工业机器人控制轨迹规划及编程
wei简单的介绍了工业机器人控制轨迹规划和编程课程，可以参考下，开拓思路山东建筑大学备课纸第七章工业机器人的轨迹规划及编程轨迹规划轨迹规划是指根据作业任务要求,确定轨迹参数并实时计算和生成运动轨迹。它是工业机器人控制的依据,所有控制的目的都在于精确实现所规划的运动。机器人语言机器人具有可編程功能,因此需要用户和机器人之间的接口。为了提高编程效率,岀现了机器人编程话言,它以一种暹用的方式解决了人一机通信问题。机器人离线编程机器人离线编程系统是利用计算机图形学,建立机器人编程环境,从而可以脱离机器人工作现场进行编程的系统。由于不占用机动时间,提高了设备利用率。而且由于离线编程本身就是 CAD/CAM一体化的组成部分,有时可以直接利用CAD数据库的信息,大大减少了编程时间,提高了编程水平。7.1工业机器人的轨迹规划引言指定工业机器人执行某政接作作[加些约束条住轨迹的划和协关节坐标空间斗标空间轨迹规划涉及卜面三个问题◇要对机器人的任务进行描述,即对机器人的运动轨迹进行描述。◇根据所确定的轨迹参欻,如何在计算机内部描述所要求的轨迹。这主要是选择习惯规定以及合理的软件数据结构问题。◇对内部描述的轨迹进行实际计算。通常是在运行时间内按一定的速率计算出位置、速度和加速度,生成运动轨迹。二、轨迹规划的一般性问题工业机器人的作业可以描述成工具坐标系{相对于工作坐标系{S的一系列运动:图7-1作业的措述工具坐标系相对于工作坐标系的运动来描述作业路经把作业路径的描述与具体的机器人、手爪或工具分离开来,形成了模型化的作业描述方法。从而使这种描述既适用于不同的机器人,也适用于同一机器人上装吏不同规格的工具:2凯器具的症置程上置机器人从初始状态运动到终止状态的作业,看成是工具巫标系从初始位置T0}变化到终止位置Tf}的坐标变换变换包含了工具坐标系的位置和姿态的变化。在轨迹规划中,也常用“点”这个词来表示机器人的状态,或用它来表示工具坐标系的位姿。当需要更详细地描述运动时,不仅要规定机器人的起始点和终止点,而且要给出介于起始点和终止点之间的中间点,也称路径点运动轨迹除了位姿约束外,还存在着各路径点之间的时间分配问题。例如,在规定路径的同时,必须给出两个路径点之间的运动时间机器人的运动应当平稳,不平稳的运动将加剧机械部件的磨损,并导致机器人的振动和冲击。钪迹规划既可在关节■空间中进行,也可在直角坐标空间中进行。在关节空间中进行轨·迹规划是指将所有关节变量表示为时间的函数,用这些关节函数及其阶、三阶导数描述机器人预期的运动。在直角坐标空间中进行轨迹规划,是指将手爪位姿、速度和加速度表示为时间的函数,而相应的关节位置、速度和加速度由手爪信息导出三、关节空间的轨迹规划机器人作业路径点通常由工具坐标系(}相对于工作坐标系{S)的位姿来表示,因此,在关节空间中进行轨迹规划4≯首先需要将毎个作业路径点向关节空间变换,即用逆运动学方法把路径点转换成关节角度值,或称关节路径点;然后,为毎个关节相应的关节路径点拟合光滑函数;这些关节函数分別描述了机器人各关节从起始点开始,依次通过路径点,最后到达某目标点的运动轨迹。由于毎个关节在相应路径段运行的时间相同,这样就保证了所有关节都将冋时到达路径点和目标点,从而也保证了工具坐标系在各路径点县有预期的位姿;关节空间的轨迹规划:关节空间中进行轨迹规划,不需考虑直角坐标空间中两个路径点之间的轨迹形状,仅以关节角度的函数来描述机器人的轨迹,计算简单、省时;关节空阃与直角坐标空间并不是连续的对应关系,关节空间内不会发生机构的奇异现象,从而避免了在直角坐标空间规划时所出现的关节速度失控问题;在关节空间进行轨迹规划,规划路径不是唯一的。