離線編程技術與仿真2025年11月7日

目錄1機器人坐標系與工件位姿2機器人工作空間與可達空間3CP軌跡與PTP規(guī)劃規(guī)劃4軌跡插補與組合軌跡5POS點及Home點6更多內(nèi)容…

1機器人坐標系與工件位姿2機器人工作空間與可達空間3CP軌跡與PTP規(guī)劃規(guī)劃4軌跡插補與組合軌跡5POS點及Home點6更多內(nèi)容…

目錄

機器人坐標系機器人參數(shù)控制軸數(shù)、有效載荷、最大負荷、最遠可達距離、重復定位精度、功率、各軸最大運動角度、最大角速度、最大角加速度、轉動慣量、關節(jié)長度，…位置描述通過設定坐標系，描述機器人、工件或夾具等在這個坐標系中的位置和相對位置關系坐標系分類固定坐標系(慣性坐標系)機器人坐標系工具坐標系工件坐標系

機器人坐標系XtYtOtZtZrZcYcOcXcXrOrYrZYOX固定坐標系{OXYZ}一般固定在地面或某個固定不動平面上,{XOY}為水平面，OZ軸垂直{XOY}平面向上機器人坐標系{OrXrYrZr}一般固定在機器人底座上的表面或下表面，原點Or一般為機器人底座上表面或下表面的中心，OrZr一般垂直{XtOtYt}平面向上工具坐標系{OtXtYtZt}可按照安裝的夾具和實際工況需要設定；在沒有安裝末端執(zhí)行器時，工業(yè)機器人默認的工具坐標系的OtZt軸一般沿第五軸的軸向向外，在第五軸處于零位時，{XtOtYt}平面與末端面重合，OtYt軸水平。工具坐標系一般簡稱為TCP坐標系，原點Ot一般稱為TCP點；工件坐標系{OcXcYcZc}根據(jù)工件形狀和具體的作業(yè)確定右手法則，OZ=OX×OY

機器人坐標系固定坐標系{OXYZ}一般固定在地面或某個固定不動平面上,{XOY}為水平面，OZ軸垂直{XOY}平面向上機器人坐標系{OrXrYrZr}一般固定在機器人底座上的表面或下表面，原點Or一般為機器人底座上表面或下表面的中心，OrZr一般垂直{XtOtYt}平面向上工具坐標系{OtXtYtZt}可按照安裝的夾具和實際工況需要設定；在沒有安裝末端執(zhí)行器時，工業(yè)機器人默認的工具坐標系的OtZt軸一般沿第五軸的軸向向外，在第五軸處于零位時，{XtOtYt}平面與末端面重合，OtYt軸水平。工具坐標系一般簡稱為TCP坐標系，原點Ot一般稱為TCP點；工件坐標系{OcXcYcZc}根據(jù)工件形狀和具體的作業(yè)確定

工件位姿工件位姿位置描述姿態(tài)描述絕對位置相對位置齊次變換慣性坐標系中描述其他坐標系中描述慣性坐標系中描述其他坐標系中描述齊次變換

1機器人坐標系與工件位姿2機器人工作空間與可達空間3PTP軌跡與CP規(guī)劃規(guī)劃4軌跡插補與組合軌跡5POS點及Home點6更多內(nèi)容…

目錄

機器人工作空間作用衡量機器人活動范圍，與機器人運動學、逆解及運動規(guī)劃等相關概念機器人在不安裝末端執(zhí)行器時，作為參考點的第五軸的軸心可以達到空間點的最大集合和范圍。也稱工作范圍；影響因素機器人構型、關節(jié)運動范圍、基座安裝方式、…基本形狀直角坐標型機器人矩形六面體圓柱坐標型機器人開口空心圓柱體極坐標型機器人關節(jié)式工業(yè)機器人空心球面體，扇形截面旋轉而成的空心開口截錐體空間形狀復雜的球體直觀表示側視圖直角坐標型機器人垂直面內(nèi)投影，最大的工作空間及極限范圍時的包絡線水平面內(nèi)投影，一般給出旋轉角度范圍，特別是第一軸

