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    機器人控制系統

    機器人控制系統

     詳情說明

    關節機械手基本觀念介紹
    1. 空間坐標(位置與姿態)介紹
    機械手的坐標一般是指末端點的位置與姿態,可參考下圖,是一個六關節機械手,外加工具后的示意圖

    要表示空間坐標的信息,除了位置之外還有姿態,空間中的位置,就如一般理解并常用的(X, Y, Z),但是姿態信息(A, B, C)就不是這么容易理解了。
    在關節式機械手中(A, B, C)可以想成是機械手朝下時,第4, 5, 6關節轉動造成的姿態變化,此時機械手尖端所朝的方向是卡式坐標系的X,Y,Z三個坐標軸。

    實際運行時,第1, 2, 3關節的坐標不會是0,機械手尖端方向是由六個關節所復合影響的,但我們只在意其最終形成的尖端方向。
    2. 幾個ABC數值與實際機構姿態對照


    3. 各種坐標及其關聯性
    機械手的型式眾多,為了方便使用,需將馬達轉動的位置,經過機構型式與尺寸的專用算法,轉換為工具末端點的世界坐標表示法。這之中包含了幾項專用名詞,說明如下
    馬達坐標:馬達的實際坐標值,與機構間的同動無關。
    關節坐標:馬達坐標經過機構耦合關系轉換后的坐標值。(外觀上可視的機構狀態)
    世界坐標:以機械手底座中心為原點,工具末端點的的位置與姿態。
    正向運動學:由馬達坐標轉換到世界坐標的運算法則。
    反向運動學:由世界坐標轉換到馬達坐標的運算法則。


    自由度:空間坐標的表示法,包含XYZABC六個元素。當機械手軸數不足或設計方式差異時,可能會缺少某幾個元素。舉兩種型式的機械手為例,其自由度如下:


    為了限制機械手的移動范圍,需透過極限設定來達成,關節式機械手的極限分為三類:



    4. 各項坐標系介紹
    除了上述的馬達坐標、關節坐標、世界坐標外,為了方便校正點位、程序泛用性,程序移值的因素,通常會使用到與機構型式無關的坐標系,來進行表達工具末端點的位置與姿態,在此做一些說明
    5. 世界坐標系
    以機構定義的原點與方向為基準,以直角的XYZ三個方向軸為標準,所建立起來的坐標表示法。對每一種機構型式而言,工具末端點的世界坐標,就是相對于機構定義的原點與方向。



    6. 工作坐標系
    將機械手用于涂膠、拋光…等用途時,所有的動作是根據工件擺放的位置來決定,當產線需多臺機械手執行相同的工作,應該讓每臺機械手使用相同的加工程序,但是因為機臺與工件間的相對位置很難在安裝時獲得一致,因此需定義出坐標系,用來描述工件擺放的位置與旋轉角度。
    當您在編輯程序時,最好是依據某一工作坐標系,以便在后續動作的基準位置修改時,可以簡單的透過改變工作坐標系的定義,就完成程序的移轉,而不需重新修改相關的動作點位。
    如下圖,兩組工件是一樣的,只是所放置的位置與角度不同,因此在編輯程序時, 可以針對正常放置的工件,以工作坐標系的方式編輯路徑,當要對另一組工件加工時,只要將工作坐標系切換到該組工件的基準位置即可。


    7. 工具坐標系
    程序運行過程中,有時需依機械手尖端的方向進行移動,例如車床的取換料動作,需根據當下手臂末端的方向,直直伸入將工件取出及放入。因為機械手尖端一定會再安裝一個工具,故取名為工具坐標系。程序中當需要使用以當下姿態為參考進行動作時,即可設為使用工具坐標系。



    8. 運動行為與運動路徑說明
    運動行為與運動大致可分類如下:



    當使用路徑移動時,路徑可透過設定空間中的點坐標及其點位屬性來表示出來,下圖是一個點位屬性與形成路徑的示意圖:


    移動過程中,除了工具末端點為計算依據外,系統也會依據各設定點位的姿態,做一個合理的轉換。

    9. 記錄坐標說明
    在每一個程序中,都可以直接將運動路徑上的點直接填入,且行數不設限,若使用教導程序編輯,也可達到2000行。有時為了讓同一個程序可以在不同的機械手上運作,必需將關鍵的位置點記錄在程序檔案之外,再由各機械手進行校準這些關鍵位置點,來適應機械手安裝時的差異。此時記錄的
    內容是根據空間中的位置點,是記錄在「世界坐標記錄」中。另外針對某些特別用途,像是要運送機械到其他場所時,希望讓機械手固定在某一角度姿勢,也可將這個姿勢記錄起來,以便要搬移前可以很快的調整到該姿勢。此時記錄的內容是根據各關節的角度,是記錄在「關節坐標記錄」中。