任務6.2離線編程創(chuàng)建運動軌跡講解

16.2工業(yè)機器人離線編程基礎知識6.2.1工業(yè)機器人離線編程系統(tǒng)的組成機器人離線編程系統(tǒng)不僅要在計算機上建立起機器人系統(tǒng)的物理模型，而且要對其進行編程和動畫仿真，以及對編程結(jié)果后置處理。一般來說，一個完善的機器人離線編程系統(tǒng)有多個部分做成，其中主要的組成部分有：用戶接口、機器人系統(tǒng)CAD建模、狀態(tài)檢測模塊、自動編程、圖形仿真以及后置處理等。23如圖6-2所示，下面介紹一些主要模塊：圖6-2工業(yè)機器人離線編程系統(tǒng)的組成1．用戶接口

機器人離線編程系統(tǒng)的一個關鍵問題是要有良好的機器人編程環(huán)境，便于人機交互，從而幫助用戶方便的進行系統(tǒng)的構建和編程操作。因此用戶接口是很重要的。工業(yè)機器人一般提供兩個用戶接口，一個用于示教編程，另一個用于語言編程。示教編程可以用示教器直接編制機器人程序；語言編程則是用機器人語言編制程序，使機器人完成給定的任務。目前這兩種方式已廣泛用于工業(yè)機器人。

為便于操作，用戶接口一般設計成交互式，用戶可以用鼠標標明物體在屏幕上的方位，并能交互修改環(huán)境模型。42．機器人系統(tǒng)CAD建模

機器人離線編程系統(tǒng)的核心技術是機器人及其工作單元的圖形描述。CAD建模需要完成以下任務：（1）機器人、夾具、工具的三維幾何模型（2）零件建模；（3）設備建模；（4）系統(tǒng)設計和布置；（5）幾何模型圖形處理。5

因為利用現(xiàn)有的CAD數(shù)據(jù)及機器人理論結(jié)構參數(shù)所構建的機器人模型與實際模型之間存在著誤差，所以必須對機器人進行標定，對其誤差進行測量、分析及不斷校正所建模型。

隨著機器人應用領域的不斷擴大，機器人作業(yè)環(huán)境的不確定性對機器人作業(yè)任務有著十分重要的影響，固定不變的環(huán)境模型是不夠的，極可能導致機器人作業(yè)的失敗。

因此，如何對環(huán)境的不確定性進行抽取，并以此動態(tài)修改環(huán)境模型，是機器人離線編程系統(tǒng)實用化的一個重要問題。63.圖形仿真離線編程系統(tǒng)的一個重要作用是離線調(diào)試程序，而離線調(diào)試最直觀有效的方法是在不接觸實際機器人及其工作環(huán)境的情況下，利用圖形仿真技術模擬機器人的作業(yè)過程，提供一個與機器人進行交互作用的虛擬環(huán)境。

計算機圖形仿真是機器人離線編程系統(tǒng)的重要組成部分，它將機器人仿真的結(jié)果以圖形的形式顯示出來，直觀地顯示出機器人的運動狀況，從而可以得到從數(shù)據(jù)曲線或數(shù)據(jù)本身難以分析出來的許多重要信息，離線編程的效果正是通過這個模塊來驗證的。78隨著計算機技術的發(fā)展，在PC的Windows平臺上可以方便地進行三維圖形處理，并以此為基礎完成CAD、機器人任務規(guī)劃和動態(tài)模擬圖形仿真。

一般情況下，用戶在離線編程模塊中為作業(yè)單元編制任務程序，經(jīng)編譯連接后生成仿真文件。在仿真模塊中，系統(tǒng)解釋控制執(zhí)行仿真文件的代碼，對任務規(guī)劃和路徑規(guī)劃的結(jié)果進行三維圖形動畫仿真，模擬整個作業(yè)的完成情況。檢查發(fā)生碰撞的可能性及機器人的運動軌跡是否合理，并計算機器人的每個工步的操作時間和整個工作過程的循環(huán)時間，為離線編程結(jié)果的可行性提供參考。4.編程編程模塊一般包括：機器人及設備的作業(yè)任務描述(包括路徑點的設定)、建立變換方程、求解未知矩陣及編制任務程序等。在進行圖形仿真以后，根據(jù)動態(tài)仿真的結(jié)果，對程序做適當?shù)男拚?，以達到滿意效果，最后在線控制機器人運動以完成作業(yè)。

