工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程-樣條曲線運(yùn)動(dòng)編程原理-課件

樣條曲線運(yùn)動(dòng)編程原理樣條曲線運(yùn)動(dòng)編程原理1學(xué)習(xí)目標(biāo)和技能學(xué)習(xí)目標(biāo)使用聯(lián)機(jī)表單創(chuàng)建和編輯樣條組熟悉樣條運(yùn)動(dòng)掌握SPTP、SLIN、SCIRC和SPL運(yùn)動(dòng)編程學(xué)習(xí)技能創(chuàng)建帶樣條組的運(yùn)動(dòng)程序用聯(lián)機(jī)表單為樣條組編程學(xué)習(xí)目標(biāo)和技能學(xué)習(xí)目標(biāo)2樣條運(yùn)動(dòng)方式樣條是一種尤其適用于復(fù)雜曲線軌跡的運(yùn)動(dòng)方式。原則上這種運(yùn)動(dòng)也可以通過逼近的SLIN運(yùn)動(dòng)和SCIRC運(yùn)動(dòng)生成，但用樣條更有優(yōu)勢(shì)。種類最齊全的樣條運(yùn)動(dòng)是樣條組，它可以將多個(gè)運(yùn)動(dòng)合并成一個(gè)總運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人控制系統(tǒng)把一個(gè)樣條組作為一個(gè)運(yùn)動(dòng)語句進(jìn)行設(shè)計(jì)和執(zhí)行。樣條組運(yùn)動(dòng)示例如圖所示。樣條組運(yùn)動(dòng)示例樣條運(yùn)動(dòng)方式樣條是一種尤其適用于復(fù)雜曲線軌跡的運(yùn)動(dòng)方式。原則3可以把位于樣條組中的運(yùn)動(dòng)稱為樣條段。樣條組分為兩種類型：CP樣條組：帶CP運(yùn)動(dòng)的樣條組（可包含SPL、SLIN、SCIRC樣條段）PTP樣條組：僅在軸空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的樣條（僅包含SPTP樣條段）用樣條組編程具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1）軌跡通過位于軌跡上的點(diǎn)來定義，可以很簡(jiǎn)單的生成所需軌跡。2）與常規(guī)運(yùn)動(dòng)方式相比，更易于保持設(shè)定的速度，只有在少數(shù)情況下才

會(huì)出現(xiàn)減速的情況。3）軌跡曲線始終保持不變，不受倍率、速度或加速度的影響。4）可以精確的沿圓周和小圓弧運(yùn)動(dòng)?？梢园盐挥跇訔l組中的運(yùn)動(dòng)稱為樣條段。樣條組分為兩種類型：4常規(guī)運(yùn)動(dòng)SLIN與SCIRC和樣條組編程相比，缺點(diǎn)有哪些？1）軌跡通過不在軌跡上的軌跡逼近點(diǎn)定義。軌跡逼近區(qū)域很難預(yù)測(cè)，生成所需的軌跡很繁瑣。2）在很多情況下，會(huì)造成很難預(yù)計(jì)的速度減小，例如在軌跡逼近區(qū)域和臨近點(diǎn)很近時(shí)。3）如果出于時(shí)間原因，無法進(jìn)行軌跡逼近，則軌跡曲線會(huì)發(fā)生變化。4）軌跡曲線受倍率、速度和加速度的影響而改變。常規(guī)運(yùn)動(dòng)與樣條組編程區(qū)別常規(guī)運(yùn)動(dòng)SLIN與SCIRC和樣條組編程相比，缺點(diǎn)有哪些？15樣條運(yùn)動(dòng)的速度曲線：機(jī)器人控制系統(tǒng)在規(guī)劃時(shí)就已經(jīng)考慮到機(jī)器人的物理極限。機(jī)器人在編程設(shè)定的速度范圍內(nèi)盡可能快速移動(dòng)，即在其物理極限的范圍內(nèi)快速移動(dòng)。與常規(guī)運(yùn)動(dòng)SLIN、SCIRC相比，這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@兩種常規(guī)運(yùn)動(dòng)在運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)在規(guī)劃時(shí)考慮物理極限。物理極限在運(yùn)動(dòng)期間才會(huì)起作用并在必要時(shí)觸發(fā)停止。

