机器人轴配置数据详解

　　机器人轴配置数据详解

　　在ABB机器人中，位置的表示与存储是通过 robtarget 数据类型来实现的。robtarget是用于定义机器人与机器人附加轴的移动指令中的位置的。当机器人能够以多种不同的方式达到相同位置时，同时规定轴配置。这次我们着重来剖析一下，轴配置的含义。

　　我们首先回顾一下robtarget数据的组成

　　CONST robtarget p10 :=?[ [600, 300, 225.3],?[1, 0, 0, 0],?[1, 1,0, 0],?[ 9E9, 9E9, 9E9, 9E9, 9E9, 9E9]?];

　　如上边举例所示，robtarget型数据由四部分组件构成：

　　trans（translation）组件：

　　用mm来表示工具中心点的位置（x、y和z）。规定相对于当前目标坐标系的位置，包括程序位移。如果未规定任何工件，则为世界坐标系。上例中，X坐标是600，Y坐标是300，Z坐标是225.3。

　　rot（rotation）组件：

　　工具方位以四元数的形式表示（q1、q2、q3和q4）。规定相对于当前目标坐标系的方位，包括程序位移。如果未规定任何工件，则为世界坐标系。上例中q1是1，q2、q3、q4都是0。

　　robconf（robot configuration）组件：

　　机械臂的轴配置（cf1、cf4、cf6和cfx）。以轴1、轴4和轴6当前四分之一旋转的形式进行定义。将第一个正四分之一旋转0到90°定义为0。组件cfx的含义取决于机械臂类型。上例中，cf1是1，cf4是1，cf6是0，cfx是0。这四个数的具体含义这次会在下面详细剖析。

　　extax（external axes）组件：

　　附加轴的位置。上例中没有附加轴。

　　下面我们正式解释一下轴配置中的四个数据的含义

　　以常见的6轴串联机器人为例，我们先来学习一下两个机器人中的基本概念——旋转轴与摆动轴。

　　机器人中的2轴、3轴、5轴属于摆动轴，摆动轴的运动范围在机械结构上是有限制的，原理上不能无限旋转。

　　机器人中的1轴、4轴、6轴属于旋转轴，旋转轴的运动范围在机械结构上是没有限制，原理上可以无限旋转。那么“轴配置参数”这个概念就是针对旋转轴的这一特性是发明的。这也就是为什么轴配置由cf1、cf4、cf6组成，它们其实就是代表着轴1、4、6的相关属性。那还有一个cfx呢？别着急，接着往下看。

　　上面说了，旋转轴理论上是可以无限旋转的，那就有可能在旋转的时候超过一圈。以ABB机器人的6轴为例，它的活动范围是-400度~+400度。那么当六轴旋转到10度的时候，怎么区分他是旋转了10度还是370度呢？因为他们所对应的机械位置是一样的。就是说如果我想让六轴转到10度的位置，那我是让它正转10度呢？还是正转370度呢？为了表述这个问题，我们为机器人轴的活动范围划分了象限。接着往下看。

　　

　　关节正角

　　

　　关节负角

　　关节旋转角四等分象限

　　

　　如上图所示，我们将旋转轴的活动范围通过划分象限来进行约束。如果一个的活动范围是-360度~+360度，那他的象限划分是这样的。

　　正转的时候：

　　在0~90度的时候对应象限0；

　　在90~180度的时候对应象限1；

　　在180~270度的时候对应象限2；

　　在270~360度的时候对应象限3.

　　反转的时候：

　　在0~-90度的时候对应象限-1；

　　在-90~-180度的时候对应象限-2；

　　在-180~-270度的时候对应象限-3；

　　在-270~-360度的时候对应象限-4.

　　上面的象限名称就对应着轴配置里面的数。假设一个机器人的cf1值为2，那么就代表当机器人运行到这个点的过程中，他们轴运动范围只能是180度~270度。哈哈，是不是一下子理解了呢？那么现在“四大魔头”只剩一个cfx没有解决了。cfx是什么含义呢？咱们接着往下看。

　　

　　

　　仔细看上面的两个图，有没有发现什么不同呢？当然它们TCP位置都是一样的。注意看4轴的“ABB”logo字样，我们发现，cfx=0时是正着的，cfx=1时是倒着的。我们下面再来看两个图。

　　

　　

　　还是同样的TCP位置，又出现了两种截然不同的姿态。这次不告诉你答案，再来找找看。再给你两个图。

　　

　　

　　又不一样了吧？别着急，还有最后两种情况。

　　

　　

　　好了，表演结束。对于六轴串联机器人cfx的情况就只有上述8种。再看一遍这8个图，能不能找到一个什么规律呢？

　　下面给出正解。

　　cfx用于从编号0到7的八种可能的机器人配置中选择一种。下表描述了有关如何相对于三个奇异点来放置机械臂的各种配置。下表对照着上面的8个图会比较好理解。

　　（上面提到了“奇异点”的概念，我们下次会提到）

　　cfx相对于axis 1的中心相对于lower arm的中心axis 5角度0在前面在前面正1在前面在前面负2在前面在后面正3在前面在后面负4在后面在前面正5在后面在前面负6在后面在后面正7在后面在后面负 到这里，想必大家就已经对轴配置的参数的含义比较了解了。cfx是决定机器人整体的姿态的，而cf1、cf4、cf6是决定对应的三个旋转轴的运动范围的。对于六轴串联机器人来说，cfx的取值范围是0~7，cf1、cf4、cf6的取值范围是-4~3。他们选择的最优原则是绝对值越小越好。通过这4个参数可以让机器人的轴组合方式有一个唯一性，但有一种情例外，那就是碰到“奇异点”的情况。“奇异点”是何方神圣，我们放在下一次介绍。

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