的分类
（3）任务级机器人语言
最不理是当言境想机发系中的器出统找机人一要到条能一器 的“进条人 动行运抓高 作路动住级 来径路螺语 描寻径钉言 述找，”作，规沿的业是划此指任用，路令务被在径时。操复运，作杂动这的，种物环机语体，而 使用器者人只不会要与按周某围种任原何则障给碍物出发作生业碰起撞始，状并态能和作业 目信后息自标自好级工动和状动的语智生知态进抓言能行取的的成识，工位构推机库机件置成理器器、抓，是系人人数取并十统详语据规把分和细言库划螺复大的系自，钉杂型在抓的知动统动螺起，识作即进钉。它库、可行上显必。顺利推选然须序用理取，具和已、一任有相有计个务人应的算数环，据境最。
至少需要满足四个约束条件：两端点位置约束和两端 点速度约束。
三次多项式插值
工业机器人操作与编程教材PPT
任务1 认识工业机器人
拓展与提高1——十大工业机器人品牌 七、柯马（COMAU）－意大利 八、爱普生（DENSO EPSON）机器人(机械手)－日本 九、日本安川（Yaskawa Electric Co.）－日本 十、新松(SIASUN)机器人－中国
任务2 搬运编程与操作
2.1 新建、编辑和加载程序 2.1.1 程序的基本信息 2.1.2 新建程序 2.1.3 打开、加载程序 2.1.4 程序编辑、修改 2.1.5 程序检查 2.1.6 自动运行
任务2 搬运编程与操作
2.2.5 搬运运动规划和示教前的准备 2、示教前的准备 （2）坐标系设定 本任务中使用气动吸盘从传送带A上抓取物品，将其放置到 另外一条传送带B上的盒子里，运动轨迹相对简单，示教取点较 容易，所以可以在基坐标系下编程，不需要建立新的工具坐标 系。
任务2 搬运编程与操作
2.2.5 搬运运动规划和示教前的准备
任务2 搬运编程与操作
2.1.1 程序的基本信息 1.常见的程序编制方法有两种，示教编程方法和离线编程方法。 （一）示教编程方法：是由操作人员引导，控制机器人运动，记 录机器人作业的程序点，并插入所需的机器人命令来完成程序的 编制； （二）离线示教：是操作者不对实际作业的机器人直接进行示教， 而是在离线编程中进行编程或在模拟环境中进行仿真，生成示教 数据，通过PC间接对机器人进行示教。
图2-22 搬运任务示意图
任务2 搬运编程与操作
2.2.6 搬运示教编程 为了使机器人能够进行再现，就必须把机器人运动命令编成程序。利用工 业机器人把工件从A点搬到B点，此程序由6个程序点组成，搬运程序如下：
表2-4 搬运程序
程序 WAIT 1 J P[1] 100% FINE J P[2] 80% FINE DO [1] = ON WAIT 1 J P[3] 80% FINE J P[4] 100% FINE J P[5] 80% FINE DO [2] = ON WAIT 1 J P[6] 100% FINE 程序注释 等待1秒（为了配合传送带节拍，可根据实际情况修改） 控制机器人工具点（吸盘）移动到传送带1上方 移动吸盘贴近工件 工具抓取工件 等待吸盘吸附工件 工具抓取工件抬到安全高度 中间点 控制机器人工具点（吸盘）移动到传送带2上方 工具放置工件 等待吸盘释放工件 工具抬高到程序起始点，便于第二次搬运
工业机器人轨迹规划与编程说课讲解
【例7-2】同例7.1，且已知起始加速度和终止减速度均为 50/s2。
解：
( t) 3 0 2 .5 t2 1 .6 t3 0 .5 8 t4 0 .0 4 6 4 t5
图 关节的位置、速度和加速度曲线
标准的S形速度曲线
变形的S形速度曲线
两端5次中间直线如何？
S型线条之美
S型线条之美
多个关节的运动轨迹
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。
拟合成光滑函数的方法？
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
y
x
z
y
x
z
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。
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。
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(0) 0
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(t f ) f
求解可得
a0 0
•
a1 0
a2
3
t
2 f
(
f
0)
2 tf
•
0
1 tf
•
f
a3
2
t
3 f
(
f
0)
1
t
2 f
•
•
(0 f
)
7.2.3 五次多项式插值
除了指定运动段的起点和终点的位置和速度外，也可以指 定该运动段的起点和终点加速度。这样，约束条件的数量 就增加到了6个，相应地可采用下面的五次多项式来规划轨 迹运动。
工业机器人轨迹规划与编程PPT课件
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；
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{T0} 变化到终止位置{Tf}的坐 标变换。
线性函数+两段抛物线函数
平滑地衔接在一起，形成带 有抛物线过渡域的线性轨迹。
T形速度曲线
v vmax
ta
tf-ta
tf t
经验：一般取
1 ta 5 t f
【例7-3】在例7-1中，假设六轴机器人的关节1以角速度100/s在5 秒内从初始角300运动到目的角700。求解所需的过渡时间并绘制关 节位置、速度和加速度曲线。
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求解可得
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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；
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{T0} 变化到终止位置{Tf}的坐 标变换。
线性函数+两段抛物线函数
平滑地衔接在一起，形成带 有抛物线过渡域的线性轨迹。
T形速度曲线
v vmax
ta
tf-ta
tf t
经验：一般取
1 ta 5 t f
