利用虚拟仿真技术辅助机器人..doc

关于利用仿真技术机器人维修的探讨 通过离线编程平台进行新系统的测试，避免应用上的风险，同时降低的测试成本i与i-1间的齐次变换矩阵(i=1,2,3…,6)为 其中:ai-1为杆长；di为杆件偏距；?i为关节变量。经运动学整解，可得到机器人末端的位姿，而已知机器人末端的位姿，经过运动学反解可求得对应六个关节的角度，对机器人控制系统的仿真的重点是如何让机器人根据传感器传回来的数据模拟出实际的运动轨迹,并可以对急停装置、连 图2.2为一台六自由度机器人的控制系统图 锁等)、驱动控制、系统输入输出、传感器跟踪等状态实施仿真。 虚拟仿真系统简介 现场使用的虚拟系统包括如下内容： 三维虚拟软件系统； 机器人虚拟模型，软件接口（主要将现有设备的运行参数返回给虚拟系统）； 仿真系统与控制界面的交互控制，包括键盘交互、离线编程等； 机器人的碰撞检测； 机器人工作环境，包括现场模型、视图控制、多视角检测等。 离线编程系统 离线编程将工业加工过程所需要的三维信息通过CAD模型、三维测量仪器输入到交互式机器人系统软件根据输入信息该模块自动产生机器人运动轨迹和程序并针对不同的过程设置相应的过程参数，对生产过程进行控制。采用离线编程避免了生产过程的中断，提高了设备使用率与常用的手工在线逐点机器人编程法相比较，该模块的使用将大大缩短编程时间。提供解决方案基于虚拟控制器技术，可以向离线编程系统中导入各种类型的机器人和外部轴设备，这些机器人具备和真实机器人同样的机械结构和控制软件，因此您可以在离线编程系统中模拟机器人的各种运动、控制过程，全程对生产过程时间及周期进行准确测算、碰撞检测等。 图3.2仿真系统各部分之间的关系 控制层：指根据业务流程组织的相对集中的控制算法，比如运动学引擎、场景视图控制器、文档管理和分析器等，其中模型的运动仿真引擎主要提供以下功能：1、各种设备的关节运动、回到零位运动；2、单机器人设备和协调运动设备的目标点运动、圆弧运动、沿路径移动；3、路径运动运动方式和仿真步长设定等，尤其路径功能是离线编程的一大特点，使得机器人工具的运动过程能可视的记录下来，以便于用户的编辑。路径内容包括各路径点处机器人辅助轴关节角值、机器人极坐标意义下的TCP（Tool Centre Point）位姿，参数等。 路径跟踪方式 一般机器人路径跟踪方式为直线和圆弧跟踪 直线跟踪方式应用的情况较多，它又分为切线和弦线两种，其中切线跟踪方式是机器人通过在不同位置对不同直线的跟踪来达到对曲线的跟踪。图所示误差分析，用采样点Oi处的切线 SOi 来逼近曲线 Oi-1Oi，由于机器人在运动过程中对控制指令有滞后现象，当采样点A位于切线与曲线之间时，移动机器人将误认为产生了右偏差，控制器将产生向左的纠偏指令，从而导致误差加大，而且随着滞后现象的加剧，跟踪误差将随之加大。 图　切线跟踪方式圆弧跟踪方式相当于用分段圆弧来拟合曲线路径,该方法在一定程度上改善了切线跟踪和弦线跟踪的不足，路径跟踪精度有一定的提高，但由于分段跟踪圆弧的曲率在路径跟踪中是不变的，因此当路径采样圆弧与分段跟踪圆弧的曲率半径差别较大时，尤其是当路径采样圆弧出现直线、采样点位于二者之间时，机器人也会产生远离期望路径的纠偏指令，使得跟踪误差加大。　Synchronization Switch)、编码器(Encoder)、控制柜(Controler)、机器人(Robot)。在输送跟踪过程中，机器人TCP(Tool Centre Point)将自动分配到输送的物体上。当物体通过同步开关或通过一段距离，机器人将对物体进行操作。 图3.4 输送线物体跟踪坐标系统图 在上述基础上还可实现机器人的多重运动，即两台机器人在同一生产线上工作，除共同使用一个编码器外，各机器人都有独立的控制器和控制程序。 图3.5机器人抓取物体的仿真实例图 结论 利用机器人虚拟仿真技术可完成运动轨迹、控制程序的仿真。它充分利用了机器人离线线示教简单、直观的优点，同时又借助于计算机软硬件的最新技术，尤其将虚拟现实技术用于机器人示教，因而具有安全、高效、成本低等优点，同时机器人虚拟仿真系统不仅可作为日常维修使用，又可作为修理人员的培训之用。 参考文献： 1、张爱红、 张秋菊 基于虚拟现实技术的机器人示教方法 江南大学学报(自然科学版) 2003.9[3] 1671一7147(2003)03一0258一0 2、罗阿妮、张家泰、刘贺平 利用adams仿真分析五自由度机械手 计算机仿真 2005.7[7] 3、李波. 机器人三维运动仿真［J］. 机器人，1999，21（7）：44 - 46 4、薛定宇,陈阳泉. 系统仿真技术与应用. 北京:清华大学出版社,2002 5、熊有伦. 机器人技术