机器人技术与应用
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Motor
Ethernet EHMI
Ext I/O
RS232 Ext Encoder for tracking
Power and Encoder
30m
s
GUI/Configuration/Kin Par..
Intel X86 CPU
1.66G
Dual Core DSP
12m s Teach File/MovJ(L.C)/IO/…
机器人动力学及机器人拖动示教 机器人动力学补偿介绍 机器人拖动示教功能应用 机器人动力学辨识介绍
机器人工作空间与多机器人协同空间避障 机器人工作空间介绍 多机器人协同工作时的重叠空间避障处理
机器人应用案例 机器人弧焊应用 机器人码垛 机器人视觉抓取
• 运动学正逆解; • 路径规划 (PTP,CP); • 速度规划 (Joint / Task
target position( unit: mm/degree)
Joint target position( unit: Puls)
常用机器人构型介绍和开放性机器人控制系统介绍 串联六自由度机器人构型 经典SCARA机器人构型 经典四自由度Delta机器人构型 直角坐标机器人构型 开放式机器人系统架源自文库组成
弧焊应用 Welding 点焊应用 Spot Welding 抓取与搬运应用 Pick & Place
Z Y
X
Y X
Y XZ
Z Y
X
如何建立外部坐标系
Y
P3
Z
X
P1
P2
常用机器人构型介绍和开放性机器人控制系统介绍 串联六自由度机器人构型 经典SCARA机器人构型 经典四自由度Delta机器人构型 直角坐标机器人构型 开放式机器人系统架构组成
DH
POE
Geometric Jacobian
“A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation” (1993) : 由R.M. Murray, Z.X. Li, S.S. Sastry撰写.
由 Bruno Siciliano Lorenzo Sciavicco Luigi Villani Giuseppe Oriolo 撰写
工业机器人控制系统理论基础 运动学正逆解
机器人运动学轨迹误差与模型参数标定 机器人轨迹误差来源分析 机器人模型运动学参数标定过程 标定前后误差对比
机器人动力学及机器人拖动示教 机器人动力学辨识介绍 机器人动力学补偿介绍 机器人拖动示教功能应用
机器人工作空间与多机器人协同空间避障 机器人工作空间介绍 多机器人协同工作时的重叠空间避障处理
Space );
• 坐标系转换 (ACS-KCSWCS-PCS-TCS)
• 运动学参数标定; • 工艺模块.
• 运动学正逆解; • 路径规划 (PTP,CP); • 速度规划 (Joint / Task
Space );
• 坐标系转换 (ACS-KCSWCS-PCS-TCS)
• 运动学参数标定; • 工艺模块.
The inverse kinematics problem consist of the determination of the joint variable corresponding to a given end-effector position and orientation.
• 求解此问题，就是为了解决将笛卡尔坐标空间下的运动特征，转换到关节空间运动的。
nx c1[c 23(c 4c 5c 6 s 4 s 6) s 23s 5c 6] s1( s 4c 5c 6 c 4 s 6) ny s1[c 23(c 4c 5c 6 s 4 s 6) s 23s 5c 6] c1( s 4c 5c 6 c 4 s 6) nz s23(c4c5c6 s4s6) c23s5c6 ox c1[c 23(c 4c 5s 6 s 4c 6) s 23s 5s 6] s1( s 4c 5c 6 c 4c 6) oy s1[c 23(c 4c 5s 6 s 4c 6) s 23s 5s 6] c1( s 4c 5c 6 c 4c 6) oz s23(c4c5s6 s4c6) c23s5s6 ax c1(c 23c 4 s 5 s 23c 5) s1s 4 s 5 ay s1(c 23c 4 s 5 s 23c 5) c1s 4 s 5 az s23c4s5 c23c5 px c1(a1 a 2c 2 a 3c 23 d 4 s 23) py s1(a1 a 2c 2 a 3c 23 d 4 s 23) pz a3s23 a 2s2 d 4c23
空间串联六关节型机械臂的运动学正解
Direct Kinematics of the Articulated arm
• 运动学正逆解; • Step 1. 建立坐标系 • Step 2. 获取DH参数
c i
T i1 i
s
i
c
i
s i s i
1 1
0
s i c i c i 1 c i s i 1
机器人常用坐标系之间的转换关系及应用场合 机器人轴关节坐标系 世界坐标系 机器人工具坐标系 工件坐标系 机器人坐标系 不同应用条件下的机器人示教
工业机器人控制系统理论基础 运动学正逆解
机器人运动学轨迹误差与模型参数标定 机器人轨迹误差来源分析 机器人模型运动学参数标定过程 标定前后误差对比
ny
nz
oy oz
ay az
py
pz
0 0 0 1
• 运动学正逆解; • Step 1. 建立坐标系 • Step 2. 获取DH参数 • Step 3. 计算齐次矩阵
获得运动学正解结果。
空间串联六关节型机械臂的运动学正解
Direct Kinematics of the Articulated arm
机器人应用案例 机器人弧焊应用 机器人码垛 机器人视觉抓取
负载系列： 6kg， 10kg， 12kg，20kg， 70kg，165kg， 300kg
机器人外部配套设备选 型方案
轻载机器人Harmonic 减速机选型
本体结构优化设计
电机选型方案
RV减速机选型方案
Ethernet Smart CCD
机器人动力学及机器人拖动示教 机器人动力学辨识介绍 机器人动力学补偿介绍 机器人拖动示教功能应用
机器人工作空间与多机器人协同空间避障 机器人工作空间介绍 多机器人协同工作时的重叠空间避障处理
机器人应用案例 机器人弧焊应用 机器人码垛 机器人视觉抓取
多用于弧焊、切割、 点焊、抓取应用
The solution of this problem is of fundamental importance in order to transform the motion specification assigned in the Cartesian space into the corresponding joint space motions.
