1、樣條曲線運(yùn)動(dòng)編程原理,,學(xué)習(xí)目標(biāo)和技能,學(xué)習(xí)目標(biāo)使用聯(lián)機(jī)表單創(chuàng)建和編輯樣條組熟悉樣條運(yùn)動(dòng)掌握SPTP、SLIN、SCIRC和SPL運(yùn)動(dòng)編程學(xué)習(xí)技能創(chuàng)建帶樣條組的運(yùn)動(dòng)程序用聯(lián)機(jī)表單為樣條組編程,樣條運(yùn)動(dòng)方式,樣條是一種尤其適用于復(fù)雜曲線軌跡的運(yùn)動(dòng)方式。原則上這種運(yùn)動(dòng)也可以通過(guò)逼近的SLIN運(yùn)動(dòng)和SCIRC運(yùn)動(dòng)生成，但用樣條更有優(yōu)勢(shì)。種類(lèi)最齊全的樣條運(yùn)動(dòng)是樣條組，它可以將多個(gè)運(yùn)動(dòng)合并成一個(gè)總運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人控制系統(tǒng)把一個(gè)樣條組作

2、為一個(gè)運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句進(jìn)行設(shè)計(jì)和執(zhí)行。樣條組運(yùn)動(dòng)示例如圖所示。,樣條組運(yùn)動(dòng)示例,可以把位于樣條組中的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為樣條段。樣條組分為兩種類(lèi)型：CP樣條組：帶CP運(yùn)動(dòng)的樣條組（可包含SPL、SLIN、SCIRC樣條段）PTP樣條組：僅在軸空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的樣條（僅包含SPTP樣條段）用樣條組編程具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1）軌跡通過(guò)位于軌跡上的點(diǎn)來(lái)定義，可以很簡(jiǎn)單的生成所需軌跡。2）與常規(guī)運(yùn)動(dòng)方式相比，更易于保持設(shè)定的速度，只有在少數(shù)情況下才 會(huì)

3、出現(xiàn)減速的情況。3）軌跡曲線始終保持不變，不受倍率、速度或加速度的影響。4）可以精確的沿圓周和小圓弧運(yùn)動(dòng)。,常規(guī)運(yùn)動(dòng)SLIN與SCIRC和樣條組編程相比，缺點(diǎn)有哪些？,1）軌跡通過(guò)不在軌跡上的軌跡逼近點(diǎn)定義。軌跡逼近區(qū)域很難預(yù)測(cè)，生成所需的軌跡很繁瑣。2）在很多情況下，會(huì)造成很難預(yù)計(jì)的速度減小，例如在軌跡逼近區(qū)域和臨近點(diǎn)很近時(shí)。3）如果出于時(shí)間原因，無(wú)法進(jìn)行軌跡逼近，則軌跡曲線會(huì)發(fā)生變化。4）軌跡曲線受倍率、速度和加速度

4、的影響而改變。,常規(guī)運(yùn)動(dòng)與樣條組編程區(qū)別,樣條運(yùn)動(dòng)的速度曲線：機(jī)器人控制系統(tǒng)在規(guī)劃時(shí)就已經(jīng)考慮到機(jī)器人的物理極限。機(jī)器人在編程設(shè)定的速度范圍內(nèi)盡可能快速移動(dòng)，即在其物理極限的范圍內(nèi)快速移動(dòng)。與常規(guī)運(yùn)動(dòng)SLIN、SCIRC相比，這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@兩種常規(guī)運(yùn)動(dòng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不會(huì)在規(guī)劃時(shí)考慮物理極限。物理極限在運(yùn)動(dòng)期間才會(huì)起作用并在必要時(shí)觸發(fā)停止。 用樣條組編程的運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中必須以低于編程設(shè)定速度運(yùn)行，即減速運(yùn)行的情況有以下幾點(diǎn)：