用樣條組編程的運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中必須以低于編程設(shè)定速度運(yùn)行，即減速運(yùn)行的情況有以下幾點(diǎn)：1）突出的角2）姿態(tài)改變過大3）附加軸進(jìn)行較大運(yùn)動(dòng)4）在奇點(diǎn)附近樣條運(yùn)動(dòng)的速度曲線：6編程過程中，選擇姿態(tài)導(dǎo)引“無取向”，可在樣條段中避免因姿態(tài)改變過大而引起的減速。速度減至0的情況有如下幾種：1）連續(xù)的點(diǎn)具有相同坐標(biāo)2）連續(xù)的SLIN段（如下左圖）或SCIRC段。導(dǎo)致原因：速度方向的間斷變化。3）圓不同于直線，它是曲線，當(dāng)直線與圓相切時(shí)，SLIN與SCIRC的過渡段速度也降為0，如下右圖。SLIN段與SCIRC段相切，速度減為0連續(xù)的SLIN段，速度減為0編程過程中，選擇姿態(tài)導(dǎo)引“無取向”，可在樣條段中避免因姿態(tài)改7然而，也有例外的情況：1）如果SLIN段是連續(xù)的，并且構(gòu)成一條直線且姿態(tài)均勻變化，則速度不會(huì)降低，如下圖所示。2）如果兩個(gè)圓的圓心和半徑一樣，并且姿態(tài)均勻變化，則SCIRC和SCIRC過渡段的速度也不降低。（很難進(jìn)行示教，需要對(duì)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算和編程）另外，為笛卡爾弧長(zhǎng)分配姿態(tài)變化、附加軸變化時(shí)，示教不均勻，通常也會(huì)造成意料之外的速度急降。所以，應(yīng)盡可能均勻分配姿態(tài)和附加軸。構(gòu)成一條直線的SLIN段，速度不會(huì)降低然而，也有例外的情況：構(gòu)成一條直線的SLIN段，速度不會(huì)降低8更改樣條組樣條組的更改，可以通過兩種方式來進(jìn)行：①更改點(diǎn)的位置：如果移動(dòng)了一個(gè)樣條組中的一個(gè)點(diǎn)，則軌跡最多會(huì)在此點(diǎn)前的兩個(gè)段中和此點(diǎn)后的兩個(gè)段中發(fā)生變化。例如：P3點(diǎn)被移動(dòng)，由此改變P1-P2、P2-P3、P3-P4段的軌跡，而P4-P5段不發(fā)生改變，因?yàn)樗鼘儆赟CIRC段并由此確定圓周軌跡。更改P3點(diǎn)后，軌跡變化更改樣條組更改P3點(diǎn)后，軌跡變化9小幅度的點(diǎn)平移通常不會(huì)引起軌跡變化，但如果是相鄰的兩個(gè)段，一段非常長(zhǎng)而另一端非常短，則小小的變化就會(huì)產(chǎn)生非常大的影響。例如：P3點(diǎn)被移動(dòng)，由于P2-P3段和P3-P4段很短，而P1-P2段和P4-P5段很長(zhǎng)，所以小的移動(dòng)也會(huì)使軌跡發(fā)生很大變化，如圖所示。這種問題的糾正方法如下：1）均勻分配點(diǎn)的間距。2）將直線（除了很短的直線）作為SLIN段編程。移動(dòng)P3點(diǎn)后的軌跡變化小幅度的點(diǎn)平移通常不會(huì)引起軌跡變化，但如果是相鄰的兩個(gè)段，一10②更改段類型：如果將一個(gè)SPL段變成一個(gè)SLIN段或者是反過來，則前一個(gè)段和后一段的軌跡均會(huì)發(fā)生變化。例如：原有軌跡P2-P3段類型由SPL變?yōu)镾LIN，則P1-P2、P2-P3、P3-P4段的軌跡發(fā)生變化。更改段類型后軌跡變化②更改段類型：更改段類型后軌跡變化11樣條運(yùn)動(dòng)的語句選擇可以在樣條組的段上選擇語句。1）CP樣條組：SAK運(yùn)行將作為常規(guī)LIN運(yùn)動(dòng)被執(zhí)行。這通過一則必須應(yīng)答的信息加以提示。2）PTP樣條組：SAK運(yùn)行將作為常規(guī)PTP運(yùn)動(dòng)被執(zhí)行。這不會(huì)通過信息加以提示。機(jī)器人執(zhí)行樣條運(yùn)動(dòng)過程中，在選擇語句之后，軌跡通常與正常程序運(yùn)行中的樣條完全一樣延伸。