只要满足路径点上的约束条件,可以选取不同类型的关节角度函数,生成不同的轨迹。1.三次多项式插值当己知末端操作器的起始位姿和终止位姿时,庄逆向运动学,即可求出对应于两位姿的各个关节角度。因此,末端操作器实现两位姿运动轨迹描述,可在关节空间中用通过起始点关节角和终止点关节角的一个平滑轨迹函数0(t)来表示;为了实现关节的平稳动,每个关节的轨迹函数(t至少需要满足四个约束条件:两端点位置约束和两端点速度约束端点位置约束是指起始位姿和终止位姿分别所对应的关节角度00=已为满足关节运动速度的连续性要求,在起始点和终止点的关节速度简单地设定为零,即(0=06()=0上述给出的四个约東条件可以唯一地确定一个三次多项a(t)=a0+a!t+a22+a3t3运动过程中的关节速度和加速度则为:9()=a1+2a2!+3agt2(t)=2a2+6at为了求得三次多项式的系数,代以给定的约束条件,有方稈组分=a+at+a+aD-dt 2u r t ja rl求解上述方程组,可得3所以,对于初速及终速为零的关节运动,满足连续平稳运动要求的三次多项式插值函数为a(r=6+(-2--)其关节角速度和角加速度表达式为()-是2(明,-一吾(,-8F6()=是(4-)-;-r三次多项式插值的运动轨迹曲线!图7三践康式插值毛动轨遗)位瞎时刺雙:{)急澧时繭线:C)鱼加速度间曲线2.过路径点的三次多项式插值机器人作业除在A、B点有位姿要求外,在路径点C、D…也有位姿要求。对于这种情況,假如终端执行器在路径点停留,即各路径点上速度为0,则轨迹规划可连续直接使用前面介绍的三次多项式插值方法;但如果只是经过,并不停留航需要将前述方法推广。AB仨某段路径上,“起始点”为θ0和ω0,"终止点"为f和ωf。这时,确定三次多项式系数的方法与前面所述的完全一致,只不过是速度约束条件变为e(0)=me(r)=a利用约束条件确定三次多项式系数,有下列方程组:9=0+ax+口+aa,=a1+2a+3求解方程组3+出)=02)+七《+路径点上的关节速度,可出以下任一规则确定如果机器人末端操作器在经过路径点时冇速度要求,则可以利用此路径点上的逆雅可比矩阵,把该路径点的直角坐标速度转换成关节坐标速度。轨迹规划时则以此作为速度约来条件。如果某个路径点是机器人的奇异点,即此点的逆雅可比不可求,这时就无法求关节速度了;此外,在求各点关节速度时,要逐点计算逆雅可比矩阵,并依此计算关节速度,耗时较多。路径点上的关节速度,可由以下任一规则确定由控制系统采用某种启发式方法自动地选取合适的路径点速度。用三次多项式插值前,先假设各路径点之间关节运动速度是均匀的,即图中所示用直线段将这些路径点依次连接起来。规则选定:如果桾邻线段的斜率在路径点处改变符号,则速度选为零;如杲相邻线段斜率不改变符号,则选取路径点两侧的线段斜率的平均值作为该点的速度。因此,只要给定路径点,系统就能依此规则自动生成相应的路径点速度路径点上的关节速度,可由以下任一规则确定斗按照保证毎个路铚点的加速度连续的原则,由控制系统自动地选择路径点的速度。为此,可以设法用丙条三次曲线在路径点处按一定规则连接起来,拼凑成所要求的轨迹。拼凑的约束条件是:连接处速度连续,而且加速度也连续。7.2工业机器人的编程机器人编程方式机器人编程,是针对机器人为完某瓊作亚进拉程序投复的人的吧4国和力与编国性定环境中作诀上式有大关作业能方微计算机近自然路司匿人与机器实现各种机器人揉作机器人编程方法三种形式1、示教编程操作者必须把机器人终端移动至目标位置,并把此位置对应的机器人关节角度信息记录进内存储器,这是示教过程。