机器人工作空间配置的可靠性规划
机器人工作空间的名词解释
机器人工作空间的名词解释机器人工作空间，是指机器人在其操作范围内可以自由移动和执行任务的三维空间。
它是机器人工作过程中的一个重要概念，对于机器人的路径规划、任务执行和人机协作都具有重要意义。
1. 机器人工作空间的定义和要素机器人工作空间是机器人在执行任务时所能够到达的空间范围。
一个机器人的工作空间通常由几个要素组成：- 可操作区域：指机器人的可移动区域，通常由机器人的运动范围和机构结构决定。
- 墙壁和障碍物：指机器人工作空间中的固定物体，可能会影响机器人的路径规划和任务执行。
- 人体工作区域：如果机器人需要与人进行协作，那么人的活动范围也需要考虑在机器人工作空间中。
2. 机器人工作空间的控制和规划机器人工作空间的控制和规划是确保机器人能够高效完成任务的重要环节。
工作空间控制通常包括以下方面：- 位置控制：机器人需要能够准确地控制自身在工作空间中的位置。
- 路径规划：机器人需要在考虑到工作空间中的障碍物和限制条件下，规划最优路径以完成任务。
- 动态障碍物避让：如果机器人在工作过程中遇到动态障碍物（如人体），需要能够及时避让以确保安全。
3. 机器人工作空间的优化与扩展随着机器人技术的不断发展和应用，人们对机器人工作空间的优化和扩展提出了更高的要求。
- 灵活性和可调性：机器人工作空间应能够根据不同任务和环境的需求进行灵活调整，以最大程度地发挥机器人的效能。
- 工作空间协调：当多个机器人共同工作时，需要保证各个机器人的工作空间之间互不干扰，避免冲突与碰撞。
- 联合工作空间：随着人机协作的不断深入，机器人的工作空间也需要考虑与人的工作空间的协调与融合。
4. 机器人工作空间的挑战和前景机器人工作空间的研究和应用面临诸多挑战和机遇：- 空间限制：机器人工作空间的大小和形状通常受到制约，如狭小的空间和复杂的环境。
- 动态环境：机器人在工作过程中可能会遇到动态环境和障碍物，如人体的移动。
- 多机器人协作：多个机器人在同一工作空间中协同工作，需要解决工作空间冲突和协调问题。
工业机器人的工作空间规划教程
工业机器人的工作空间规划教程工业机器人在现代制造业中扮演着重要的角色，它们能够提高生产效率、提升产品质量，甚至还能处理一些危险或重复性工作。
然而，为了确保机器人在工作中能够安全高效地操作，工作空间的规划是至关重要的。
本文将介绍工业机器人的工作空间规划教程，以帮助您合理规划机器人的工作环境。
一、确定机器人的工作区域首先，需要确定机器人的工作区域。
工作区域要足够大，以容纳机器人的移动和操作，并确保不会与其他设备或人员发生碰撞。
确定机器人的工作区域时，需要考虑以下因素：1. 机器人的运动范围：根据机器人的尺寸和工作任务，确定机器人需要的运动范围。
机器人通常具有可编程的轨迹和工作空间，可以根据具体需求进行调整。
2. 安全间距：要确保机器人的运动不会造成危险，应在机器人工作区域周围预留一定的安全间距，以防止碰撞事故的发生。
3. 操作人员的工作区域：机器人工作区域应与操作人员的工作区域相分离，并设置明确的安全标识。
尽量将操作人员与机器人的工作区域隔离开，以减少事故的发生。
二、安全措施的考虑在工业机器人的工作空间规划中，安全措施是必不可少的一部分。
以下是一些常见的安全措施：1. 安全围栏：对于高风险的工作环境，可以设置安全围栏来限制机器人的行动范围。
安全围栏应该具有足够的强度和稳定性，以保护工作人员免受机器人的伤害。
2. 机器人的安全装置：机器人通常配备有安全装置，如机器人手臂上的碰撞传感器或视觉传感器。
这些安全装置可以监测周围环境，并在检测到障碍物或人员时停止机器人的运动。
3. 安全标识和警示灯：在机器人的工作区域周围设置明显的安全标识和警示灯，以提醒工作人员注意机器人的运动和操作。
4. 培训和教育：在规划工业机器人的工作空间时，操作人员的培训和教育也是重要的。
他们应该了解与机器人操作相关的安全规范和标准，并掌握正确的操作方法。