如果在選擇語句前尚未運(yùn)行樣條，并且在這種情況下語句選擇于樣條組始端，則可能會(huì)出現(xiàn)例外，例如：樣條運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)是樣條組前的最后一個(gè)點(diǎn)，即起始點(diǎn)位于樣條組之外，則機(jī)器人控制系統(tǒng)在正常運(yùn)行樣條時(shí)保存該起始點(diǎn)。如果以后要選擇語句，則可由此已知該起始點(diǎn)。但如果從未運(yùn)行過樣條組，則起始點(diǎn)未知。樣條運(yùn)動(dòng)的語句選擇可以在樣條組的段上選擇語句。12如果在SAK運(yùn)行后按下啟動(dòng)鍵，則會(huì)顯示一則必須應(yīng)答的信息，此信息提示軌跡已改變。如圖所示，在P1點(diǎn)選擇語句時(shí)軌跡改變。在針對(duì)一個(gè)編程設(shè)置的圓心角的SCIRC段語句選擇時(shí)，機(jī)器人將移動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)（包括圓心角），前提條件是機(jī)器人控制系統(tǒng)可以識(shí)別起始點(diǎn)。如果機(jī)器人控制系統(tǒng)無法識(shí)別起始點(diǎn)，則移向編程設(shè)定的目標(biāo)點(diǎn)，在這種情況下，機(jī)器人系統(tǒng)會(huì)顯示一則信息，提示未考慮圓心角。在SCIRC單個(gè)運(yùn)動(dòng)上選擇語句時(shí)，從不考慮圓心角。P1點(diǎn)選擇語句時(shí)，軌跡改變?nèi)绻赟AK運(yùn)行后按下啟動(dòng)鍵，則會(huì)顯示一則必須應(yīng)答的信息，此13樣條運(yùn)動(dòng)的軌跡逼近所有樣條組和所有樣條單個(gè)運(yùn)動(dòng)均可相互軌跡逼近。無論是CP或是PTP樣條組，還是單個(gè)運(yùn)動(dòng)，都無關(guān)緊要。從運(yùn)動(dòng)類型的角度來看，軌跡逼近弧線始終相當(dāng)于第二個(gè)運(yùn)動(dòng)。例如在SPTP-SLIN軌跡逼近時(shí)，軌跡逼近弧線是CP型。樣條運(yùn)動(dòng)無法用常規(guī)運(yùn)動(dòng)（LIN、CIRC、PTP）進(jìn)行軌跡逼近。機(jī)器人在執(zhí)行樣條運(yùn)動(dòng)過程中，如果因?yàn)闀r(shí)間原因或因預(yù)進(jìn)停止而無法軌跡逼近時(shí)，則機(jī)器人在軌跡逼近弧線的起始處等待。具體執(zhí)行運(yùn)動(dòng)過程如下：1）如果因?yàn)闀r(shí)間原因：只要可以執(zhí)行下一個(gè)語句，則機(jī)器人繼續(xù)移動(dòng)。2）如果因?yàn)轭A(yù)進(jìn)停止：軌跡逼近弧線的起始處即是當(dāng)前語句的終點(diǎn)，即預(yù)進(jìn)停止被取消，機(jī)器人控制系統(tǒng)可以執(zhí)行下一個(gè)語句，機(jī)器人繼續(xù)移動(dòng)。樣條運(yùn)動(dòng)的軌跡逼近所有樣條組和所有樣條單個(gè)運(yùn)動(dòng)均可相互軌跡逼14在這兩種情況下，機(jī)器人沿軌跡逼近弧線移動(dòng)。確切地說可以進(jìn)行軌跡逼近，只是時(shí)間上會(huì)有推遲。這一特性與LIN運(yùn)動(dòng)、CIRC運(yùn)動(dòng)或PTP運(yùn)動(dòng)相反，如果常規(guī)運(yùn)動(dòng)因?yàn)樯鲜鲈虿荒苘壽E逼近，則會(huì)精確移至目標(biāo)點(diǎn)。在MSTEP和ISTEP程序運(yùn)行方式中沒有軌跡逼近，原因如下：1）在MSTEP和ISTEP程序運(yùn)行方式下，即使在軌跡逼近時(shí)也會(huì)精確移至目標(biāo)點(diǎn)。2）在從樣條組軌跡逼近至樣條組時(shí)，精確暫停的結(jié)果是第一個(gè)樣條組的最后一個(gè)段的軌跡和第二個(gè)樣條組的第一段的軌跡與GO程序運(yùn)行方式下不同。3）這兩個(gè)樣條組中的所有其他段的軌跡與MSTE、ISTEP和GO模式下的軌跡相同。在這兩種情況下，機(jī)器人沿軌跡逼近弧線移動(dòng)。確切地說可以進(jìn)行軌15以樣條組替代軌跡逼近的CP運(yùn)動(dòng)若以樣條組替代傳統(tǒng)軌跡逼近的CP運(yùn)動(dòng)，則必須對(duì)程序進(jìn)行下列更改：1、用SLIN-SPL-SLIN替代LIN-LIN2、用SLIN-SPL-SCIRC替代LIN-CIRC

