工业机器人基本靠控制运动轴位置和电磁元件通断来进行运动。。。。运动轴位置控制一般用来改变工具作业点,,它可驱动机器人关节运动或机器人、、、工件的整体移动;在机器人应用程序中,,运动轴位置可通过基本移动指令控制。。基本移动指令属于通用指令,,,只要机器人的控制系统相同,,,,即使工业机器人的用途有所区别,,,,但移动指令的格式、、编程要求仍一致。。。。
部分工业机器人可能还包含特殊的运动轴位置控制要求,,,例如,,点焊机器人的伺服焊钳控制、、、、分拣机器人的同步跟踪控制、、探测机器人的传感器引导运动和摄像控制等。。。此类机器人的控制系统通常需要选配特殊功能,,,,并通过RAPID移动指令进行控制。。。
多关节机器人的运动复杂,,,,为了实现对机器人本体运动轴的控制,,,,需要对机器人的工具参考点(Tool Reference Point,,,TRP)位置进行定义,,,,以便建立其运动控制模型。。
例如,,在图示的6轴串联机器人上,,,,TRP就是机器人手腕上的工具安装法兰中心点。。。为了确定TRP,,在控制系统中,,,,需要定义基座高度(height_of_foot),,j2、、j3轴中心偏移(offset_off_joint_2、、、、offset_off_joint_3),,,,下臂、、、、上臂长度(length_of_lower_arm、、、、length_of_upper_arm)以及手腕长度(length_of_wrist)等结构参数。。
结构参数是机器人运动控制的前提条件,,且与机器人结构密切相关,,故需要机器人生产厂家在系统参数上设置。。。在RAPID应用程序中,,,,ABB机器人的结构参数一般在系统模块(System module)中定义,,该模块由ABB公司编制,,,,并可在系统启动时自动加载,,,,并且不受用户作业程序删除操作的影响。。。。
TRP也是确定工具作业点、、、、设定工具数据的基准位置。。。工业机器人的工具作业点又称为工具控制点(Tool Control Point,,,,TCP)或工具中心点(Tool Center Point,,,TCP),,,它是机器人关节、、、直线、、、圆弧插补等移动指令的控制对象,,指令中的起点、、、、终点就是TCP在指定坐标系上的位置值。。TCP的位置与工具形状、、、安装方式密切相关;不安装工具时,,TCP就是TRP。。
机器人作业程序中的移动指令大多用来控制机器人TCP和工件(或基准)的相对运动,, TCP的位置取决于机械部件的运动。。例如,,,,通过机器人本体的运动,,可使TCP和机器人基座产生相对运动;通过机器人基座的整体移动,,可使TCP和大地产生相对运动;通过工件的整体运动,,,可使TCP和工件产生相对运动等。。。。
可驱动机器人TCP运动的运动轴众多、、组成形式多样,,,简单系统可能只有单一的机器人本体运动;复杂机系统可能需要控制多个机器人以及机器人变位器、、工件变位器等诸多辅助部件运动。。例如,,,,下图所示的双机器人协同作业系统,,,,实际上包含机器人1、、机器人2、、、、机器人变位器、、、工件变位器共4个运动部件。。。。
为了便于控制与编程,,,在控制系统内部,,,通常需要根据机械部件的功能与用途,,,对运动轴进行分组管理,,将系统分为若干个具有独立功能和若干个运动轴的基本运动单元。。在ABB机器人说明书中,,,,将这样的单元称为机械单元(Mechanical unit);而在安川等公司生产的机器人说明书中,,,则将其称为“控制轴组”。。。
工业机器人系统的运动轴一般可分为机器人单元(机器人轴组)、、基座单元(基座轴组)和工装单元(工装轴组)3类。。。
01机器人单元
机器人轴是用于机器人本体运动控制的坐标轴,,,,用来控制机器人TCP和机器人基座的相对运动。。。在多机器人控制系统上,,,可分为机器人1(ROB_1)、、、、机器人2 (ROB_2)等多个轴组(单元);机器人单元一旦选定,,,对应的机器人就成为系统的控制对象。。。。
02基座单元
基座轴是驱动机器人安装基座、、、、实现机器人整体变位的辅助运动轴,,,,用来控制机器人基座及TCP和大地的相对运动。。。。基座单元一旦选定,,,机器人变位器就成为系统的控制对象。。。。
03工装单元
工装轴是驱动工装运动、、实现工件整体变位的辅助运动轴,,,,用来控制机器人TCP和工件的相对运动。。。。工装单元一旦选定,,,工件变位器就成为系统的控制对象。。。。
机器人轴是系统的基本运动轴,,,任何工业机器人都具备;基座轴、、、工装轴是用于机器人、、、工件整体移动的辅助轴,,当系统配置有变位器时需要使用。。。在工业机器人系统中,,基座轴、、、、工装轴统称为“外部轴”或“外部关节”(extjoint)。。
同一机械单元的所有运动轴可进行成组管理。。。机器人操作或编程时,,可根据需要,,,,通过生效/撤销机械单元来改变系统的控制对象。。
在ABB机器人中,,,机械单元(控制轴组)可通过系统参数定义,,不同的机械单元需要定义不同的名称。。。在RAPID程序中,,,可通过机械单元启用/停用指令,,,来/关闭指定机械单元全部运动轴的伺服驱动器,,使该机械单元的运动轴处于实时位置控制状态,,,或处于保持位置不变的伺服锁定状态。。
机器人TCP的运动需要通过三维笛卡尔直角坐标系来描述。。。。在ABB机器人中,,,笛卡尔坐标系有下图所示的大地坐标系(World coordinates)、、、、基座坐标系(Base coordinates)、、、、工具坐标系(Tool coordinates)、、、、用户坐标系(User coordinates)和工件坐标系(Object coordinates)等,,,说明如下。。。。
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