在機器人技術發(fā)展初期，較多采用特定的機器人語言進行編程。一般的機器人語言采用了計算機高級程序語言中的程序控制結(jié)構，并根據(jù)機器人編程的特點，通過設計專用的機器人控制語句及外部信號交互語句來控制機器人的運動，從而增強了機器人作業(yè)描述的靈活性。910面向任務的機器人編程是高度智能化的機器人編程技術的理想目標——使用最合適于用戶的類自然語言形式描述機器人作業(yè)。通過機器人裝備的智能設施實時獲取環(huán)境的信息，并進行任務規(guī)劃和運動規(guī)劃，最后實現(xiàn)機器人作業(yè)的自動控制。

面向?qū)ο髾C器人離線編程系統(tǒng)所定義的機器人編程語言把機器人幾何特性和運動特性封裝在一塊，并為之提供了通用的接口?；谶@種接口，可方便地與各種對象，包括傳感器對象打交道。由于語言能對幾何信息直接進行操作且具有空問推理功能，因此它能方便地實現(xiàn)自動規(guī)劃和編程。此外，還可以迸一步實現(xiàn)對象化任務級編程語言，這是機器人離線編程技術的又一大提高。5.狀態(tài)檢測模塊近年來，隨著機器人技術的發(fā)展，傳感器在機器人作業(yè)中起著越來越重要的作用，對傳感器的仿真已成為機器人離線編程系統(tǒng)中必不可少的一部分，并且也是離線編程能夠?qū)嵱没年P鍵。利用傳感器的信息能夠減少仿真模型與實際模型之間的誤差，增加系統(tǒng)操作和程序的可靠性，提高編程效率。11對于有傳感器驅(qū)動的機器人系統(tǒng)，由于傳感器產(chǎn)生的信號會受到多方面因素的干擾(如光線條件、物理反射率、物體幾何形狀以及運動過程的不平衡性等)，使得基于傳感器的運動不可預測。傳感器技術的應用使機器人系統(tǒng)的智能性大大提高，機器人作業(yè)任務已離不開傳感器的引導。因此，離線編程系統(tǒng)應能對傳感器進行建模，生成傳感器的控制策略，對基于傳感器的作業(yè)任務進行仿真。126.后置處理后置處理的主要任務是把離線編程的源程序編譯為機器人控制系統(tǒng)能夠識別的目標程序。即當作業(yè)程序的仿真結(jié)果完全達到作業(yè)的要求后，將該作業(yè)程序轉(zhuǎn)換成目標機器人的控制程序和數(shù)據(jù)，并通過通信接口下裝到目標機器人控制器，驅(qū)動機器人去完成指定的任務。由于機器人控制器的多樣性，要設計通用的通信模塊比較困難。13因此，一般采用后置處理將離線編程的最終結(jié)果翻譯成目標機器人控制器可以接受的代碼形式，然后實現(xiàn)加工文件的上傳及下載。機器人離線編程中，仿真所需數(shù)據(jù)與機器人控制柜中的數(shù)據(jù)是有些不同的。

所以離線編程系統(tǒng)中生成的數(shù)據(jù)有兩套：一套供仿真用；一套供控制柜使用，這些都是由后置處理進行操作的。146.2.2離線編程創(chuàng)建運動軌跡

如果知道機器人、工具、工件的三維幾何模型，可采用離線編程的方法創(chuàng)建運動軌跡。下面介紹利用ABB工業(yè)機器人軟件RobotStudio采用離線編程的方法完成本項目所要求的運動軌跡。151.創(chuàng)建工件坐標