5、1）突出的角2）姿態(tài)改變過(guò)大3）附加軸進(jìn)行較大運(yùn)動(dòng)4）在奇點(diǎn)附近,編程過(guò)程中，選擇姿態(tài)導(dǎo)引“無(wú)取向”，可在樣條段中避免因姿態(tài)改變過(guò)大而引起的減速。速度減至0的情況有如下幾種：1）連續(xù)的點(diǎn)具有相同坐標(biāo)2）連續(xù)的SLIN段（如下左圖）或SCIRC段。導(dǎo)致原因：速度方向的間斷變化。3）圓不同于直線，它是曲線，當(dāng)直線與圓相切時(shí)，SLIN與SCIRC的過(guò)渡段速度也降為0，如下右圖。,SLIN段與SCIRC段相切，速度減為0,連續(xù)的S

6、LIN段，速度減為0,然而，也有例外的情況：1）如果SLIN段是連續(xù)的，并且構(gòu)成一條直線且姿態(tài)均勻變化，則速度不會(huì)降低，如下圖所示。2）如果兩個(gè)圓的圓心和半徑一樣，并且姿態(tài)均勻變化，則SCIRC和SCIRC過(guò)渡段的速度也不降低。（很難進(jìn)行示教，需要對(duì)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算和編程）另外，為笛卡爾弧長(zhǎng)分配姿態(tài)變化、附加軸變化時(shí)，示教不均勻，通常也會(huì)造成意料之外的速度急降。所以，應(yīng)盡可能均勻分配姿態(tài)和附加軸。,構(gòu)成一條直線的SLIN段，速度不會(huì)降低

7、,更改樣條組樣條組的更改，可以通過(guò)兩種方式來(lái)進(jìn)行：①更改點(diǎn)的位置：如果移動(dòng)了一個(gè)樣條組中的一個(gè)點(diǎn)，則軌跡最多會(huì)在此點(diǎn)前的兩個(gè)段中和此點(diǎn)后的兩個(gè)段中發(fā)生變化。例如：P3點(diǎn)被移動(dòng)，由此改變P1-P2、P2-P3、P3-P4段的軌跡，而P4-P5段不發(fā)生改變，因?yàn)樗鼘儆赟CIRC段并由此確定圓周軌跡。,更改P3點(diǎn)后，軌跡變化,小幅度的點(diǎn)平移通常不會(huì)引起軌跡變化，但如果是相鄰的兩個(gè)段，一段非常長(zhǎng)而另一端非常短，則小小的變化就會(huì)產(chǎn)生非常大

8、的影響。例如：P3點(diǎn)被移動(dòng)，由于P2-P3段和P3-P4段很短，而P1-P2段和P4-P5段很長(zhǎng)，所以小的移動(dòng)也會(huì)使軌跡發(fā)生很大變化，如圖所示。這種問(wèn)題的糾正方法如下：1）均勻分配點(diǎn)的間距。2）將直線（除了很短的直線）作為SLIN段編程。,移動(dòng)P3點(diǎn)后的軌跡變化,②更改段類(lèi)型：如果將一個(gè)SPL段變成一個(gè)SLIN段或者是反過(guò)來(lái)，則前一個(gè)段和后一段的軌跡均會(huì)發(fā)生變化。例如：原有軌跡P2-P3段類(lèi)型由SPL變?yōu)镾LIN，則P

9、1-P2、P2-P3、P3-P4段的軌跡發(fā)生變化。,更改段類(lèi)型后軌跡變化,樣條運(yùn)動(dòng)的語(yǔ)句選擇,可以在樣條組的段上選擇語(yǔ)句。1）CP樣條組：SAK運(yùn)行將作為常規(guī)LIN運(yùn)動(dòng)被執(zhí)行。這通過(guò)一則必須應(yīng)答的信息加以提示。2）PTP樣條組：SAK運(yùn)行將作為常規(guī)PTP運(yùn)動(dòng)被執(zhí)行。這不會(huì)通過(guò)信息加以提示。機(jī)器人執(zhí)行樣條運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，在選擇語(yǔ)句之后，軌跡通常與正常程序運(yùn)行中的樣條完全一樣延伸。如果在選擇語(yǔ)句前尚未運(yùn)行樣條，并且在這種情況下語(yǔ)句選擇于樣