当要求复现这些运动吋,顺序控制器从内存读岀相应位置,机器人就可重复示教时的轨迹和各科操作,这是再现过程。手把手示教」示教盒示教于把手示教要求用户使用安装在机器人于臂内的操纵杆,按给定运动顺序示教动作内容。示教盒示教则是利用装在控制盒上的按钮驱动机器人按需要的顺序进行操作示教编程优点:只需要简单的设备和控制装置即可进行。操作简单,易于掌握。示教再现过程很快,示教之后马上即可应用。示教编程缺点:编程占用机器人的作业时间艮难规划复杂的运动轨迹以及准确的直线运动;难以与传感信息相配合难以与其他操作同步;2、机器人语言编程实现了计算机编程,并可以引人传感信息,从而提供一个更通用的方法来解决人一机器人通信接口问题。目前应用于工业中的是动作级和对象级机器人语3、离线编程用通用语言或专门语言预先进行程序设计,在离线的情况下进行轨迹规划的编程方法。离线编程系统是基于CAD数据的图形编程系统。由于CAD技术的发展,机器人可以利用CAD数据生成机器人路径,这是集机器人于CIMS系统的必由之路、机器人语言编程早期的工业机器人,由于完成的作业比较简单,作业内客改变不频繁,采用鬥定程序控制或示教再现方法即可满足要求,不存在语言问题。机器人木身的发展,计算机系统功能日益完善以及要求机器人作业内容愈加复杂化,利用程序来控制机器人显得越来越困难编程过程过于复杂,使得在作业现场对付复杂作业十分困难。述北一一用机器人语言→[控制机器人动作(一)机器人语言的发展概况1973年,斯坦福大学人工智能研究室美国IBM公司1979年,美国 Unimation公司80,美国 Automatrix公司80,美国麦道公司(二)机器人语言的分类1、根据作业描述水平的高低分(1)动作级机器人语言VAL◆以机器人手爪的运动作为作业描述的中心◇用该级语言编写的作业程序,通常由使机器人手爪从一个位置到另一个位置的一系列运动语句组成。◆动作级机器人语言的每一条语句对应于一个机器人动作。2)对象级机器人语言- AUTOPASS今以近似自然语言的方式,按照作业对象的状态变化来进行程序设计以描述操作物体之间关系为中心的语言。今它不需要去描述机器人手爪如何动作,只要由操作者给出作业本身的顺序过程的描述及环境模型的描述,机器人即可自行决定如何动作。(3)任务级机器人语言◇最理想的机器人高级语言,是用被操作物体,而不是机器人的动作来描述作业任务◇使用者只要按某种原则给岀作业起始状态和作业目标状态,机器人语言系统即可利用口有的环境信息和知识库、数据库自动进行推呷、计算,最后白动生成机器人详细的动作、顺序和相应数据。◇须具冇判断环境、描述环境的能力;同时,也必须冇自动完成许多规划任务的能力。2、按表面形式分汇编型,如VAL语编译型,如AI、LM语言;自然语言型,如 AUTOPASS语言等;(三)机器人语言的特征机器人语言则包含语言本身、语言处理系统和机器人的工作环境模型三部分9盐理系恒外部乱音工件1.具有作业环境和作业对象的描述性。1)环境输入:视机器人语言水平不同,输入方法也不相同。目前的输入方法一般是由操作者与计算机的人机对话来进行的。将来随着视觉技术的发展,可能由机器人视觉的方法自动生成。〔2)环境建模:进行机器人编程时,需要描述物体三维空间的几何关系的语言,对操作物体的位置和姿态,操作物体之间的关系进行描述,并使之模型化。2)环境模型的修改、更新:在作业过程屮,操作物体的位置、姿态以及它们之间的关系一般随着作业而发生改变,语言系统要根据操作情况的变化来改变环境模型的内容。2.具有作业内容的描述性3.具有良好的编程环境4.