創(chuàng)建工件坐標也可采用從項目四擴展部分建立的工件坐標同步到工作站，其方法是在“基本”功能選項卡，單擊“同步”下拉菜單中的“同步到工作站”的方式。此處不再詳述。此處在工件模型已知的情況下，采用一種快捷方式建立工件坐標，具體如下：1617圖6-3創(chuàng)建工件坐標（1）在“基本”功能選項卡，單擊“其它”下拉菜單中的“創(chuàng)建工件坐標”，如圖6-3所示。18（2）在彈出的對話框，“數(shù)據(jù)”攔下的“名稱”內(nèi)容改為“Wobj”。在“用戶坐標框架”攔，點擊“取點創(chuàng)建坐標”，選中下拉菜單中的“三點”。如圖6-4所示。圖6-4創(chuàng)建工件坐標（3）單擊“選擇表面”和“捕捉末端”，并點擊“三點”對話框中的第一個框，如圖6-5所示。19圖6-5創(chuàng)建工件坐標（4）捕捉如圖6-6所示的第一個點，作為X軸上的第一個點。20圖6-6創(chuàng)建工件坐標（5）捕捉如圖6-7所示的點，作為X軸上的第二個點。21圖6-7創(chuàng)建工件坐標（6）捕捉如圖6-8所示的點，作為Y軸上的第一個點，并點擊“Accept”。22圖6-8創(chuàng)建工件坐標（7）單擊“創(chuàng)建”，即建立如圖6-9所示的工件坐標。23圖6-9創(chuàng)建工件坐標2.創(chuàng)建運動軌跡（1）在“建?！惫δ苓x項卡，單擊“表面邊界”，選中“選擇表面”，并在捕捉快捷方式中選擇“選擇表面”，如圖6-10所示。24圖6-10創(chuàng)建運動軌跡（2）單擊所要運行軌跡的表面，在“表面周圍創(chuàng)建邊界”對話框內(nèi)顯示所選的表面，如圖6-11所示，單擊“創(chuàng)建”。25圖6-11創(chuàng)建運動軌跡（3）“部件1”即為生成的曲線，如圖6-12所示。26圖6-12創(chuàng)建運動軌跡（4）在“基本”功能選項卡，設定工件坐標為“Wobj1”（前面創(chuàng)建的工件坐標），工具坐標為“Mytool”。并對運動指令及參數(shù)進行設定，如圖6-13所示。27圖6-13創(chuàng)運動軌跡（5）在“基本”功能選項卡，單擊“路徑”下拉菜單中的“自動路徑”，彈出如圖6-14所示的自動路徑對話框，并選擇捕捉工具“選擇曲線”。28圖6-14創(chuàng)建運動軌跡（6）捕捉選中軌跡的第一條路徑，在自動路徑對話框顯示選中的路徑，如圖6-15所示。29圖6-15創(chuàng)建運動軌跡（7）同樣的方法捕捉選中其余軌跡路徑，在“自動路徑”對話框顯示所有的路徑，如圖6-16所示。30圖6-16創(chuàng)建運動軌跡（8）在捕捉快捷方式中選擇“選擇表面”，并在“自動路徑”對話框中的“參照面”內(nèi)單擊，然后單擊軌跡的表面，如圖6-17所示。31圖6-17創(chuàng)建運動軌跡（9）生成的目標點Z軸方向與選定表面處于垂直狀態(tài)，如圖6-18所示。32圖6-18創(chuàng)建運動軌跡（10）單擊“近似值參數(shù)”中的“圓弧運動”。設定近似值參數(shù)，然后單擊“創(chuàng)建”，如圖6-19所示。33圖6-19創(chuàng)建運動軌跡對比以上圖6-18和圖6-19，可看到：選擇圓弧運動時，其目標點比較少。這是因為選擇圓弧運動，其軌跡會在圓弧特征處生成圓弧指令，在線性特征處生成線性指令，不規(guī)則形狀時分段線性。而選擇線性時，軌跡會為每個目標生成線性指令，圓弧也作為分段線性。34（11）單擊關閉，可看到生成的路徑“Path_10”，如圖6-20所示。35圖6-20創(chuàng)建運動軌跡