10、條組始端，則可能會(huì)出現(xiàn)例外，例如：樣條運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)是樣條組前的最后一個(gè)點(diǎn)，即起始點(diǎn)位于樣條組之外，則機(jī)器人控制系統(tǒng)在正常運(yùn)行樣條時(shí)保存該起始點(diǎn)。如果以后要選擇語(yǔ)句，則可由此已知該起始點(diǎn)。但如果從未運(yùn)行過(guò)樣條組，則起始點(diǎn)未知。,如果在SAK運(yùn)行后按下啟動(dòng)鍵，則會(huì)顯示一則必須應(yīng)答的信息，此信息提示軌跡已改變。如圖所示，在P1點(diǎn)選擇語(yǔ)句時(shí)軌跡改變。在針對(duì)一個(gè)編程設(shè)置的圓心角的SCIRC段語(yǔ)句選擇時(shí)，機(jī)器人將移動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)（包括圓心

11、角），前提條件是機(jī)器人控制系統(tǒng)可以識(shí)別起始點(diǎn)。如果機(jī)器人控制系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別起始點(diǎn)，則移向編程設(shè)定的目標(biāo)點(diǎn)，在這種情況下，機(jī)器人系統(tǒng)會(huì)顯示一則信息，提示未考慮圓心角。在SCIRC單個(gè)運(yùn)動(dòng)上選擇語(yǔ)句時(shí)，從不考慮圓心角。,P1點(diǎn)選擇語(yǔ)句時(shí)，軌跡改變,樣條運(yùn)動(dòng)的軌跡逼近,所有樣條組和所有樣條單個(gè)運(yùn)動(dòng)均可相互軌跡逼近。無(wú)論是CP或是PTP樣條組，還是單個(gè)運(yùn)動(dòng)，都無(wú)關(guān)緊要。從運(yùn)動(dòng)類(lèi)型的角度來(lái)看，軌跡逼近弧線始終相當(dāng)于第二個(gè)運(yùn)動(dòng)。例如在SPTP-S

12、LIN軌跡逼近時(shí)，軌跡逼近弧線是CP型。樣條運(yùn)動(dòng)無(wú)法用常規(guī)運(yùn)動(dòng)（LIN、CIRC、PTP）進(jìn)行軌跡逼近。機(jī)器人在執(zhí)行樣條運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果因?yàn)闀r(shí)間原因或因預(yù)進(jìn)停止而無(wú)法軌跡逼近時(shí)，則機(jī)器人在軌跡逼近弧線的起始處等待。具體執(zhí)行運(yùn)動(dòng)過(guò)程如下：1）如果因?yàn)闀r(shí)間原因：只要可以執(zhí)行下一個(gè)語(yǔ)句，則機(jī)器人繼續(xù)移動(dòng)。2）如果因?yàn)轭A(yù)進(jìn)停止：軌跡逼近弧線的起始處即是當(dāng)前語(yǔ)句的終點(diǎn)，即預(yù)進(jìn)停止被取消，機(jī)器人控制系統(tǒng)可以執(zhí)行下一個(gè)語(yǔ)句，機(jī)器人繼續(xù)移動(dòng)。,在

13、這兩種情況下，機(jī)器人沿軌跡逼近弧線移動(dòng)。確切地說(shuō)可以進(jìn)行軌跡逼近，只是時(shí)間上會(huì)有推遲。這一特性與LIN運(yùn)動(dòng)、CIRC運(yùn)動(dòng)或PTP運(yùn)動(dòng)相反，如果常規(guī)運(yùn)動(dòng)因?yàn)樯鲜鲈虿荒苘壽E逼近，則會(huì)精確移至目標(biāo)點(diǎn)。在MSTEP和ISTEP程序運(yùn)行方式中沒(méi)有軌跡逼近，原因如下：1）在MSTEP和ISTEP程序運(yùn)行方式下，即使在軌跡逼近時(shí)也會(huì)精確移至目標(biāo)點(diǎn)。2）在從樣條組軌跡逼近至樣條組時(shí)，精確暫停的結(jié)果是第一個(gè)樣條組的最后一個(gè)段的軌跡和第二個(gè)樣條組的