三、考虑机器人与其他设备的协调在工业生产线上，机器人往往需要与其他设备和机械装置进行协调工作。
工业机器人路径规划与控制系统设计
工业机器人路径规划与控制系统设计工业机器人是一种广泛应用于制造业中的自动化设备，能够准确、高效地执行各种重复性的操作任务。
在实际应用中，工业机器人的路径规划与控制系统设计是至关重要的一步。
本文将从路径规划和控制系统设计两个方面对工业机器人进行深入探讨。
一、路径规划路径规划是指确定机器人从起始位置到目标位置的最佳路径的过程。
在工业机器人的路径规划中，最常用的方法是基于几何模型的方法和基于规则的方法。
基于几何模型的方法是指根据机器人的运动学模型和环境的几何信息来寻找最佳路径。
这种方法通常包括离散化、逆运动学求解、步进运动和碰撞检测等步骤。
其中，离散化将工作空间分成有限个小块，逆运动学求解求解机器人关节角，步进运动对路径进行逐步优化，碰撞检测避免机器人与障碍物的碰撞。
这种方法的优点是精度高、路径规划效果好，但计算量较大。
基于规则的方法是指利用经验规则和启发式算法来制定路径规划策略。
这种方法通常包括顺序规则、随机规则和遗传算法等。
其中，顺序规则按照特定的优先级顺序选择路径，随机规则根据随机数选择路径，遗传算法通过模拟生物进化的方式搜索最佳路径。
这种方法的优点是计算量小、速度快，但路径规划效果相对较差。
二、控制系统设计控制系统设计是指为工业机器人设计一个合适的控制系统，使其能够按照路径规划的要求精确执行任务。
在工业机器人的控制系统设计中，常见的方法包括关节空间控制、工具空间控制和混合控制。
关节空间控制是指通过控制机器人各个关节的角度来实现运动控制。
这种方法通常包括PID控制、反馈控制和前馈控制等。
其中，PID控制是常用的运动控制方法，通过调整比例、积分和微分参数来实现控制精度和稳定性的平衡。
反馈控制通过测量机器人当前位置和速度进行实时控制，前馈控制通过预测目标位置来提前调整控制信号。
关节空间控制的优点是控制精度高、响应速度快，但需要较为复杂的运动学模型。
工具空间控制是指直接控制机器人末端执行器的位置和姿态来实现运动控制。
工业机器人路径规划与优化设计
工业机器人路径规划与优化设计工业机器人是一种能够自动操作和完成各种任务的机械设备，广泛应用于制造业。
路径规划与优化是工业机器人领域中的一个重要问题，它涉及到如何使机器人在执行任务时能够选择最优路径，以提高工作效率和减少时间浪费。
本文将探讨工业机器人路径规划与优化设计的原理与方法。
一、路径规划的概念和意义路径规划是指在给定起点和终点的情况下，找到一条连接起点和终点的最佳路径的过程。
在工业机器人中，路径规划的目标是使机器人在遵循预定约束条件下到达目标位置，完成任务。
路径规划的意义在于能够优化机器人的行走轨迹，使其能够快速、高效地完成工作任务。
二、路径规划的方法1. 图搜索算法图搜索算法是一种常用的路径规划方法，它根据工作环境的拓扑结构，将机器人的工作空间分为一个个离散的节点，然后通过搜索图上的节点和边，找到从起点到终点的最短路径。
常用的图搜索算法包括Dijkstra算法、A*算法和增强现实路径规划算法等。
2. 采样规划算法采样规划算法是另一种常用的路径规划方法，它通过在机器人的工作空间内随机采样一些点，然后利用这些采样点构建路径，从而实现路径规划。
常用的采样规划算法包括Rapidly-exploring Random Trees (RRT) 算法和Probabilistic Roadmaps (PRM)算法等。
3. 进化算法进化算法是一类通过模拟生物进化过程来进行路径规划的方法，它利用遗传算法、粒子群优化等方法，通过不断迭代产生新的候选解，并通过评估函数逐渐优化路径，最终找到最佳路径。
进化算法能够在复杂和多约束的环境中找到较好的路径。
三、路径规划的优化设计路径规划的优化设计是指通过改进路径规划的算法和方法，提高机器人路径规划的效果。