3.目標點調(diào)整

生成的路徑“Path_10”機器人還不能直接按照此軌跡運行，會存在機器人不能到達的目標點，因此需要對一些目標點進行調(diào)整，其方法如下：36（1）在“基本”功能選項卡，單擊“路徑和目標點”選項卡，依次展開system12（此處不同的計算機system可能不一致）、T_ROB1、工件坐標&目標點、Wobj1、Wobj1_of，可看到生成的目標點，如圖6-21所示。37圖6-21目標點調(diào)整（2）選中目標點“Target_10”，鼠標右鍵單擊該目標點，彈出菜單中選擇“查看目標處工具”，選擇本工作站使用的工具“Mytool”，這樣可以看到在此目標點處顯示出工具的姿態(tài)，如圖6-22所示。38圖6-22目標點調(diào)整（3）在圖6-22可看出該目標點，以此姿態(tài)難以達到，需要改變其姿態(tài)，使機器人能夠到達該目標點?？蛇x中目標點“Target_10”，鼠標右鍵單擊該目標點，彈出菜單中選擇“修改目標”、選擇“旋轉(zhuǎn)”，如圖6-23所示。39圖6-23目標點調(diào)整（4）在彈出的對話框內(nèi)，“參考”選擇“本地”，“旋轉(zhuǎn)”選擇繞Z軸旋轉(zhuǎn)，度數(shù)輸入-90，單擊應用，可看到該目標點工具的姿態(tài)發(fā)生了改變，如圖6-24。40圖6-24目標點調(diào)整（5）用同樣方法可修改其余的目標點，選中所有目標點（Shift+鼠標左鍵）后可看到在所有目標點處工具的姿態(tài)，如圖6-25所示。41圖6-25目標點調(diào)整4.軸參數(shù)配置（1）選中目標點“Target_10”，鼠標右鍵單擊該目標點，彈出菜單中選擇“參數(shù)配置”，如圖6-26所示。42圖6-26軸參數(shù)配置（2）彈出對話框中選擇“Cfg1(…”，單擊“應用”，如圖6-27所示。43圖6-27軸參數(shù)配置（3）用同樣方法為其余的目標點參數(shù)配置，配置完成后，點擊配置參數(shù)“關閉”，點擊“路徑”，選中“Path10”，鼠標右鍵單擊“配置參數(shù)”、“自動配置”。如圖6-28所示?？煽吹綑C器人運動，若在目標點機器人位置姿態(tài)都能順利達到，則機器人沿著路徑軌跡自動運行一周。若有目標點不能達到，需重新調(diào)整工具姿態(tài)，參數(shù)配置，再次進行自動配置。4445圖6-28軸參數(shù)配置5.完善程序

