《智能生產(chǎn)線數(shù)字化集成與仿真》課件 任務(wù)3.1 機(jī)構(gòu)的自定義方式

配置外部軸機(jī)構(gòu)的自定義方式1定義機(jī)構(gòu)功能2定義機(jī)構(gòu)流程目錄機(jī)構(gòu)的自定義方式在PQArt軟件中，為了實(shí)現(xiàn)外部軸與工業(yè)機(jī)器人的協(xié)同運(yùn)動(dòng)，需要先完成外部軸的定義，外部軸的定義則需通過(guò)機(jī)構(gòu)自定義的方式完成。定義機(jī)構(gòu)功能1PQArt軟件中“定義機(jī)構(gòu)”位于下圖所示的功能菜單下，點(diǎn)擊即可進(jìn)行機(jī)構(gòu)的自定義。圖1定義機(jī)構(gòu)功能菜單主要用來(lái)定義10軸以內(nèi)（包含10軸）串聯(lián)型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和外部軸兩大類。其中，串聯(lián)型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)指的是組成機(jī)構(gòu)的各部分零部件，通過(guò)移動(dòng)關(guān)節(jié)(簡(jiǎn)稱P)或旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(簡(jiǎn)稱R)，首尾相連，形成的一個(gè)串聯(lián)型、非閉環(huán)構(gòu)造形式。外部軸指的是除去機(jī)器人本體上的軸，為了工作需要所以在加上的軸。在PQArt內(nèi)，一般指導(dǎo)軌、變位機(jī)、變位工具。通過(guò)給機(jī)器人增加外部軸關(guān)節(jié)，本質(zhì)上是增加了機(jī)器人的可達(dá)空間，加工的靈活性；從而使機(jī)器人在大小、型號(hào)不變的情況下，可以加工更加復(fù)雜、更加巨大的工件；使機(jī)器人可以勝任更加復(fù)雜的、多工位、多角度的加工工況。定義機(jī)構(gòu)功能1定義機(jī)構(gòu)功能1圖2虛擬產(chǎn)線中的多軸導(dǎo)軌定義機(jī)構(gòu)流程2下面講解在PQArt軟件中定義機(jī)構(gòu)的方法。定義機(jī)構(gòu)的流程如圖所示，包含模型的導(dǎo)入、模型預(yù)處理、機(jī)構(gòu)定義以及機(jī)構(gòu)定義檢測(cè)，下面分別對(duì)其中的注意事項(xiàng)以及要點(diǎn)進(jìn)行講解。導(dǎo)入模型模型預(yù)處理機(jī)構(gòu)定義機(jī)構(gòu)檢測(cè)圖3定義機(jī)構(gòu)流程(1)導(dǎo)入模型通過(guò)“輸入”來(lái)導(dǎo)入模型，軟件支持的CAD文件格式如下圖所示。定義機(jī)構(gòu)流程2圖4軟件支持的CAD文件輸入格式需要注意的是，將CAD模型導(dǎo)入PQArt軟件環(huán)境之前，建議將CAD模型中每個(gè)自定義連桿的部件裝配起來(lái)，每個(gè)連桿對(duì)應(yīng)于一個(gè)裝配。(2)模型預(yù)處理導(dǎo)入的模型，其零部件層次關(guān)系不一，定義機(jī)構(gòu)前需要對(duì)這些零部件進(jìn)行一下預(yù)處理，使之符合定義所要求的層次結(jié)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)零部件的樹結(jié)構(gòu)一般要求：根目錄為一個(gè)總裝，名字一般為機(jī)器人的官方名稱，子節(jié)點(diǎn)下依次為BASE、J1、J2…Jn排列。BASE為機(jī)構(gòu)的機(jī)座，J1~Jn為由機(jī)座端開始串聯(lián)機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)軸，注意命名順序要準(zhǔn)確。注意，環(huán)境中不允許有其他任何額外的零件/裝配，否則會(huì)彈出警告，阻止機(jī)構(gòu)的定義。定義機(jī)構(gòu)流程2在機(jī)器人加工管理樹中可以對(duì)導(dǎo)入PQArt軟件環(huán)境的場(chǎng)景文件進(jìn)行管理，選擇對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景文件后通過(guò)其右鍵菜單（如圖所示）中的功能，可以對(duì)場(chǎng)景文件進(jìn)行裝配、解除裝配和重命名操作，以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的預(yù)處理。定義機(jī)構(gòu)流程2圖5場(chǎng)景文件右鍵菜單完成模型預(yù)處理的前提下，可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的自定義。進(jìn)行機(jī)構(gòu)定義時(shí)，需要依次了解基礎(chǔ)知識(shí)、確認(rèn)機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)、關(guān)節(jié)檢查和參數(shù)輸入。①了解基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)入定義界面后，將會(huì)彈出對(duì)應(yīng)的彈窗，定義機(jī)構(gòu)涉及多方面知識(shí)，為了達(dá)到定義機(jī)構(gòu)的目標(biāo)，取得良好的定義效果，需要先了解基本的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)流暢操作。②確認(rèn)機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)一般運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在DH參數(shù)建模時(shí)以世界坐標(biāo)系為參考零點(diǎn)。定義機(jī)構(gòu)流程2③關(guān)節(jié)檢查關(guān)節(jié)數(shù)量=運(yùn)動(dòng)方式為平移的關(guān)節(jié)+運(yùn)動(dòng)方式為旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)。