14、第一段的軌跡與GO程序運(yùn)行方式下不同。3）這兩個(gè)樣條組中的所有其他段的軌跡與MSTE、ISTEP和GO模式下的軌跡相同。,以樣條組替代軌跡逼近的CP運(yùn)動(dòng)若以樣條組替代傳統(tǒng)軌跡逼近的CP運(yùn)動(dòng)，則必須對(duì)程序進(jìn)行下列更改：1、用SLIN-SPL-SLIN替代LIN-LIN2、用SLIN-SPL-SCIRC替代LIN-CIRC 在用SLIN-SPL-SCIRC替代LIN-CIRC時(shí)，建議使SPL有一段進(jìn)入原來(lái)的圓周內(nèi)，這樣SCI

15、RC開(kāi)始就晚于原來(lái)的CIRC。 機(jī)器人在對(duì)常規(guī)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行軌跡逼近時(shí)，要對(duì)角點(diǎn)進(jìn)行編程，而在樣條組中，則對(duì)軌跡逼近的起點(diǎn)和終點(diǎn)處的點(diǎn)進(jìn)行編程。,例如機(jī)器人在對(duì)圖所示的樣條進(jìn)行編程時(shí)，要對(duì)P1A和P1B點(diǎn)進(jìn)行確定，確定方法有如下幾條：1）駛過(guò)軌跡逼近的軌跡，通過(guò)觸發(fā)器儲(chǔ)存所希望的位置。2）在程序中用KRL計(jì)算這兩個(gè)點(diǎn)。3）可從軌跡逼近標(biāo)準(zhǔn)中得出軌跡逼近起點(diǎn)，軌跡逼近終點(diǎn)取決于編程設(shè)定的速度。,P1A-軌跡逼近起點(diǎn)P1B-

16、軌跡逼近終點(diǎn),機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)執(zhí)行過(guò)程中，即便P1A與P1B正好在軌跡逼近的起點(diǎn)和終點(diǎn)處，SPL軌跡也不會(huì)精確的與軌跡逼近弧線吻合。為了能得到精確的軌跡逼近弧線，必須在樣條上插入附加點(diǎn)，通常插入一個(gè)點(diǎn)就足夠，如圖所示，左圖為未插入附加點(diǎn)的軌跡，右圖為插入附加點(diǎn)的軌跡，已完全吻合。,,對(duì)于段序列SLIN-SPL-SLIN，通常要求SPL段在兩條直線的較小交角之內(nèi)運(yùn)行。根據(jù)SPL段的起點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)，該軌道也可能在此范圍之外運(yùn)行，如下圖所示。

17、只有當(dāng)滿足以下條件時(shí)，軌跡才在該范圍內(nèi)運(yùn)行。1）兩個(gè)SLIN段在其延長(zhǎng)線上相交。2）2/3≦a/b≦3/2,a-從SPL段的起點(diǎn)至SLIN段的交點(diǎn)的距離b-從SLIN段的交點(diǎn)至SPL段的目標(biāo)點(diǎn)的距離,CP樣條姿態(tài)引導(dǎo),機(jī)器人TCP在起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)處的方向可能不同。在CP樣條編程時(shí)必須選擇如何處理不同的姿態(tài)。姿態(tài)引導(dǎo)在選擇窗口“移動(dòng)參數(shù)”中選擇，共有四種方式：1、恒定的方向 TCP的姿態(tài)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保持不變。2、標(biāo)準(zhǔn)

18、 TCP的姿態(tài)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷變化。TCP在目標(biāo)點(diǎn)上具有編程設(shè)置的姿態(tài)。3、手動(dòng)PTP TCP的姿態(tài)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷變化。這是由手軸角度的線性轉(zhuǎn)換造成的。4、無(wú)取向 此選項(xiàng)僅用于CP樣條段。用于無(wú)需對(duì)一個(gè)點(diǎn)確定。若選擇了此選項(xiàng)，則機(jī)器人控制系統(tǒng)忽略對(duì)示教或編程過(guò)的點(diǎn)的姿態(tài)。機(jī)器人控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)周?chē)c(diǎn)的姿態(tài)計(jì)算出此點(diǎn)的最佳姿態(tài)，可以縮短節(jié)拍時(shí)間。,無(wú)取向姿態(tài)引導(dǎo)具有以下幾個(gè)屬性：1）在“步進(jìn)運(yùn)行”