具体包括以下几个方面：1. 搜索空间的减少通过对工作环境进行建模和分析，可以剔除一些不必要的搜索空间，从而减少路径规划的时间和计算复杂度。
例如，利用先验知识和规则对环境进行划分，可以在搜索时排除一些不可行的路径。
人机协作环境中安全高效的路径规划方案
人机协作环境中安全高效的路径规划方案在人机协作环境中，安全高效的路径规划是确保生产效率和人员安全的关键。
随着自动化技术的不断发展，机器人在工业、医疗、物流等领域的应用越来越广泛。
然而，这些环境中往往同时存在着人类工作人员，这就要求机器人在执行任务时，必须能够实时地、安全地规划出最优路径，避免与人类发生碰撞，同时保证任务的高效完成。
一、人机协作环境中路径规划的重要性在人机协作的环境中，路径规划不仅仅是为了提高效率，更重要的是确保人员的安全。
机器人在执行任务时，需要考虑多种因素，包括但不限于工作环境的动态变化、人类工作人员的行为模式、以及各种潜在的障碍物。
有效的路径规划方案能够确保机器人在复杂的工作环境中，以最小的风险和最快的速度完成任务。
1.1 路径规划与生产效率在工业生产中，时间就是金钱。
一个高效的路径规划方案可以帮助机器人减少不必要的移动，缩短任务执行时间，从而提高整体的生产效率。
此外，通过优化路径，还可以减少能源消耗，降低运营成本。
1.2 路径规划与人员安全在人机协作的环境中，确保人员安全是首要考虑的问题。
机器人在规划路径时，必须能够识别并避开人类工作人员，防止发生碰撞事故。
这不仅涉及到机器人的感知能力，还要求路径规划算法能够实时响应环境变化，做出快速而准确的决策。
1.3 路径规划与环境适应性工作环境往往是动态变化的，可能存在临时的障碍物或者路径变更。
一个优秀的路径规划方案需要具备良好的环境适应性，能够快速识别并适应这些变化，重新规划出安全高效的路径。
二、人机协作环境中路径规划的挑战在人机协作的环境中，路径规划面临着多重挑战，这些挑战来自于环境的复杂性、机器人的感知限制、以及算法的计算能力。
2.1 环境复杂性工作环境中可能存在各种障碍物，如机器、设备、物料等。
这些障碍物的位置和形状可能随时变化，增加了路径规划的难度。
此外，人类工作人员的行为模式也是不可预测的，他们可能在任何时候出现在机器人的路径上。
机器人风险评价
机器人风险评价引言概述：随着科技的不断发展，机器人在各个领域的应用越来越广泛。
然而，机器人的使用也带来了一定的风险。
为了确保机器人的安全性和可靠性，机器人风险评价成为了一项重要的工作。
本文将从五个方面详细阐述机器人风险评价的内容。
一、机器人硬件风险评价1.1 机器人结构安全性评估：评估机器人的结构是否具备足够的强度和稳定性，以承受其工作过程中可能遇到的各种力和压力。
1.2 机器人电气安全性评估：评估机器人电气系统的设计和组装是否符合相关的安全标准，以防止电气故障导致的火灾和触电等风险。
1.3 机器人传感器安全性评估：评估机器人的传感器系统是否能够准确地感知周围环境，以及传感器本身是否存在故障和误差。
二、机器人软件风险评价2.1 机器人控制软件评估：评估机器人的控制软件是否具备足够的稳定性和可靠性，以确保机器人能够按照预定的程序和指令进行工作。
2.2 机器人自主决策评估：评估机器人的自主决策能力是否符合预期，以避免机器人在复杂环境下做出不合理的决策，导致意外事件的发生。
2.3 机器人网络安全评估：评估机器人的网络连接是否安全，以防止黑客攻击和未经授权的远程访问，确保机器人的数据和功能不被恶意利用。
三、机器人工作环境风险评价3.1 机器人工作空间评估：评估机器人的工作空间是否合理规划，以确保机器人在工作过程中不会与人员或其他物体发生碰撞和冲突。
3.2 机器人安全防护评估：评估机器人的安全防护措施是否到位，以防止机器人的运动部件对人员造成伤害或危险。
3.3 机器人环境适应评估：评估机器人在不同环境下的适应能力，以确保机器人能够适应各种复杂的工作场景和工作条件。