在用SLIN-SPL-SCIRC替代LIN-CIRC時(shí)，建議使SPL有一段進(jìn)入原來的圓周內(nèi)，這樣SCIRC開始就晚于原來的CIRC。

機(jī)器人在對(duì)常規(guī)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行軌跡逼近時(shí)，要對(duì)角點(diǎn)進(jìn)行編程，而在樣條組中，則對(duì)軌跡逼近的起點(diǎn)和終點(diǎn)處的點(diǎn)進(jìn)行編程。以樣條組替代軌跡逼近的CP運(yùn)動(dòng)16例如機(jī)器人在對(duì)圖所示的樣條進(jìn)行編程時(shí)，要對(duì)P1A和P1B點(diǎn)進(jìn)行確定，確定方法有如下幾條：1）駛過軌跡逼近的軌跡，通過觸發(fā)器儲(chǔ)存所希望的位置。2）在程序中用KRL計(jì)算這兩個(gè)點(diǎn)。3）可從軌跡逼近標(biāo)準(zhǔn)中得出軌跡逼近起點(diǎn)，軌跡逼近終點(diǎn)取決于編程設(shè)定的速度。P1A-軌跡逼近起點(diǎn)P1B-軌跡逼近終點(diǎn)例如機(jī)器人在對(duì)圖所示的樣條進(jìn)行編程時(shí)，要對(duì)P1A和P1B點(diǎn)進(jìn)17機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)執(zhí)行過程中，即便P1A與P1B正好在軌跡逼近的起點(diǎn)和終點(diǎn)處，SPL軌跡也不會(huì)精確的與軌跡逼近弧線吻合。為了能得到精確的軌跡逼近弧線，必須在樣條上插入附加點(diǎn)，通常插入一個(gè)點(diǎn)就足夠，如圖所示，左圖為未插入附加點(diǎn)的軌跡，右圖為插入附加點(diǎn)的軌跡，已完全吻合。機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)執(zhí)行過程中，即便P1A與P1B正好在軌跡逼近的起18對(duì)于段序列SLIN-SPL-SLIN，通常要求SPL段在兩條直線的較小交角之內(nèi)運(yùn)行。根據(jù)SPL段的起點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)，該軌道也可能在此范圍之外運(yùn)行，如下圖所示。只有當(dāng)滿足以下條件時(shí)，軌跡才在該范圍內(nèi)運(yùn)行。1）兩個(gè)SLIN段在其延長(zhǎng)線上相交。2）2/3≦a/b≦3/2a-從SPL段的起點(diǎn)至SLIN段的交點(diǎn)的距離b-從SLIN段的交點(diǎn)至SPL段的目標(biāo)點(diǎn)的距離對(duì)于段序列SLIN-SPL-SLIN，通常要求SPL段在兩條19CP樣條姿態(tài)引導(dǎo)機(jī)器人TCP在起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)處的方向可能不同。在CP樣條編程時(shí)必須選擇如何處理不同的姿態(tài)。姿態(tài)引導(dǎo)在選擇窗口“移動(dòng)參數(shù)”中選擇，共有四種方式：1、恒定的方向

TCP的姿態(tài)在運(yùn)動(dòng)過程中保持不變。2、標(biāo)準(zhǔn)

TCP的姿態(tài)在運(yùn)動(dòng)過程中不斷變化。TCP在目標(biāo)點(diǎn)上具有編程設(shè)置的姿態(tài)。3、手動(dòng)PTP

