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多用途機(jī)器人中工業(yè)機(jī)器人位置控制

1. 關(guān)節(jié)軸控制原理

絕大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人采用關(guān)節(jié)式運(yùn)動(dòng)形式，很難直接檢測機(jī)器人末端的運(yùn)動(dòng)，只能對各關(guān)節(jié)進(jìn)行控制，屬于半閉環(huán)系統(tǒng)，即僅從電動(dòng)機(jī)軸上閉環(huán)。

目前，工業(yè)機(jī)器人基本操作方式多為示教再現(xiàn)。示教時(shí)，不能將軌跡上的所有點(diǎn)都示教一遍，一是費(fèi)時(shí)，二是占用大量的存儲(chǔ)器。

依據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，機(jī)器人手臂關(guān)節(jié)在空間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃時(shí)，需進(jìn)行的大量工作時(shí)對關(guān)節(jié)變量的插值計(jì)算。插補(bǔ)是一種算法，對于有規(guī)律的軌跡，僅示教幾個(gè)特征點(diǎn)。例如，對直線軌跡，僅示教兩個(gè)端點(diǎn)（起點(diǎn)、終點(diǎn)）；對圓弧軌跡，需示教三點(diǎn)（起點(diǎn)、終點(diǎn)、中間點(diǎn)），軌跡上其他中間點(diǎn)的坐標(biāo)通過插補(bǔ)方法獲得。實(shí)際工作中，對于非直線和圓弧的軌跡，可以切分成若干個(gè)直線段或圓弧段，以無限逼近的方法實(shí)現(xiàn)軌跡示教。

2. 插補(bǔ)方式

（1）定時(shí)插補(bǔ) 每隔一定時(shí)間插補(bǔ)一次，插補(bǔ)時(shí)間間隔一般不超過25ms。

（2）定居插補(bǔ) 每隔一定距離插補(bǔ)一次，可避免快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，定時(shí)插補(bǔ)造成的軌跡失真，但也受伺服周期限制。

3. 插補(bǔ)算法

（1）直線插補(bǔ) 在兩示教點(diǎn)之間按照直線規(guī)律計(jì)算中間點(diǎn)坐標(biāo)。

（2）圓弧插補(bǔ) 按圓弧規(guī)律計(jì)算中間點(diǎn)。

4. 弧焊機(jī)器人編程技術(shù)

（1）示教編程示教編程是目前工業(yè)機(jī)器人廣泛使用的編程方法，根據(jù)任務(wù)需要，將機(jī)器人末端工具移動(dòng)到所需的位置及姿態(tài)，然后把每一個(gè)位姿連同運(yùn)行速度、焊接參數(shù)等記錄并存儲(chǔ)下來，機(jī)器人便可以按照示教的位姿再現(xiàn)。示教方式有兩種：

1）手把手示教（早期的機(jī)器人采用）。

2）示教盒示教（目前的機(jī)器人多采用）。

示教編程的優(yōu)點(diǎn)是不需要預(yù)備知識(shí)和復(fù)雜的計(jì)算機(jī)裝置，方法簡單、易于掌握。而它的缺點(diǎn)是占用生產(chǎn)時(shí)間，難于適應(yīng)小批量、多品種的柔性生產(chǎn)需要；編程人員工作環(huán)境差、強(qiáng)度大，一旦失誤，會(huì)造成人員傷亡或設(shè)備損壞；編程效率低。

（2）離線編程在算計(jì)機(jī)中建立設(shè)備、環(huán)境及工件的三維模型，對虛擬環(huán)境中的機(jī)器人進(jìn)行編程。它充分利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的成果，建立機(jī)器人及其工作環(huán)境的模型，再利用一些規(guī)劃算法，通過對圖形的控制和操作，在離線的情況下進(jìn)行編程。離線編程的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

1）減少機(jī)器人不工作時(shí)間。

2）改善了編程環(huán)境，使編程者遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的工作環(huán)境。

3）提高了編程效率與質(zhì)量，可適用高級(jí)語言對復(fù)雜任務(wù)進(jìn)行編程。

4）便于和CAD系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)CAD/CAM/Robotics一體化。因此，離線編程能夠提高工作效率和工作質(zhì)量，這是今后應(yīng)用和發(fā)展方向。