• 运动学正逆解; • 路径规划 (PTP,CP); • 速度规划 (Joint / Task
Space );
• 坐标系转换 (ACS-KCSWCS-PCS-TCS)
• 运动学参数标定; • 工艺模块.
机器人可以被认为是一系列通过滑动副或者旋转副连接的刚体部件。
A manipulator can be schematically represented as a kinematic chain of rigid bodies (links) connected by prismatic or revolute joints.
0
0 s i 1 c i 1
0
ai 1
di
s
i
1
di c i 1
1
nx ox ax px
06T
01T ( 1) 21T ( 2) 23T ( 3) 34T ( 4) 45T ( 5) 56T ( 6)
01T
61T
Space );
• 坐标系转换 (ACS-KCSWCS-PCS-TCS)
• 运动学参数标定; • 工艺模块.
齐次矩阵 Homogeneous matrix
• 运动学正逆解; • Step 1. 建立坐标系
空间串联六关节型机械臂的运动学模型
Kinematic model of the Articulated arm
GRP-3000
eHMI
GRP-2000
Ethernet
Other MCs
gLink1 BUS
Local Axes
Servo Drive Motor
Ethernet Smart CCD
GRP-3000 eHMI
GRP2000
Ethernet
Other MCs
gLink1 BUS
Local Axes Servo Drive
常用机器人构型介绍和开放性机器人控制系统介绍 串联六自由度机器人构型 经典SCARA机器人构型 经典四自由度Delta机器人构型 直角坐标机器人构型 开放式机器人系统架构组成
机器人常用坐标系之间的转换关系及应用场合 机器人轴关节坐标系 世界坐标系 机器人工具坐标系 工件坐标系 机器人坐标系 不同应用条件下的机器人示教
Calibration;
• G Code execute.
CORE1
250 μs PT
trajecto ry
CORE2
Dynamic Feed –forward Controller
Z P2
P3 MOVJ
P1 V=0.5
MOVP P2 V=0.5
P1 BL=0.0
MOVL P3 V=0.3
X
Y BL=0.0
l 运动学正解
Direct Kinematics
l 运动学逆解
Inverse Kinematics
• 运动学正逆解; • 路径规划 (PTP,CP); • 速度规划 (Joint / Task
Space );
• 坐标系转换 (ACS-KCSWCS-PCS-TCS)
• 运动学参数标定; • 工艺模块.
• Direct/ Inverse
Kinematics;
• Path Planning(PTP,CP);
• Trajectory in Task/
4~6
Joint Space;
ms • Coordinate
Transform(ACS-KCS-WCS-
PCS-TCS)
• Kinematic Parameter
机器人运动学研究的就是关节运动变量和末端执行器之间的转换关系。
The robot kinematics studies the relation between the joints variables and the position of the end-effector.
• 运动学正逆解; • 路径规划 (PTP,CP); • 速度规划 (Joint / Task
• 但是运动学逆解问题因为以下几个原因，导致了它比运动学正解复杂得多。
• 运动学正逆解; • Step 1. 建立坐标系 • Step 2. 获取DH参数 • Step 3. 计算齐次矩阵
逆解所包含的问题
空间串联六关节型机械臂的运动学逆解
Direct Kinematics of the Articulated arm
• 运动学逆解问题：通过给定的末端执行器在笛卡尔空间的位置和姿态，求解关节角度。
机器人常用坐标系之间的转换关系及应用场合 机器人轴关节坐标系 世界坐标系 机器人工具坐标系 工件坐标系 机器人坐标系 不同应用条件下的机器人示教
工业机器人控制系统理论基础 运动学正逆解
机器人运动学轨迹误差与模型参数标定 机器人轨迹误差来源分析 机器人模型运动学参数标定过程 标定前后误差对比
Ethernet EHMI
Ext I/O
RS232 Ext Encoder for tracking
Power and Encoder
30m
s
GUI/Configuration/Kin Par..