四、机器人操作风险评价4.1 机器人操作培训评估：评估机器人操作员的培训情况，以确保操作员具备足够的技能和知识，能够正确、安全地操作机器人。
4.2 机器人操作界面评估：评估机器人的操作界面是否友好和易于使用，以减少误操作和操作失误的风险。
4.3 机器人操作规程评估：评估机器人的操作规程是否清晰明确，以确保操作员能够按照规程进行操作，减少操作风险。
智能制造中的工业机器人路径规划算法
智能制造中的工业机器人路径规划算法智能制造技术的快速发展已经深刻地改变了传统制造业的格局。
其中，工业机器人作为智能制造的重要组成部分，已经成为现代工厂中不可或缺的设备。
而在工业机器人的运行过程中，路径规划算法的优化对提高生产效率和质量至关重要。
工业机器人路径规划算法的目标是确定机器人在执行特定任务时的最佳路径，以实现高效、准确、安全的运动。
路径规划算法需要考虑到机器人的动作限制、环境障碍物及约束条件等因素，并在此基础上寻找出最优的运动路径。
下面将详细介绍工业机器人路径规划算法的几种常见方法。
1. 规划图法（Graph-based Approaches）规划图法是工业机器人路径规划中最常见的方法之一。
它将工作空间分割成一系列小区域，将机器人的运动状态表示为图的形式。
常用的规划图法有网格法（Grid-based）、可视图法（Visibility-based）等。
网格法将工作空间划分为规则网格，并利用图搜索算法寻找最短路径。
可视图法则通过将工作空间映射为一个具有节点和边的图，从而简化路径规划问题。
2. 最短路径搜索算法（Shortest Path Search）最短路径搜索算法是一类广泛应用于工业机器人路径规划中的算法，其中最著名的是A*算法和Dijkstra算法。
这些算法通过确定机器人运动的最佳路径来优化机器人的移动效率。
它们基于图的搜索算法，通过评估每个路径的代价函数，找到最短路径。
代价函数可以包括路径长度、风险因素、时间等。
3. 启发式搜索算法（Heuristic Search）启发式搜索算法是一种经典的路径规划算法，目的是通过启发式函数（heuristic function）来指导搜索过程，以快速找到最优解。
其中，A*算法是一种常见的基于启发式搜索的路径规划算法。
该算法通过启发式函数估算每个节点的价值，并根据这些价值来优先搜索最有潜力的路径。
4. 遗传算法（Genetic Algorithm）遗传算法是一种模拟自然选择和遗传机制的优化搜索算法。
工业机器人的性能评估与选择标准
工业机器人的性能评估与选择标准工业机器人作为现代制造业中不可或缺的重要设备，承担着提高生产效率、降低劳动强度和提高产品质量等重要职责。
如何评估和选择工业机器人的性能成为企业面临的重要挑战。
本文将就工业机器人的性能评估与选择标准进行详细探讨。
一、性能评估工业机器人的性能评估是为了确定其适用性和优劣程度。
以下是几个常用的性能评估指标：1. 负载能力：负载能力是指机器人能够承受的最大重量。
根据不同应用需求，选择适当负载能力的机器人非常重要。
2. 工作空间：工作空间是指机器人能够覆盖的有效范围。
根据生产线的排布和产品尺寸等因素，选择具备足够工作空间的机器人是必要的。
3. 精度和重复性：精度和重复性是机器人进行精细动作和重复动作的能力。
高精度和重复性可以确保产品质量的一致性。
4. 速度和加速度：速度和加速度是机器人执行任务所需要的时间和动力学性能。
根据生产需求，选择具备足够速度和加速度的机器人能够提高生产效率。
5. 稳定性和可靠性：稳定性和可靠性是机器人在长时间运行中的表现。
机器人应具备稳定的性能和良好的故障诊断能力，以确保生产过程的连续性。
二、选择标准在评估了机器人的性能后，根据企业的具体需求确定选择标准是非常重要的。
以下是几个常用的选择标准：1. 成本效益：成本效益是在选择机器人时需要考虑的重要指标。
除了机器人本身的价格，还需要考虑周边设备、维护成本和培训成本等因素。
2. 编程和操作：机器人的编程和操作界面需要简单易用，以降低培训成本。
