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机器人轴配置数据详解

作者:互联网

机器人轴配置数据详解

在ABB机器人中,位置的表示与存储是通过 robtarget 数据类型来实现的。robtarget是用于定义机器人与机器人附加轴的移动指令中的位置的。当机器人能够以多种不同的方式达到相同位置时,同时规定轴配置。这次我们着重来剖析一下,轴配置的含义。

我们首先回顾一下robtarget数据的组成

CONST robtarget p10 := [ [600, 300, 225.3], [1, 0, 0, 0][1, 1,0, 0][ 9E9, 9E9, 9E9, 9E9, 9E9, 9E9] ];

如上边举例所示,robtarget型数据由四部分组件构成:

trans(translation)组件:

用mm来表示工具中心点的位置(x、y和z)。规定相对于当前目标坐标系的位置,包括程序位移。如果未规定任何工件,则为世界坐标系。上例中,X坐标是600,Y坐标是300,Z坐标是225.3。

rot(rotation)组件:

工具方位以四元数的形式表示(q1、q2、q3和q4)。规定相对于当前目标坐标系的方位,包括程序位移。如果未规定任何工件,则为世界坐标系。上例中q1是1,q2、q3、q4都是0。

robconf(robot configuration)组件:

机械臂的轴配置(cf1、cf4、cf6和cfx)。以轴1、轴4和轴6当前四分之一旋转的形式进行定义。将第一个正四分之一旋转0到90°定义为0。组件cfx的含义取决于机械臂类型。上例中,cf1是1,cf4是1,cf6是0,cfx是0。这四个数的具体含义这次会在下面详细剖析。

extax(external axes)组件:

附加轴的位置。上例中没有附加轴。

下面我们正式解释一下轴配置中的四个数据的含义

以常见的6轴串联机器人为例,我们先来学习一下两个机器人中的基本概念——旋转轴与摆动轴。

机器人中的2轴、3轴、5轴属于摆动轴,摆动轴的运动范围在机械结构上是有限制的,原理上不能无限旋转。

机器人中的1轴、4轴、6轴属于旋转轴,旋转轴的运动范围在机械结构上是没有限制,原理上可以无限旋转。那么“轴配置参数”这个概念就是针对旋转轴的这一特性是发明的。这也就是为什么轴配置由cf1、cf4、cf6组成,它们其实就是代表着轴1、4、6的相关属性。那还有一个cfx呢?别着急,接着往下看。

上面说了,旋转轴理论上是可以无限旋转的,那就有可能在旋转的时候超过一圈。以ABB机器人的6轴为例,它的活动范围是-400度~+400度。那么当六轴旋转到10度的时候,怎么区分他是旋转了10度还是370度呢?因为他们所对应的机械位置是一样的。就是说如果我想让六轴转到10度的位置,那我是让它正转10度呢?还是正转370度呢?为了表述这个问题,我们为机器人轴的活动范围划分了象限。接着往下看。

关节正角

关节负角

关节旋转角四等分象限

 

 

如上图所示,我们将旋转轴的活动范围通过划分象限来进行约束。如果一个的活动范围是-360度~+360度,那他的象限划分是这样的。

正转的时候:

在0~90度的时候对应象限0;

在90~180度的时候对应象限1;

在180~270度的时候对应象限2;

在270~360度的时候对应象限3.

反转的时候:

在0~-90度的时候对应象限-1;

在-90~-180度的时候对应象限-2;

在-180~-270度的时候对应象限-3;

在-270~-360度的时候对应象限-4.

上面的象限名称就对应着轴配置里面的数。假设一个机器人的cf1值为2,那么就代表当机器人运行到这个点的过程中,他们轴运动范围只能是180度~270度。哈哈,是不是一下子理解了呢?那么现在“四大魔头”只剩一个cfx没有解决了。cfx是什么含义呢?咱们接着往下看。

 

仔细看上面的两个图,有没有发现什么不同呢?当然它们TCP位置都是一样的。注意看4轴的“ABB”logo字样,我们发现,cfx=0时是正着的,cfx=1时是倒着的。我们下面再来看两个图。

 

还是同样的TCP位置,又出现了两种截然不同的姿态。这次不告诉你答案,再来找找看。再给你两个图。

 

又不一样了吧?别着急,还有最后两种情况。

 

 

好了,表演结束。对于六轴串联机器人cfx的情况就只有上述8种。再看一遍这8个图,能不能找到一个什么规律呢?

下面给出正解。

cfx用于从编号0到7的八种可能的机器人配置中选择一种。下表描述了有关如何相对于三个奇异点来放置机械臂的各种配置。下表对照着上面的8个图会比较好理解。

(上面提到了“奇异点”的概念,我们下次会提到)

cfx 相对于axis 1的中心 相对于lower arm的中心 axis 5角度
0 在前面 在前面
1 在前面 在前面
2 在前面 在后面
3 在前面 在后面
4 在后面 在前面
5 在后面 在前面
6 在后面 在后面
7 在后面 在后面

到这里,想必大家就已经对轴配置的参数的含义比较了解了。cfx是决定机器人整体的姿态的,而cf1、cf4、cf6是决定对应的三个旋转轴的运动范围的。对于六轴串联机器人来说,cfx的取值范围是0~7,cf1、cf4、cf6的取值范围是-4~3。他们选择的最优原则是绝对值越小越好。通过这4个参数可以让机器人的轴组合方式有一个唯一性,但有一种情例外,那就是碰到“奇异点”的情况。“奇异点”是何方神圣,我们放在下一次介绍。

文章首发自动化生产之家

 

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标签:机器人,配置,旋转轴,象限,详解,cfx,对应,cf1
来源: https://blog.csdn.net/sdrzwangyanxin/article/details/104087431