為進一步接近工業(yè)生產(chǎn)情況，需定義接近加工位置的pA點，以及加工完成后的離開位置pB點，另外機器人在未走軌跡加工之前應處于一個安全位置，此處定義為pHome點。46（1）接近加工位置的pA點定義為相對于起始目標點“Target_10”沿著其點所在坐標的Z軸偏移一定距離。方法為選中“Target_10”點，右鍵單擊，選擇“復制”，如圖6-29所示。47圖6-29完善程序（2）選中“Wobj1”，右鍵單擊，選擇“粘貼”，如圖6-30所示。48圖6-30完善程序（3）單擊選中“Target_10_2”點，把名字修改為“pA”，選中“pA”，右鍵單擊，選中“修改目標”、“偏移位置”，如圖6-31所示。49圖6-31完善程序（4）在彈出對話框中選擇“參考”為“本地”，“轉(zhuǎn)換”的第三個框，即Z值設定為-150，單擊“應用”，如圖6-32所示。50圖6-32完善程序（5）對“pA”點進行參數(shù)配置，然后右鍵單擊“pA”點，選擇“添加到路徑”、“Path10”、“第一行”，如圖6-33所示。51圖6-33完善程序（6）添加到路徑后，結(jié)果如圖6-34所示。52圖6-33完善程序（7）同樣的方法完成加工完成后的離開位置pB點。選中“Target_100”點，右鍵單擊，選擇“復制”。修改名字，偏移位置、參數(shù)配置、添加路徑到“Path10”中的“最后”。完成結(jié)果如圖6-35所示。53圖6-35完善程序（8）定義pHome點，在“布局”選項卡中，選中“IRB120_3_58_01”，右鍵點擊“IRB120_3_58_01”，在彈出菜單中選擇“回到機械原點”，如圖6-36所示。54圖6-36完善程序（9）在“基本”功能選項卡中，工件坐標選中“Wobj0”，點擊“示教目標點”，如圖6-37所示，彈出對話框中選擇“是”。55圖6-37完善程序（10）在“Wobj0”坐標系中生成目標點“Target_110”，將其命名為“pHome”。同樣的方法添加到路徑“Path10”的第一行，如圖6-38所示。同樣的方法添加到路徑“Path10”的最后一行。56圖6-38完善程序（11）選中路徑“Path10”的第一行指令“MoveLpHome”，右鍵單擊，選擇“修改指令”，如圖6-39所示。57圖6-39完善程序（12）在彈出對話框，“動作類型”選擇“Joint”，“Speed”選擇“v300”，“Zone”選擇“z30”，更改完成后單擊“應用”，如圖6-40所示。其他語句指令更改可參考后面的程序。58圖6-40完善程序（13）修改完成后，再次為路徑“Path10”進行一次軸參數(shù)自動配置，如圖6-41所示。59圖6-41完善程序6.仿真運行（1）在“基本”功能選項卡中，單擊“同步”，點擊“同步到VC”，如圖6-42所示。60圖6-42仿真運行（2）在彈出對話框中選擇所有同步的內(nèi)容，單擊“確定”，如圖6-43所示。61圖6-43仿真運行（3）在“仿真”功能選項卡中，單擊“仿真設定”，如圖6-44所示。62圖6-44仿真運行（4）在彈出“仿真設置”對話框中選中“選擇任務”的“T_ROB1”，在“可用的子程序”中出現(xiàn)路徑“Path10”，點擊導入鍵，路徑“Path10”出現(xiàn)在“主隊列T_ROB1”，單擊“應用”、“確定”，如圖6-45所示。63圖6-45仿真運行（5）單擊“播放”，如圖4-46即可執(zhí)行仿真，可看到機器人運行軌跡。64圖6-46仿真運行7.查看程序

在“控制器”功能選項卡中，單擊“示教器”，點擊“虛擬示教器”，在打開的虛擬示教器主菜單中點擊“程序編輯器”可查看程序。也可在“RAPID”功能選項卡中，單擊“控制器”，單擊“system12”，單擊“RAPID”，單擊“module1”，可看到的程序如下：

MODULEModule1 !程序模塊，名稱為默認的Module1。65CONSTrobtargetTarget_10:=[[13.326171875,305.447769165,-10],[0.707106781,0,0,-0.707106781],[0,-1,0,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];!離線生成的目標點數(shù)據(jù)，共包含四組數(shù)據(jù)，分別表示為TCP位置數(shù)據(jù)，TCP姿態(tài)數(shù)據(jù)，軸配置數(shù)據(jù)和外部軸數(shù)據(jù)。

……66CONSTrobtargetTarget_100:=[[13.326171875,305.447769165,-10],[0.707106781,0,0,-0.707106781],[0,-1,0,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];CONSTrobtargetpHome:=[[547.330619978,0,451.647244244],[0.190808872,0,0.981627207,0],[0,0,0,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];!示教生成的目標點數(shù)據(jù)。67CONSTrobtargetpA:=[[13.326171875,305.447769165,-160],[0.707106781,0,0,-0.707106781],[0,-1,0,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];CONSTrobtargetpB:=[[13.326171875,305.447769165,-160],[0.707106781,0,0,-0.7071