第六章工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動規(guī)劃及編程本章涉及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的三個重要內(nèi)容，即軌跡規(guī)劃和機(jī)器人語言以及機(jī)器人離線編程系統(tǒng)。軌跡規(guī)劃是指根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求，確定軌跡參數(shù)并實時計算和生成運(yùn)動軌跡。它是工業(yè)機(jī)器人控制的依據(jù)，所有控制的目的都在于精確實現(xiàn)所規(guī)劃的運(yùn)動，機(jī)器人具有可編程功能，因此需要用戶和機(jī)器人之間的接口。為了提高編程效率，出現(xiàn)了機(jī)器人編程語言，它以一種通用的方式解決了人一機(jī)通訊問題；機(jī)器人離線編程系統(tǒng)是利用計算機(jī)圖形學(xué)，建立機(jī)器人編程環(huán)境，從而可以脫離機(jī)器人工作現(xiàn)場進(jìn)行編程的系統(tǒng)。由于不占用機(jī)動時間，提高了設(shè)備利用率。而且由于離線編程本身就是CAD/CAM一體化的組成部分，有時可以直接利用CAD數(shù)據(jù)庫的信息，大大減少了編程時間，提高了編程水平。6-1工業(yè)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃6-2機(jī)器人的編程6-1工業(yè)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃一、引言我們指定工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行某項操作作業(yè)，往往會附加一些約束條件，如沿指定路徑運(yùn)動及j要求運(yùn)動平穩(wěn)等。這就提出了對機(jī)器人運(yùn)動軌跡進(jìn)行規(guī)劃和協(xié)調(diào)的問題。由于運(yùn)動軌跡可在j關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間中描述，也可在直角坐標(biāo)空間中指定，從而形成了關(guān)節(jié)空間和直角坐標(biāo)空間機(jī)器j人運(yùn)動軌跡的規(guī)劃和生成方法。本節(jié)將對這兩類規(guī)劃方法進(jìn)行介紹，重點(diǎn)是關(guān)節(jié)空間規(guī)劃方j(luò)法。3軌跡規(guī)劃涉及到下面三個問題:4(10要對機(jī)器人的任務(wù)進(jìn)行描述，即對機(jī)器人的運(yùn)動軌跡進(jìn)行描述。軌跡規(guī)劃器具有簡化j任務(wù)描述的功能，用戶不需要寫出進(jìn)行某指定作業(yè)的運(yùn)動軌跡函數(shù)表達(dá)式，只要求輸入有關(guān)路1徑的若干約束及其簡單描述。至于規(guī)劃的細(xì)節(jié)問題則由系統(tǒng)本身去完成。例如，用戶可以只給1出手爪的目標(biāo)位姿，讓系統(tǒng)由此確定到達(dá)目標(biāo)的路徑點(diǎn)、持續(xù)時間、運(yùn)動速度等參數(shù)。1(2)根據(jù)所確定的軌跡參數(shù)，如何在計算機(jī)內(nèi)部描述所要求的軌跡。這主要是選擇習(xí)慣規(guī)2定以及合理的軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題。，3對內(nèi)部描述的軌跡進(jìn)行實際計算。通常是在運(yùn)行時間內(nèi)按一定的速率計算出位置、速量度和加速度，生成運(yùn)動軌跡。(噩二、軌跡規(guī)劃的一般性問題；通常,工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)可以描述成工具坐標(biāo)系r相對于工作坐標(biāo)系3的一系列運(yùn)j動。例如,圖64所示的將銷插入工件孔中的作業(yè),可以借助工具坐標(biāo)系的一系列位姿川=j1,2,.)來描述。這種描述方法不僅符合機(jī)器人用戶考慮問題的思路,而且有利于描述和生3!A的運(yùn)動軌跡。?!:1；精精工具坐標(biāo)系相對于工作坐標(biāo)系的運(yùn)動!來描述作業(yè)路徑,是一種通用的作業(yè)描述方法。它把作業(yè)路徑的描述與具體的機(jī)器人、手爪或工具分離開來,形成了模型化的作業(yè)描述方法。從而使這種描述既適用于不同的機(jī)器人,也適用于同一機(jī)器人上裝夾不同規(guī)格的工具。有了這種描述方法,我們就可以把如圖6-2所示的機(jī)器人從初始狀態(tài)運(yùn)動到終止?fàn)顟B(tài)的作業(yè),看作是工具坐標(biāo)系從初始位置丁