同时，机器人还应支持方便灵活的编程模式，以适应不同的生产需求。
3. 可扩展性和灵活性：机器人应具备可扩展性和灵活性，以适应生产线的变化和技术的更新。
选购具备模块化设计和开放式控制系统的机器人是明智的选择。
4. 供应商支持：供应商的支持对于机器人的选择与后期维护非常重要。
选择具备良好售后服务和及时技术支持的供应商可以避免潜在的风险。
5. 安全性：在选择机器人时，安全性是一个不可忽视的因素。
机器人工作空间规划与优化
机器人工作空间规划与优化随着科技的不断进步和人工智能的快速发展，机器人正成为现代工业生产的重要组成部分。
机器人的智能化和自主性能力不断提高，其能够在工厂、仓库等各种场景中完成各种复杂的工作任务。
然而，机器人的工作空间规划与优化问题也逐渐凸显出来。
机器人的工作空间规划主要是指如何合理地规划机器人在工作环境中的移动和操作范围，以提高其工作效率和灵活性。
对于机器人来说，工作空间是其日常工作的核心要素，不仅涉及到运动范围的限制，还包括与人和其他机器人的协同工作等方面的问题。
首先，机器人的工作空间必须考虑到其自身的运动能力和限制。
不同类型的机器人具有不同的运动方式和移动能力，因此在规划工作空间时必须充分考虑到机器人的这些特性。
例如，一些机器人可以自由移动，而另一些机器人则需要在固定轨道上运动。
在规划机器人的工作空间时，需要综合考虑机器人的机械结构限制、工作载荷和运动半径等因素。
其次，机器人的工作空间规划还需要考虑到与人的安全协同工作。
随着机器人在工业生产中的广泛应用，与之共同工作的人越来越多。
因此，机器人的工作空间规划必须确保机器人与人的安全距离，以避免潜在的伤害风险。
这可以通过设置传感器和防护装置等方式来实现。
此外，机器人的动作和路径规划也需要考虑到与人的协同工作，以确保工作的高效和安全。
另外，机器人的工作空间规划还需要综合考虑与其他机器人的协同工作。
在某些工业场景中，多个机器人可能需要在同一时间内完成各自的工作任务，因此机器人的工作空间规划也需要考虑到多机器人之间的协作问题。
在规划机器人的工作空间时，可以利用机器人之间的通信和协作技术，将各个机器人的工作区域分配合理，以避免冲突和重复。
这需要综合考虑机器人的工作负载、工作优先级和任务时限等因素，以确保多机器人的高效协同工作。
最后，机器人的工作空间规划还需要考虑到环境的动态性。
在工业生产环境中，机器人的工作空间往往会受到环境条件的变化和不确定性的影响。
例如，工作场所可能存在障碍物的移动和新增的情况，可能会影响机器人的工作范围和路径规划。
做机器人工作注意事项
做机器人工作注意事项机器人工作已经逐步走进我们的生活，越来越多的企业开始引进机器人来提高生产效率和降低成本。
然而，机器人工作也面临着许多风险和挑战。
在这篇文章中，我将就机器人工作注意事项详细阐述。
1、机器人工作环境安全机器人工作需要安排一个安全的工作环境，避免机器人与人的直接接触，同样也需要防止机器人与其他机器设备碰撞。
机器人的工作站和工作空间的划分一定要合理，必要时还需要配置安全栏。
此外，机器人的安全气囊、安全传感器、安全门等配合起来，以确保机器人的安全工作。
2、机器人的众多部件的安全运行机器人的尺寸大、动力强，一旦发生故障可能会造成严重的人身伤害或机器设备损坏。
因此，操作人员需要了解机器人的结构及操作流程，避免对机器人操作不规范。
同时，需要及时更新机器人的固件，确保使机器人持续稳定、高效运行。
3、机器人必须合理维护机器人在工作中所需要的各类设备，每个部件在使用时间上会有不同的需求，如液压泵、润滑油和冷却系统等。
必须建立完善的机器人设备维护计划，每日或每周检查机器人各个部件的运行状况，包括风扇、发动机和润滑油等设备，这样可以检测出来问题，在第一时间抢救它们并避免恶化。
4、机器人的正常运行需要程序控制机器人与人操作不同，机器人工作是通过程序进行控制的。
因此，程序配置需要维护清单，每次操作时都要使用相应的程序，确保机器人能够正常高效地运行。