機器人工作空間可達工作空間靈巧工作空間全工作空間機器人末端可達點的集合在滿足給定位姿時機器人末端可達點的集合給定所有位姿時，機器人末端可達點的集合工作空間∪∪

機器人工作空間一種機器人的工作空間示例

1機器人坐標系與工件位姿2機器人工作空間與可達空間3CP軌跡與PTP規(guī)劃規(guī)劃4軌跡插補與組合軌跡5POS點及Home點6更多內(nèi)容…

目錄CP軌跡與PTP軌跡CP軌跡ContinuousPoint軌跡，連續(xù)軌跡數(shù)學描述名稱固定坐標系，方程z=f(x,y)，連續(xù)和可導典型應用點焊和弧焊機器人PTP軌跡名稱數(shù)學描述典型應用PointToPoint軌跡，離散點軌跡固定坐標系，f(x,y)點，特定間隔得到的離散點焊接機器人離散

1機器人坐標系與工件位姿2機器人工作空間與可達空間3CP軌跡與PTP規(guī)劃規(guī)劃4軌跡插補與組合軌跡5POS點及Home點6更多內(nèi)容…

目錄軌跡插補與組合軌跡軌跡插補CP軌跡或PTP軌跡上的離散點未必全部可用方法原因刪除不可用點，重新組成新軌跡；五次樣條插補算法考慮因素可達空間、關節(jié)運動范圍、速度連續(xù)性、最大速度、…組合軌跡名稱若干條軌跡組合而成，來自軌跡插補兩種情形兩條獨立PTP軌跡或CP軌跡一條連續(xù)的PTP或CP軌跡鄰近端點處插補刪除未在全工作空間內(nèi)的工作點分割為若干較短軌跡

1機器人坐標系與工件位姿2機器人工作空間與可達空間3CP軌跡與PTP規(guī)劃規(guī)劃4軌跡插補與組合軌跡5POS點及Home點6更多內(nèi)容…

目錄POS點及Home點POS點定義兩條獨立的PTP軌跡或CP軌跡中間插入的、用于將其連接為一條連續(xù)工作軌跡的工作點，一般位于軌跡端點附近作用機器人在兩點間走直線時，插入POS點可有效避免機器人及工具與工件間的碰撞激光切割等作業(yè)一般包含打孔和切割等多個工序，若打孔位置在切割軌跡上，將直接影響切割面的質(zhì)量，插入POS點可解決打孔和切割軌跡的干涉問題將多個獨立PTP軌跡或CP軌跡連接為一條連續(xù)的工作軌跡時，插入POS點后將生成一條連續(xù)的PTP軌跡或CP軌跡Home點定義機器人工作前和工作結束后停留的位置，即工作軌跡的起點和終點工作軌跡=Home點+若干POS點Home點Home點

6機器人運動學逆解7計算機圖形學8通用圖形格式9工作站及工作站庫10后置11更多內(nèi)容…

目錄機器人運動學逆解定義機器人運動學問題的逆過程功能機器人末端執(zhí)行器處于特定位姿時，求解各關節(jié)轉角數(shù)學表達式待求的各關節(jié)轉角機器人雅可比矩陣機器人末端執(zhí)行器位姿存在條件滿秩

6機器人運動學逆解7計算機圖形學8通用圖形格式9工作站及工作站庫10后置11更多內(nèi)容…

目錄計算機圖形學計算機技術與CAD技術的結合使用矩陣運算等數(shù)學方法將設計人員設計的二維和三維圖形轉化為計算機顯示器可顯示的柵格形式的科學研究內(nèi)容如何使用計算機表示圖形、利用計算機進行圖形運算、處理和顯示的相關原理與算法機器人、基座、末端執(zhí)行器及工作站等實物上點、線、面、體、場的數(shù)學構造方法及圖形顯示技術理論基礎:矩陣運算和變換機器人離線編程與仿真技術圖形學方面的基礎任務表示 機器人、基座、末端執(zhí)行器及工作站等三維實物在離線編程與仿真虛擬空間中的建模問題繪制將計算機中已建模的機器人、基座、末端執(zhí)行器及工作站等以直觀形象的圖形、圖像或動畫表現(xiàn)出來交互