Intel X86 CPU
1.66G
Dual Core DSP
12m s Teach File/MovJ(L.C)/IO/…
机器人动力学及机器人拖动示教 机器人动力学补偿介绍 机器人拖动示教功能应用 机器人动力学辨识介绍
机器人工作空间与多机器人协同空间避障 机器人工作空间介绍 多机器人协同工作时的重叠空间避障处理
机器人应用案例 机器人弧焊应用 机器人码垛 机器人视觉抓取
• 运动学正逆解; • 路径规划 (PTP,CP); • 速度规划 (Joint / Task
target position( unit: mm/degree)
Joint target position( unit: Puls)
常用机器人构型介绍和开放性机器人控制系统介绍 串联六自由度机器人构型 经典SCARA机器人构型 经典四自由度Delta机器人构型 直角坐标机器人构型 开放式机器人系统架源自文库组成
弧焊应用 Welding 点焊应用 Spot Welding 抓取与搬运应用 Pick & Place
Z Y
X
Y X
Y XZ
Z Y
X
如何建立外部坐标系
Y
P3
Z
X
P1
P2
常用机器人构型介绍和开放性机器人控制系统介绍 串联六自由度机器人构型 经典SCARA机器人构型 经典四自由度Delta机器人构型 直角坐标机器人构型 开放式机器人系统架构组成
DH
POE
Geometric Jacobian
“A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation” (1993) : 由R.M. Murray, Z.X. Li, S.S. Sastry撰写.
由 Bruno Siciliano Lorenzo Sciavicco Luigi Villani Giuseppe Oriolo 撰写
工业机器人控制系统理论基础 运动学正逆解
机器人运动学轨迹误差与模型参数标定 机器人轨迹误差来源分析 机器人模型运动学参数标定过程 标定前后误差对比
机器人动力学及机器人拖动示教 机器人动力学辨识介绍 机器人动力学补偿介绍 机器人拖动示教功能应用
机器人工作空间与多机器人协同空间避障 机器人工作空间介绍 多机器人协同工作时的重叠空间避障处理
Space );
• 坐标系转换 (ACS-KCSWCS-PCS-TCS)
• 运动学参数标定; • 工艺模块.
• 运动学正逆解; • 路径规划 (PTP,CP); • 速度规划 (Joint / Task
Space );
• 坐标系转换 (ACS-KCSWCS-PCS-TCS)
• 运动学参数标定; • 工艺模块.
The inverse kinematics problem consist of the determination of the joint variable corresponding to a given end-effector position and orientation.
• 求解此问题，就是为了解决将笛卡尔坐标空间下的运动特征，转换到关节空间运动的。
nx c1[c 23(c 4c 5c 6 s 4 s 6) s 23s 5c 6] s1( s 4c 5c 6 c 4 s 6) ny s1[c 23(c 4c 5c 6 s 4 s 6) s 23s 5c 6] c1( s 4c 5c 6 c 4 s 6) nz s23(c4c5c6 s4s6) c23s5c6 ox c1[c 23(c 4c 5s 6 s 4c 6) s 23s 5s 6] s1( s 4c 5c 6 c 4c 6) oy s1[c 23(c 4c 5s 6 s 4c 6) s 23s 5s 6] c1( s 4c 5c 6 c 4c 6) oz s23(c4c5s6 s4c6) c23s5s6 ax c1(c 23c 4 s 5 s 23c 5) s1s 4 s 5 ay s1(c 23c 4 s 5 s 23c 5) c1s 4 s 5 az s23c4s5 c23c5 px c1(a1 a 2c 2 a 3c 23 d 4 s 23) py s1(a1 a 2c 2 a 3c 23 d 4 s 23) pz a3s23 a 2s2 d 4c23
空间串联六关节型机械臂的运动学正解
Direct Kinematics of the Articulated arm
• 运动学正逆解; • Step 1. 建立坐标系 • Step 2. 获取DH参数
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s
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机器人常用坐标系之间的转换关系及应用场合 机器人轴关节坐标系 世界坐标系 机器人工具坐标系 工件坐标系 机器人坐标系 不同应用条件下的机器人示教
工业机器人控制系统理论基础 运动学正逆解
机器人运动学轨迹误差与模型参数标定 机器人轨迹误差来源分析 机器人模型运动学参数标定过程 标定前后误差对比
ny
nz
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ay az
py
pz
0 0 0 1
• 运动学正逆解; • Step 1. 建立坐标系 • Step 2. 获取DH参数 • Step 3. 计算齐次矩阵
获得运动学正解结果。
空间串联六关节型机械臂的运动学正解
Direct Kinematics of the Articulated arm
机器人应用案例 机器人弧焊应用 机器人码垛 机器人视觉抓取
负载系列： 6kg， 10kg， 12kg，20kg， 70kg，165kg， 300kg
机器人外部配套设备选 型方案
轻载机器人Harmonic 减速机选型
本体结构优化设计
电机选型方案
RV减速机选型方案
Ethernet Smart CCD
机器人动力学及机器人拖动示教 机器人动力学辨识介绍 机器人动力学补偿介绍 机器人拖动示教功能应用
机器人工作空间与多机器人协同空间避障 机器人工作空间介绍 多机器人协同工作时的重叠空间避障处理
机器人应用案例 机器人弧焊应用 机器人码垛 机器人视觉抓取
多用于弧焊、切割、 点焊、抓取应用
The solution of this problem is of fundamental importance in order to transform the motion specification assigned in the Cartesian space into the corresponding joint space motions.