在程序设计中，必须考虑到机器人工作的安全风险，避免机器人在操作过程中走出预定的区域，引起安全事故等问题。
5、要让机器人工作效率尽可能的高机器人的工作效率是衡量机器人好坏的主要标准之一。
为了让机器人的工作得到最大化的效益，操作人员需要对机器人的运行速度、运动轨迹进行精确计算，以尽可能的提高机器人的工作效率。
总之，机器人的操作维护是一项非常重要的工作。
在机器人操作过程中，必须严格遵守相关规范，合理规划机器人的工作环境和空间，确定机器人的安全防护措施，全面维护机器人各类部件的工作状况，合理的编制机器人程序等，这样才能保证机器人的安全及正常运转，高效地完成各项任务。
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当这种对应 的相互关 系呈现线性 时 , 各 关节每一 次动 q tj 又一般满足正态分布 , 则有 S ( qij ) = sj ∀ qij ( qij ) = cj ∀ qij
( 6)
式中 : S 与 分别为误差分布的均值和方差 ; 误差系数 sj 与 cj 可根据机器人各关节传动机构的精确度及相关实验 综合 确定。 2. 2 机器人工作空间配置的数学描述与可靠性评价 在机器人工作空间 中 , 定时或 不定时地 出现 一些障 碍 物 , 使得机器人的任何部 分不得 在障碍 物存在的 几何空 间 内通过 , 障碍物所存在的 凸几何 空间及 其机器人 工作空 间 的边界即构成机器 人关节 运动的几 何约束 , 该几 何约束 可 以用各个面的几何方程 描述 , 即 f k ( q 1 , q 2, ! , q m ) 0 ( 7) k = 1, 2, !, s 式中 : s 为几何约束方程数 ; q 1, q 2, !, qm 为机器人工 作空 间的广义坐标。 对于在工作空间中 定时出 现的障 碍物 , 可以 约束激 活 的方式实现。生成激活函数
图1 机器人运动控制
因此机 器人 的 位姿 特 性 可以通过伺服系统 进行修 正 , 也 就是说 无论指令 所给出 的 要求是怎样的 , 只要指令 所提出 的要求 在机器人 的工作 空 间内或者与机器人 的设计 要求没有 冲突 ,作失效 ,
机器人的工作空间是指机器人末端执行器工具中心点 所能到达的空间点的集 合。一般而 言 , 臂部的 自由度 主要 用来确定手部及工件 ( 或工 具 ) 在空间 运动的范 围或位 置 , 而腕部的自由度主要是用来调整手部及工件 ( 或工具 ) 在空 间的姿态。显 然 , 机 器人 的工 作空 间取 决 于臂 部的 运 动。 机器人的工 作空间及其 在此空间 内的运 动规划 问题 , 一直 是机器人研 究的主要问 题 , 研 究的出 发点涉 及机器人 运动 学、 动力学及机器人控制等许多方面。但是 , 根据系统科学 的基本观点 , 相互联系、 相 互影响、 相互 作用的 组成部 分称 作系统结构 , 系统结构与系统环境决定系统功能 [ 1] , 机器人 的性能实现必然与其工作环境与工作过程密切相关。从这 个角度出发 , 机器人在其工作空间的运动规划问题 , 应在针 对机器人系统及其隶属的复杂系统等多个层面上展开。 机器人系统的动作可 靠性是机器人性能 的一个重要指 标, 根据可靠性的基本概念 , 机器人动作可靠度的定义 : 机器 人在规定的工作时间及 规定的使用条件 下, 准确、 及时并协
第 23 卷 第 2 期 2004 年 2月
机械科学与技术 MECHANICAL SCIENCE AND T ECHNOLOGY
Vol. 23 No. 2 February 2004
文章编号 : 1003 8728( 2004) 02 0200 03
机器人工作空间配置的可靠性规划
段齐骏
( 南京理工大学 机械工程学院 , 南京 210094)
~ # #
k(
t)
0
( 9)
! ! Aj ∀
j= 1
qi qij Qj
! !