在模型預(yù)處理時(shí)，已經(jīng)規(guī)范對(duì)自定義的機(jī)構(gòu)進(jìn)行了關(guān)節(jié)軸的命名及劃分，軟件會(huì)自動(dòng)識(shí)別出機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)數(shù)。如果之前未對(duì)模型進(jìn)行預(yù)處理，則會(huì)彈出警告提示（如圖所示）。只有在模型預(yù)處理成功后才能進(jìn)行下一步的操作。圖6提示重新檢查裝配命名規(guī)范定義機(jī)構(gòu)流程2④參數(shù)輸入此處需要設(shè)定模型的DH參數(shù)、軟件零點(diǎn)、機(jī)械零點(diǎn)、各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)范圍及運(yùn)動(dòng)方向等，如圖所示，詳細(xì)的內(nèi)容說(shuō)明見表1。圖7機(jī)構(gòu)定義參數(shù)輸入界面定義機(jī)構(gòu)流程2表1機(jī)構(gòu)定義參數(shù)輸入內(nèi)容說(shuō)明選項(xiàng)內(nèi)容說(shuō)明機(jī)構(gòu)類型有通用機(jī)構(gòu)、變位機(jī)和導(dǎo)軌3種選項(xiàng)，可以根據(jù)實(shí)際定義的內(nèi)容選擇。機(jī)構(gòu)名稱目標(biāo)機(jī)構(gòu)的名稱。機(jī)構(gòu)品牌選擇與機(jī)構(gòu)匹配的品牌。定義機(jī)構(gòu)流程2表1機(jī)構(gòu)定義參數(shù)輸入內(nèi)容說(shuō)明（續(xù)）選項(xiàng)內(nèi)容說(shuō)明機(jī)構(gòu)型號(hào)用戶自行定義，以區(qū)分標(biāo)記自定義的機(jī)構(gòu)。姿態(tài)四元數(shù)和歐拉角兩種姿態(tài)表達(dá)方式，一般選用默認(rèn)的四元數(shù)方式。求逆解默認(rèn)選項(xiàng)根據(jù)機(jī)構(gòu)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)選擇機(jī)構(gòu)類型為導(dǎo)軌時(shí)，由于只涉及到線性運(yùn)動(dòng)，此處選項(xiàng)將鎖定。定義機(jī)構(gòu)流程2表1機(jī)構(gòu)定義參數(shù)輸入內(nèi)容說(shuō)明（續(xù)）選項(xiàng)內(nèi)容說(shuō)明逆解類型R：Revolute，代表旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；P：Prismatic，代表平移關(guān)節(jié)。常用選項(xiàng)說(shuō)明如下：3R1P表示常見的四軸機(jī)器人（旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)-平移-旋轉(zhuǎn)）。6R表示通用6軸機(jī)器人，該類型機(jī)器人的最后三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸交于一點(diǎn)。6R非球型：最后三軸不相交于一點(diǎn)的6軸旋轉(zhuǎn)機(jī)器人。后置類型選擇與當(dāng)前所定義的機(jī)構(gòu)相匹配的后置類型。若列表中無(wú)對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)類型，選擇“自定義”。選擇“自定義”需將提前準(zhǔn)備好的后置文件（格式為.ropost)導(dǎo)入進(jìn)來(lái)。三維球指定軸選擇指定軸后，將會(huì)激活對(duì)應(yīng)自定義機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)軸的三維球，用戶可以通過(guò)操作三維球調(diào)整軸的位置。定義機(jī)構(gòu)流程2選項(xiàng)內(nèi)容說(shuō)明軸坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到法蘭坐標(biāo)系的參數(shù)theta(°)表示坐標(biāo)系Z軸旋轉(zhuǎn)的角度；d(mm)代表Z軸平移的距離；a(mm)表示坐標(biāo)系X軸平移的距離；alpha(°)代表X軸旋轉(zhuǎn)的角度；軸類型有平移和旋轉(zhuǎn)兩種，需根據(jù)軸實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行設(shè)置。這四個(gè)參數(shù)存在先后順序，即坐標(biāo)系先按照設(shè)定角度旋轉(zhuǎn)Z軸，按照設(shè)定距離平移Z軸，然后再進(jìn)行X軸的平移與旋轉(zhuǎn)。繞Z軸或者X軸旋轉(zhuǎn)均遵從右手定則，即大拇指沿著Z軸或者X軸方向，四指彎曲方向?yàn)檎较颍╔軸始終垂直于YZ兩軸組成的平面）。在自定義機(jī)構(gòu)的過(guò)程中，是從世界坐標(biāo)系開始，依次轉(zhuǎn)換每個(gè)軸的坐標(biāo)系，Z軸方向決定的是每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)方向。表1機(jī)構(gòu)定義參數(shù)輸入內(nèi)容說(shuō)明（續(xù)）定義機(jī)構(gòu)流程2選項(xiàng)內(nèi)容說(shuō)明機(jī)械零點(diǎn)、最大限位、運(yùn)動(dòng)方向等機(jī)械零點(diǎn)：確定好運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械零點(diǎn)后，觀察當(dāng)前機(jī)構(gòu)模型與機(jī)械零點(diǎn)狀態(tài)是否有差異。若有差異，需要對(duì)各個(gè)軸的位置進(jìn)行調(diào)整。最大限位與最小限位：各個(gè)軸運(yùn)動(dòng)（平移/旋轉(zhuǎn)）的最大與最小距離/角度，即各軸的運(yùn)動(dòng)范圍。運(yùn)動(dòng)方向：設(shè)定