【例7-3】在例7-1中，假设六轴机器人的关节1以角速度100/s在5 秒内从初始角300运动到目的角700。求解所需的过渡时间并绘制关 节位置、速度和加速度曲线。
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求解可得
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工业机器人操作与编程机器人运动指令PPT课件
运动指令movej关节运动指令是在对路径精度要求不高的情况下机器人的工具中心点tcp从一个位置移动到另一个位置两个位置之间的路径不一定是直线关节运动示意如图所示
机器人运动指令 运动指令- MoveAbsJ 运动指令- MoveJ 运动指令- MoveL 运动指令- MoveC
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10/16
运动指令MoveJ
【MoveJ】指令指令解析如下：
参数
P10、p20 V1000
含义
目标点位置数据 运动速度数据
关节运动指令适合机器人大范围运动时使用，不容易在运动过程 中出现关节轴进入机械死点的问题。
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运动指令MoveL
特点
①机器人以线性方式运动至目标点。 ②当前点与目标点两点决定一条直线，机器人运动状态可控。 ③运动路径保持唯一，可能出现死点。 ④常用于机器人在工作状态移动。
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运动指令- MoveL
如图所示，添加两条【MoveL】指 令。
线性运动是机器人的TCP从起 点到终点之间的路径始终保 持为直线。一般如焊接、涂 胶等应用对路径要求高的场 合使用此指令。线性运动示 意如图所示：
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运动指令MoveC
特点 ①机器人通过中心点以圆弧移动方式运动至目标点。
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运动指令MoveJ
特点
①机器人以最快捷的方式运动至目标点。 ②机器人运动状态不完全可控。 ③运动路径保持唯一。 ④常用于机器人在空间大范围移动。
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运动指令MoveJ
如图所示，添加两条【MoveJ】指 令。
机器人运动指令 运动指令- MoveAbsJ 运动指令- MoveJ 运动指令- MoveL 运动指令- MoveC
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运动指令MoveJ
【MoveJ】指令指令解析如下：
参数
P10、p20 V1000
含义
目标点位置数据 运动速度数据
关节运动指令适合机器人大范围运动时使用，不容易在运动过程 中出现关节轴进入机械死点的问题。
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运动指令MoveL
特点
①机器人以线性方式运动至目标点。 ②当前点与目标点两点决定一条直线，机器人运动状态可控。 ③运动路径保持唯一，可能出现死点。 ④常用于机器人在工作状态移动。
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运动指令- MoveL
如图所示，添加两条【MoveL】指 令。
线性运动是机器人的TCP从起 点到终点之间的路径始终保 持为直线。一般如焊接、涂 胶等应用对路径要求高的场 合使用此指令。线性运动示 意如图所示：
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运动指令MoveC
特点 ①机器人通过中心点以圆弧移动方式运动至目标点。
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运动指令MoveJ
特点
①机器人以最快捷的方式运动至目标点。 ②机器人运动状态不完全可控。 ③运动路径保持唯一。 ④常用于机器人在空间大范围移动。
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运动指令MoveJ
如图所示，添加两条【MoveJ】指 令。
机器人路径规划(精品资料)PPT
可得机器人所受合力为： Ftotal =Fatt + Fobs
(7-5)
这样，我们就在环境地图中定义了机器人的引力场
因此，机器人的路径规划问题被转化为点在引力场中的运动问题。
而点在引力场中的运动问题在物理学和数学中已经研究得非常清楚，可以 比较方便地进行求解。
算法优点：
①简单方便，可以实时规划控制，并能考虑多个障碍，连续移动。
因此，移动机器人路径规划可以简化为在扩张了障碍物的地图上，点机器 人的路径规划问题。
2
障碍点 O Fatt
目标点 G
人工势场方法
机器人
位置点 p
Ftotal
人工势场的根本思想是构造目标位置引力场和 障碍物周围斥力场共同作用下的人工势场。
搜索势函数的下降方向来寻找无碰撞路径。
下面给出各种势场的定义
①目标引力场
为了完成整个运动，工具坐标系必须通过中间点所描述的一系列过渡位姿。
称路径的起点、中间点和终点为路径点。 通常都期望机械臂的运动过程是平滑的，因此一般要求规划的路径是光滑
的，至少具有连续的一阶导数，甚至要求二阶导数也是连续的。
一阶导数对应机械臂的运动速度，二阶导数对应加速度。
光滑性要求就是要使机械臂的运动更加平稳，防止突然的剧烈加速或者
缺点： ①栅格粒度影响较大。划分细时，存贮大和搜索时间长。 ②得到的是折线，需要光滑处理。
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机械臂路径规划
在实际问题当中，一般用工具坐 标系{T}相对工作台坐标系{S}的运动 来描述机械臂的运动。
当用工具坐标系{T}相对工作台坐标系{S}的运动来描述机械臂的路径时， 使得路径规划与具体的机械臂、末端执行器和工件相别离。
机器人按此路径运动。 图7-3给出了栅格法路径规划的示意图。
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