qm ]
T T
( 2) ( 3) ( 4)
R = P ( qi qi 为工作空间的广义坐标
qi)
qmj ]
Q= 式中 :
s. t. Fk ( q 1, q 2, !, qm , t) 0 求 : 工作空间内各广义坐标方向上位 置频度的最 优分 布。 3 实例分析 某柔性制造系统刀 具流换刀机器人为一带导轨的圆柱 坐标机器人 , 有四 个运 动自由 度 ( 如图 2) 。其 工作 任务 是 在刀具库与加工中 心之间 抓取刀具 , 完 成刀具库 与加工 中
k(
qi
( 1)
时 , 机器人系统可以完成动作 , 式中 qi 为系统的广义坐标。 2 机器人工作空间配置的可靠性评价方法 机器人工作空间的结构 及其工 作空间 的规划 配置 , 一 般与机器人所要完成的任务有密切关系。根据现有工业机 器人关节运动副的类型 , 可以 分为 : 直角坐 标型、 圆柱 坐标 型 , 球坐标型和多关节型。 机器人工作空间的规划配置 , 包括以下几 个部分 : ( 1) 工作空间的基本设计 , 包括形状、 大小的确定 ; ( 2) 工作 空间中 工作 对象位 置的 设计确 定 , 此项 设计 与机器人末端执行器运动轨迹规划 ( 各关节运动规划 ) 密切 相关 ; ( 3) 工作空间中监测设备的安置 ; ( 4) 工作空间中可能存在之运动物 体的运动 轨迹与时 间的设计确定。 2. 1 机器人末端执行器运动误差 分析 进行机器人工作空间的基本设计时 , 首先根据机器人实 际功用要求 , 确定机 器人类型 , 而后 根据任务的具 体情况设 计机器人各关节的结构参数 , 从而最终确定机器人工作空间 的形状和大小[ 2] 。一旦机器人的工作空间确定后 , 工作空间 的内部规划配置将直接关系到机器人的动作可靠度。 对于一 个空间结构具有 n 个运动 关节的机 器人而 言 , 其末端执行 器工具中心 点的位移 误差 , 源于 组成系统 各运 动关节的 动 作误 差 qij ( j = 1, 2 , !, n) 为 对应 各 运动 关 节 ; i = 1, 2, !, m 为 对应 各关 节坐标。 将机 器人系 统末 端执行器工具中心点的总位移误差及各关节基于其关节坐 标的误差写成矩阵形式 , 则有 Q = [ q1 Q j = [ q 1j q2 q 2j
Q 的列元素为各广义坐标 方向上的系统位移误 差 ; Qj 的列元素为基于 第 j 关节坐 标的 位移误 差 ; Aj 为 坐标 各关节沿其坐标方向的运动误差 qij 与该运动的实际
转换矩阵。 运动距离 qij 之间存在对应的相互关系
202 心刀 具库 的更 换。根 据前 述 分析 , 刀 具 在 刀 具 库 的 放 置 位置 , 将 直 接 影 响 到 机 器 人 系统 完成 动作 的可 靠性 。本 文仅 以 刀 具 在 库 中 的 纵 向 ( 沿图 2 所 示 x 方 向 ) 配置 为 例 , 用 Monte carlo 抽样 仿真的 方法[ 3] , 比 较 纵 向 位 置 频 度
n
t) =
1 0
当t
[ tk , tk +
t k] 时 t k] 时
当 t ! [ tk , tk +
( 8)
式 中 : [ t k , tk + t k ] 为第 k 个约束存在的时段。 以激活函数 与前述几何约束方程共同构 成新的约 束方程组 , 以此 描述 机器人的实际工作空间 Fk ( q 1, q2 , !, qm , t ) = f k ( q 1, q 2, !, qm) k = 1, 2, !, s 由于机器人种类繁多 , 因而其工作性质有较大差异 , 导 致末端执行器到工作空 间各点的位置频度呈现多种分布态 势 , 对机器人末端执行器至工作空 间各点 的位置 频度 f i 作 下述定义 , 即 # f i = dN / dq i ( 10) 用广义坐 标 矢量 q i 表 示末 端 执行 器所 到 达的 位置 , dN 即表示机器人作业过程中在 d q i 区域内出 现的次数。 因此 , 机器人工作空间配置的可靠性规划问题 , 即表现 为以下数学优化问题 , 即 目标函数 R = maxR
第 2期
段齐骏 : 机器人工作空间配置的可靠性规划 qij = 作作为独立要素 , ( qij )
201 ( 5)