19、和“單個(gè)運(yùn)行”程序方式下，機(jī)器人停止時(shí)的姿態(tài)為機(jī)器人控制系統(tǒng)計(jì)算出的姿態(tài)。2）如果在“無(wú)取向”的點(diǎn)上進(jìn)行語(yǔ)句選擇，機(jī)器人則采用機(jī)器人控制系統(tǒng)計(jì)算 出的姿態(tài)。SLIN運(yùn)動(dòng)方式下的姿態(tài)導(dǎo)引方式見(jiàn)下表。,SLIN運(yùn)動(dòng)姿態(tài)引導(dǎo),對(duì)于SCIRC運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，姿態(tài)導(dǎo)引的選擇與SLIN相同。此外，還可以為SCIRC運(yùn)動(dòng)確定姿態(tài)引導(dǎo)是以空間（基準(zhǔn)）為參照還是以軌道為參照。,SCIRC運(yùn)動(dòng)姿態(tài)引導(dǎo)參照方式,SCIRC運(yùn)動(dòng)方式下的姿態(tài)導(dǎo)引見(jiàn)下表所示,

20、對(duì)樣條組進(jìn)行編程,通過(guò)樣條組可以將多個(gè)運(yùn)動(dòng)合并成一個(gè)總運(yùn)動(dòng)，一個(gè)樣條組允許包含以下指令：①提供樣條功能的應(yīng)用程序包中的聯(lián)機(jī)指令②注釋和空行注：不允許包含其它指令如變量賦值或邏輯指令。,用聯(lián)機(jī)表單為CP樣條組編程CP樣條組聯(lián)機(jī)表單如下圖所示，參數(shù)含義見(jiàn)下表。,CP樣條組選項(xiàng)窗口坐標(biāo)系如下圖所示，參數(shù)含義見(jiàn)下表。,CP樣條組移動(dòng)參數(shù)選項(xiàng)窗口如下圖所示，參數(shù)含義見(jiàn)下表。,移動(dòng)參數(shù)選項(xiàng)窗口,參數(shù)含義,CP樣條組段中的編程,CP樣條段聯(lián)

21、機(jī)表單如下圖所示。,CP樣條段聯(lián)機(jī)表單參數(shù)含義如下表所示。,用聯(lián)機(jī)表單為PTP樣條組編程PTP樣條組聯(lián)機(jī)表單如下圖所示，參數(shù)含義見(jiàn)下表。,PTP樣條組選項(xiàng)窗口同CP樣條組，如圖2所示，參數(shù)含義見(jiàn)表2。,PTP樣條組選項(xiàng)窗口移動(dòng)參數(shù)如下圖所示，參數(shù)含義見(jiàn)下表。,SPTP段聯(lián)機(jī)表單如下圖所示，參數(shù)含義見(jiàn)下表。,用聯(lián)機(jī)表單為樣條單個(gè)運(yùn)動(dòng)編程,樣條單個(gè)運(yùn)動(dòng)SLIN的聯(lián)機(jī)表單如下圖所示，參數(shù)含義見(jiàn)下表。,SLIN運(yùn)動(dòng)方式移動(dòng)參數(shù)選項(xiàng)窗口如下圖

22、所示。,SLIN運(yùn)動(dòng)移動(dòng)參數(shù)選項(xiàng)窗口各個(gè)參數(shù)含義說(shuō)明見(jiàn)下表。,樣條單個(gè)運(yùn)動(dòng)SCIRC聯(lián)機(jī)表單如下圖所示。,樣條單個(gè)運(yùn)動(dòng)SCIRC聯(lián)機(jī)表單各個(gè)參數(shù)含義見(jiàn)下表。,SCIRC移動(dòng)參數(shù)與圓周配置選項(xiàng)窗口參數(shù)說(shuō)明如下兩圖所示。,SCIRC運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)參數(shù)窗口,SCIRC運(yùn)動(dòng)的圓周配置窗口,SCIRC移動(dòng)參數(shù)與圓周配置各個(gè)參數(shù)含義說(shuō)明見(jiàn)下表。,用聯(lián)機(jī)表單為樣條單個(gè)運(yùn)動(dòng)SPTP編程SPTP聯(lián)機(jī)表單如下圖所示。,SPTP聯(lián)機(jī)表單各個(gè)參數(shù)含義說(shuō)明見(jiàn)下表