TCP的姿態(tài)在運(yùn)動(dòng)過程中不斷變化。這是由手軸角度的線性轉(zhuǎn)換造成的。4、無取向

此選項(xiàng)僅用于CP樣條段。用于無需對(duì)一個(gè)點(diǎn)確定。若選擇了此選項(xiàng)，則機(jī)器人控制系統(tǒng)忽略對(duì)示教或編程過的點(diǎn)的姿態(tài)。機(jī)器人控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)周圍點(diǎn)的姿態(tài)計(jì)算出此點(diǎn)的最佳姿態(tài)，可以縮短節(jié)拍時(shí)間。CP樣條姿態(tài)引導(dǎo)機(jī)器人TCP在起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)處的方向可能不同20無取向姿態(tài)引導(dǎo)具有以下幾個(gè)屬性：1）在“步進(jìn)運(yùn)行”和“單個(gè)運(yùn)行”程序方式下，機(jī)器人停止時(shí)的姿態(tài)為機(jī)器人控制系統(tǒng)計(jì)算出的姿態(tài)。2）如果在“無取向”的點(diǎn)上進(jìn)行語句選擇，機(jī)器人則采用機(jī)器人控制系統(tǒng)計(jì)算

出的姿態(tài)。SLIN運(yùn)動(dòng)方式下的姿態(tài)導(dǎo)引方式見下表。SLIN運(yùn)動(dòng)姿態(tài)引導(dǎo)無取向姿態(tài)引導(dǎo)具有以下幾個(gè)屬性：SLIN運(yùn)動(dòng)姿態(tài)引導(dǎo)21對(duì)于SCIRC運(yùn)動(dòng)來說，姿態(tài)導(dǎo)引的選擇與SLIN相同。此外，還可以為SCIRC運(yùn)動(dòng)確定姿態(tài)引導(dǎo)是以空間（基準(zhǔn)）為參照還是以軌道為參照。SCIRC運(yùn)動(dòng)姿態(tài)引導(dǎo)參照方式對(duì)于SCIRC運(yùn)動(dòng)來說，姿態(tài)導(dǎo)引的選擇與SLIN相同。此外，22SCIRC運(yùn)動(dòng)方式下的姿態(tài)導(dǎo)引見下表所示SCIRC運(yùn)動(dòng)方式下的姿態(tài)導(dǎo)引見下表所示23對(duì)樣條組進(jìn)行編程通過樣條組可以將多個(gè)運(yùn)動(dòng)合并成一個(gè)總運(yùn)動(dòng)，一個(gè)樣條組允許包含以下指令：①提供樣條功能的應(yīng)用程序包中的聯(lián)機(jī)指令②注釋和空行注：不允許包含其它指令如變量賦值或邏輯指令。對(duì)樣條組進(jìn)行編程通過樣條組可以將多個(gè)運(yùn)動(dòng)合并成一個(gè)總運(yùn)動(dòng)，一24用聯(lián)機(jī)表單為CP樣條組編程CP樣條組聯(lián)機(jī)表單如下圖所示，參數(shù)含義見下表。用聯(lián)機(jī)表單為CP樣條組編程25CP樣條組選項(xiàng)窗口坐標(biāo)系如下圖所示，參數(shù)含義見下表。CP樣條組選項(xiàng)窗口坐標(biāo)系如下圖所示，參數(shù)含義見下表。26CP樣條組移動(dòng)參數(shù)選項(xiàng)窗口如下圖所示，參數(shù)含義見下表。移動(dòng)參數(shù)選項(xiàng)窗口參數(shù)含義CP樣條組移動(dòng)參數(shù)選項(xiàng)窗口如下圖所示，參數(shù)含義見下表。移動(dòng)參27CP樣條組段中的編程CP樣條段聯(lián)機(jī)表單如下圖所示。CP樣條組段中的編程CP樣條段聯(lián)機(jī)表單如下圖所示。28CP樣條段聯(lián)機(jī)表單參數(shù)含義如下表所示。CP樣條段聯(lián)機(jī)表單參數(shù)含義如下表所示。29用聯(lián)機(jī)表單為PTP樣條組編程PTP樣條組聯(lián)機(jī)表單如下圖所示，參數(shù)含義見下表。用聯(lián)機(jī)表單為PTP樣條組編程30PTP樣條組選項(xiàng)窗口同CP樣條組，如圖2所示，參數(shù)含義見表2。PTP樣條組選項(xiàng)窗口同CP樣條組，如圖2所示，參數(shù)含義見表231PTP樣條組選項(xiàng)窗口移動(dòng)參數(shù)如下圖所示，參數(shù)含義見下表。PTP樣條組選項(xiàng)窗口移動(dòng)參數(shù)如下圖所示，參數(shù)含義見下表。32SPTP