使用鼠標、鍵盤等計算機輸入裝置和顯示器等輸出設備，以有效高效方式實現(xiàn)“表示”與“繪制”的技術

6機器人運動學逆解7計算機圖形學8通用圖形格式9工作站及工作站庫10后置11更多內(nèi)容…

目錄VRML通用圖形格式VRML(VirtualRealityModelingLanguage)文件格式一種三維建模描述性語言虛擬現(xiàn)實中使用的實時3D著色引擎可作為在三維建模和動畫應用中預先對前方場景進行著色的應用程序獨立運行具有分布式、多媒體集成及場景逼真等基本特征多種對象類型立方體(Cube)、球(Sphere)、紋理映射(TextureMap)和變換(Transformation)等，及描述各自對象的參數(shù)新對象節(jié)點(Node)，用于三維圖形描述，支持材質(zhì)、顏色及光照等常見屬性場景圖(SceneGraph)，用于節(jié)點的層次結構和順序分隔符(Separator)，可將部分場景與其他部分獨立采用類似C語言的結構化數(shù)據(jù)STL通用圖形格式STL(stereolithography)文件格式用于快速原型制造技術的三維圖形文件格式和接口協(xié)議構成:多個三角形面片每個三角形面片定義包括三角形各頂點的三維坐標及面片法矢量文件類型文本(ASCII)格式二進制(Binary)格式缺點格式簡單，只能通過封閉的面或體文件描述三維物體的幾何信息不支持顏色、材質(zhì)及光照等信息和屬性不能表達幾何體間的拓撲關系和信息對于結構復雜零件，模型拓撲運算較為繁瑣，重構時間較長STEP通用圖形格式STEP(StandardfortheExchangeofProductModelData)文件格式國際標準化組織工業(yè)數(shù)據(jù)分技術委員會(ISO/TC184/SC)制訂，國際統(tǒng)一CAD數(shù)據(jù)交換標準提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)的公共資源和應用模型，包含幾何、拓撲、公差、關系、屬性和性能等數(shù)據(jù)元素規(guī)定了產(chǎn)品在生命周期內(nèi)唯一的描述和計算機可處理的信息表達形式應用廣泛，建筑、機械、電氣、電子及船體等眾多工程領域產(chǎn)品信息建模技術，又是面向?qū)ο笏枷敕椒ǖ能浖嵤┘夹g數(shù)據(jù)范圍廣、精度高、技術先進、易于集成四個層次數(shù)據(jù)共享實現(xiàn)方法:ASCII碼文件、訪問內(nèi)存結構數(shù)據(jù)的應用程序界面、共享數(shù)據(jù)庫及共享知識庫兩種版本AP203 支持實體和面的輸入、輸出，提供“配置控制設計”功能，不支持顏色設定功能AP214支持實體和面的輸入、輸出，且支持顏色設定功能IGES通用圖形格式IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification)文件格式美國信息管理委員會規(guī)定的一種文件格式基礎:波音公司CAD/CAM集成信息網(wǎng)絡、通用電氣公司中心數(shù)據(jù)庫和其他各種數(shù)據(jù)交換格式不同三維機械設計軟件系統(tǒng)間的文件轉換、傳遞和共享有IGES4.0和IGES5.0版本構成標志(Flag)段開始(Start)段全局(Global)段元素索引(DirectoryEntry)段參數(shù)數(shù)據(jù)(ParameterData)段結束(Terminate)段(僅出現(xiàn)在二進制或壓縮ASCII文件格式)

6機器人運動學逆解7計算機圖形學8通用圖形格式9工作站及工作站庫10后置11更多內(nèi)容…

目錄工作站及工作站庫工作站定義為實現(xiàn)具體的焊接、涂裝、搬運或其他作業(yè)而需要的機器人、生產(chǎn)線、夾具、工具、工件及其他所需設備的總稱和集合功能進行與實際工況相關的TCP校準、工件校準、軌跡生成、插入POS點及仿真等核心作業(yè)的設計與仿真驗證，確保機電自動化控制系統(tǒng)的仿真可靠性方法特定比例縮微后的實際場景工作站庫采用數(shù)據(jù)庫管理方式的機器人、生產(chǎn)線、夾具、工具、工件及其他設備的集合定義優(yōu)點便于數(shù)據(jù)組織、管理、維護、更新、檢索及升級分類機器人模型庫工具模型庫設備模型庫