工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡

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1、8.1引言8.2目標(biāo)物體的描述8.3任務(wù)的描述8.4視覺(jué)8.5程序8.6傳送帶跟蹤8.7位置之間的運(yùn)動(dòng)8.8關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)8.9笛卡爾運(yùn)動(dòng)8.10本章小結(jié)第八章運(yùn)動(dòng)軌跡工業(yè)機(jī)器人http://www.zggyjqr.com本章是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)，它分為四個(gè)主要部分:第一部分：利用齊次坐標(biāo)變換構(gòu)造任務(wù)第二部分：基于時(shí)間坐標(biāo)軌跡的運(yùn)動(dòng)控制描述第三部分：關(guān)節(jié)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的描述第四部分：笛卡兒運(yùn)動(dòng)控制描述8.1引言（Introduction）任何剛性物體都能夠用一個(gè)與該物體固定相聯(lián)的坐標(biāo)系來(lái)描述，給出該物體的圖形表示及其坐標(biāo)系統(tǒng)。只要說(shuō)明該坐標(biāo)系統(tǒng)的位置和方向，就足以

2、在任何位置和方位上復(fù)現(xiàn)這個(gè)物體。如圖8.1中的銷釘，它的軸位于z軸上，半徑為0.5，長(zhǎng)度為6。R=0.5xzy6圖8.1銷釘?shù)拿枋?.2目標(biāo)物體的描述（ObjectDescription）利用齊次變換來(lái)描述一個(gè)任務(wù)。任務(wù)內(nèi)容是抓取如圖8.1所示的一些銷釘，然后把它們插入一個(gè)裝配部件的孔中(見(jiàn)圖8.2)。圖8.2任務(wù)的描述8.3任務(wù)的描述（TaskDescription）z規(guī)定機(jī)械手末端執(zhí)行器（手爪）的一系列位置Pn(見(jiàn)圖8.3)，就能把這一任務(wù)描述為相應(yīng)于這些編號(hào)位置的機(jī)械手運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作的序列。圖8.3末端執(zhí)行器的位置MOVEP1接近銷釘MOVEP2移動(dòng)到

3、銷釘?shù)奈恢肎RASP抓住銷釘MOVEP3垂直提起銷釘MOVEP4按一定角度接近孔眼MOVEP5接觸到孔眼時(shí)停止MOVEP6調(diào)整銷釘?shù)奈恢肕OVEP7插入銷釘RELEASE松開(kāi)銷釘MOVEP8離開(kāi)下面通過(guò)規(guī)定機(jī)械手的結(jié)構(gòu)來(lái)確定任務(wù)結(jié)構(gòu)。我們用三個(gè)變換的乘積描述機(jī)械手，從而任務(wù)描述中的位置就由下式取代MOVEpn=MOVEZT6E(8.1)其中Z：表示機(jī)械手相對(duì)于任務(wù)坐標(biāo)系的位置；T6：表示機(jī)械手末端相對(duì)于機(jī)械手坐標(biāo)的位置；E：表示末端執(zhí)行器（手爪）相對(duì)于機(jī)械手末端坐標(biāo)的位置。按照上述描述，機(jī)械手的位置由Z來(lái)確定，任務(wù)的執(zhí)行就是改變抓手的位置。現(xiàn)在利用下列符

4、號(hào)來(lái)描述任務(wù)的變化:P銷釘在基坐標(biāo)中的位置；H帶有兩孔眼的金屬塊在基坐標(biāo)中的位置；HHRi金屬塊上第i個(gè)孔相對(duì)H坐標(biāo)系的位置；PPG抓取銷釘?shù)淖ナ窒鄬?duì)于銷釘?shù)奈恢?；PPA抓手接近銷釘；PPD抓手提起銷釘；HRPHA銷釘接近第i個(gè)孔眼；HRPCH銷釘接觸孔眼；HRPAL銷釘開(kāi)始插入；HRPN插入后的銷釘?，F(xiàn)在，任務(wù)可由一系列變換式來(lái)描述，由此解出機(jī)械手的控制輸入T6，這些變換式如下:P1:ZT6E=PPA接近銷釘P2:ZT6E=PPG到達(dá)抓取銷釘?shù)奈恢肎RASP抓取銷釘P3:ZT6E=PPDPG提起銷釘P4:ZT6E=HHRiPHAPG接近第i個(gè)孔眼P5:

5、ZT6E=HHRiPCHPG接觸第i個(gè)孔眼P6:ZT6E=HHRiPALPG插入銷釘P7:ZT6E=HHRiPNPG插入完成RELEASE松開(kāi)手爪P8:ZT6E=HHRiPNPA回到起始位置手爪相對(duì)于銷釘?shù)奈恢肞手爪相對(duì)于第i個(gè)孔眼的位置HRi任務(wù)位置變換圖如圖8.4所示。盡管這樣表示可能顯得復(fù)雜,但是說(shuō)明了任務(wù)的基本結(jié)構(gòu)。而且每一個(gè)變換表示了一個(gè)獨(dú)立的情況。圖8.4任務(wù)位置變換圖HRiHRiHRiHRiHRiPPAPGPGPGPGPGPGPAT6T6T6T6T6T6T6T6HPNEZHPALEZHHAEZPEZHPNEPDEZZHEEPCHZPZ相應(yīng)的

6、P,H和Z坐標(biāo)系如圖8.5所示。由圖8.5可知，Z為機(jī)械手坐標(biāo)系，它定位在肩關(guān)節(jié)上,因此工作坐標(biāo)系（基坐標(biāo)系）位于機(jī)械手坐標(biāo)的位置為T(mén)6pz=-50由于機(jī)械手不能到達(dá)它自己的基座，所以我們把它放在基坐標(biāo)系原點(diǎn)的后面，這樣T6px=30。使T6py=0,并且保持兩個(gè)坐標(biāo)系的平行。圖8.5任務(wù)坐標(biāo)系P,H和Z由圖8.5可知:(8.2)下面通過(guò)相對(duì)于機(jī)械手末端的變換來(lái)定義末端執(zhí)行器,我們沿著這樣的表示習(xí)慣:末端執(zhí)行器的z軸指向執(zhí)行任務(wù)的方向，而y軸表示手爪的開(kāi)合方向，于是如圖8.6所示的抓手就可描述為圖8.6手爪變換(8.3)我們已經(jīng)在圖8.1中描述了銷釘，現(xiàn)

7、在再看一下帶有兩個(gè)孔眼的金屬塊H。H的正視圖如圖8.7所示，借助于變換矩陣HRi（i＝1、2，是孔眼的序號(hào)）來(lái)描述它的特征。HR1=HR2=(8.4)(8.5)圖8.7帶有兩個(gè)孔眼的金屬塊HR[1]HR[2]yxxxzy10510H注意：式（8.4）和式（8.5）是分別沿H坐標(biāo)的x軸旋轉(zhuǎn)－90°再平移后得到。最重要的變換是銷釘插入一個(gè)孔眼(見(jiàn)圖8.8)。銷釘?shù)膠軸必須與孔眼的軸一致。由于銷釘具有圓柱的對(duì)稱性，x、y軸的方向就可任意了。最后一個(gè)變換必須按照手爪在銷釘上的部位來(lái)確定（見(jiàn)圖8.9）。xyHRxzyzPN圖8.8銷釘插入孔眼xxzzPyyPG5圖

8、8.9手爪在銷釘上的位置(8.6)(8.7)現(xiàn)在我們通過(guò)示教方式利用機(jī)械手來(lái)確定