其动作完成率 为 100% 。但 是 , 机器 人完 成动 作指 令 的质 量还是有差别的 , 比如 , 控 制系统的 指令发 出后 , 机器 人执 行机构一次运动精确到位的动作质量显然要比通过监控系 统多次修正以后到位的 动作质 量要高 的多。因此 , 在 关于 机器人动作可靠性的定义中 , 提出了在规定时间内准确 、 及 时并协调地完成动作的要求。在对机器人动作可靠性进行 评价时 , 均以一次运动能否精确到位作为评价的基本要 求。 考虑对于大 部分机器人 系统而言 , 位 移是其 能否完成 动作 的一个主要 技术指标 , 因此以 对机器 人系统 位移误差 的评 价作为对其动作可靠与否的判据。有机器人末端执行器工 具中心点的位移误差 qi , 当 qi
段齐骏
摘 要 : 机器人工作空间是机器人运行控 制的一个重要指标 。 本文依据动作可靠性的基本概念 , 结合机 器人动作可
靠性评价的基本要求 , 建立了机器人运动 误差分析模型 。 基于针对机器人工作空间配置的数学描述 , 给 出了机器人 工作空间配置的可靠性评价方法与规划策略 。 运用一个 4 自由度 机器人工作 空间规划分 析的实例 说明 , 机器人 工 作空间配置的可靠性规划 , 是全面完善系 统性能的一个有效途径 。 关 键 词 : 机器人 ; 工作空间 ; 可靠性 ; 规划 中图分类号 :T B114. 3 文献标识码 : A
收稿日期 : 2002 04 03 作者简介 : 段齐骏 ( 1964- ) , 女 ( 汉 ) , 江苏 , 副教授 , 博士 E mail: pylduan@ hotmail. com
调地完成规定功能的能力。当用概率来描述这种能力时 , 则 称为可靠度。显然 , 规定的使用条件包括工作空间及工作空 间的环境因素 , 比 如温度、 粉 尘等。由此 , 可 以肯定 , 机器人 的动作可靠性不仅与机器人本身的结构、 控制与工作方式有 关 , 还与机器人工作空间配置的合理性有相当大的关系。基 于提高或者保障系统可靠性的目的 , 本文试图就机器人工作 空间的合理配置 , 提出进行可靠性规划的方法。 1 机器人动作可 靠性评价的基本要求 从 系 统 的 角 度 看, 机 器 人一般服 务于 一个 复杂 系 统, 它 本 身 与 系 统 的 监 控 子 系统 有 着 频 繁 的 信 息 交 流 , 它的运动控制流程见图 1 。
Reliability Plan in the Arrangement of a Robot s Workspace DUAN Qi jun ( School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094) Abstract: Workspace of a robot is one of the most important factor, for robot s working and control. According to the concept of motion reliability, an analysis model for movement error is established by considering basic re quirement of robot mot ion reliability in this paper. Based on the mathematic representation of arrangement of robot workspace, the assessment method about the arrangement of robot workspace and the plan of workspace are given. By an actual example, which is the plan of workspace of robot with 4 freedoms, it is illustrated that the reliability plan of arrangement of robot workspace will be an effective way for improving the property of the sys tem comprehensively. Key words: Robot; Workspace; Reliability; Plan