• 运动学正逆解; • 路径规划 (PTP,CP); • 速度规划 (Joint / Task
Space );
• 坐标系转换 (ACS-KCSWCS-PCS-TCS)
• 运动学参数标定; • 工艺模块.
机器人可以被认为是一系列通过滑动副或者旋转副连接的刚体部件。
A manipulator can be schematically represented as a kinematic chain of rigid bodies (links) connected by prismatic or revolute joints.
0
0 s i 1 c i 1
0
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s
i
1
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06T
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01T
61T
Space );
• 坐标系转换 (ACS-KCSWCS-PCS-TCS)
• 运动学参数标定; • 工艺模块.
齐次矩阵 Homogeneous matrix
• 运动学正逆解; • Step 1. 建立坐标系
空间串联六关节型机械臂的运动学模型
Kinematic model of the Articulated arm
GRP-3000
eHMI
GRP-2000
Ethernet
Other MCs
gLink1 BUS
Local Axes
Servo Drive Motor
Ethernet Smart CCD
GRP-3000 eHMI
GRP2000
Ethernet
Other MCs
gLink1 BUS
Local Axes Servo Drive
常用机器人构型介绍和开放性机器人控制系统介绍 串联六自由度机器人构型 经典SCARA机器人构型 经典四自由度Delta机器人构型 直角坐标机器人构型 开放式机器人系统架构组成
机器人常用坐标系之间的转换关系及应用场合 机器人轴关节坐标系 世界坐标系 机器人工具坐标系 工件坐标系 机器人坐标系 不同应用条件下的机器人示教
Calibration;
• G Code execute.
CORE1
250 μs PT
trajecto ry
CORE2
Dynamic Feed –forward Controller
Z P2
P3 MOVJ
P1 V=0.5
MOVP P2 V=0.5
P1 BL=0.0
MOVL P3 V=0.3
X
Y BL=0.0
l 运动学正解
Direct Kinematics
l 运动学逆解
Inverse Kinematics
• 运动学正逆解; • 路径规划 (PTP,CP); • 速度规划 (Joint / Task
Space );
• 坐标系转换 (ACS-KCSWCS-PCS-TCS)
• 运动学参数标定; • 工艺模块.
• Direct/ Inverse
Kinematics;
• Path Planning(PTP,CP);
• Trajectory in Task/
4~6
Joint Space;
ms • Coordinate
Transform(ACS-KCS-WCS-
PCS-TCS)
• Kinematic Parameter
机器人运动学研究的就是关节运动变量和末端执行器之间的转换关系。
The robot kinematics studies the relation between the joints variables and the position of the end-effector.
• 运动学正逆解; • 路径规划 (PTP,CP); • 速度规划 (Joint / Task
• 但是运动学逆解问题因为以下几个原因，导致了它比运动学正解复杂得多。
• 运动学正逆解; • Step 1. 建立坐标系 • Step 2. 获取DH参数 • Step 3. 计算齐次矩阵
逆解所包含的问题
空间串联六关节型机械臂的运动学逆解
Direct Kinematics of the Articulated arm
• 运动学逆解问题：通过给定的末端执行器在笛卡尔空间的位置和姿态，求解关节角度。
机器人常用坐标系之间的转换关系及应用场合 机器人轴关节坐标系 世界坐标系 机器人工具坐标系 工件坐标系 机器人坐标系 不同应用条件下的机器人示教
工业机器人控制系统理论基础 运动学正逆解
机器人运动学轨迹误差与模型参数标定 机器人轨迹误差来源分析 机器人模型运动学参数标定过程 标定前后误差对比