具有人机接口和传感器接口功能机器人离线编程、离线编程的概念第一代工业机器人采用示教编程方式,无论是采用手把手示教或控制盒示教,都需要机器人停止原来的工作。而再现时若不能满足要求,还需反复进行示教进行一项任务之前,在现场编程过程要花费很多时间,这对于大批量生产的简单作业,基本还能满足要求。但是,随着机器人应用到中小批量生产,以及要求完成任务的复杂程度的增加,用示教编程方式就很难适应了。二、机器人离线编程随着计算机技术和机器人技术的不断发展,机器人与 CAD/CAM技术结合,已形成生产效率很髙的柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)。这些系统中大量采用工业机器人,具有很高的适用性和灵活性一)离线编程的概念杋器人离线编程就是利用计算机图形学的成果,建立机器人及作业环境的三维几何模型,然后对机器人所婓完成的任务进行离线规划和编程,并对编程结果进行动态图形仿真,最后将满足要求的编程结果传到机器人控制柜,使机器人完成指定的作业任务。(二)离线编程系统的一般要求工业杋器人离线编程系统的一个重要特点是能够和CAD!CM建立联系,能够利用CAD数据库的资料。对于一个简单的机器人作业,几乎可以直接利用CAD对零件的描述来实现编程。三)离线编程系统的基本组成10
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程序员必读的职业生涯规划书【精品】.pdf
程序员是一种逻辑动物，只有当他们理解求职到底是一种什么行为以后，才能做出有意义的行动。 所以本书不讲职场、不灌鸡汤，从价值论开始，以独创的职业画布工具展开，从四大象限、九大方面为你讲解。 有果更有因、有理更有据，分析数据、简历模板、书写工具、技能树图一应俱全，实为程序员们应该人手一本的职业规划书。原理篇我之所以会去研究求职,以至于最后在人才这个方向创业,很大程度上是因为以前所有的求职指导都是经验论,缺乏逻辑性。而程序员是一种逻辑动物,只有当他们理解求职到底是一种什么行为以后,才能做出有意义的行动。我花了很久去寻找背后的理论支持,直到我重逢了价值论。原理篇从价值理论开始,讲述我们求职行为的本质。价值论人才的使用价值供需信息透明度交薪资换雇主价值自从中国转冋市场经济以后,市场规则就开始左右一切。虽然人才不完全等同于其他物品,但现在先让我们把人才也作为一类商品来看待。使用价值除了我们这些做人力资源相关行业的公司外,绝大部分公司购买人才都是为了使用,所以他们看中的是其使用价值。这个使用价值说得更直白一点,就是人才如何直接或者间接的为公司挣钱。使用价值不是独立存在的,而是相对于使用者存在。所以我们程序员自己的价值,也是相对于公司而言的。有同学说,我技术很好啊,又会机器学习又会编译原理,凭什么那些写 Javascript的薪水比我高一倍?谁让你在一家建站公司上班呢。对一家做网站的公司而言,机器学习和编译原理是不能为它带来收益的,而 Javascript写成的带有完美动画的交互组件却能实实在在的拉升公司产品的销售。而同样是这个人,如果他去一家以大数据分析为核心业务的公司工作,那么他的价值就不样了。所以你的价值,和你牛不牛无关,只和你能为你的雇主提供多少价值有关。(当然,大多数情况下,你能力越牛越能提供更多价值。)这是最根本的规则。增加自己的使用价值很简单,提升自己的业务能力就好。供需有个80后自嘲的段子是这么说的读小学时,大学不要钱;读大学时,小学不要钱;还没工作时,工作是分配的;可以工作时,得自谋职业;没挣钱时,房子是分配的;能挣钱时,发现一辈子的薪水也买不起房子。我不知道国内人才市场是什么时侯市场化的,就算成悲催的80后开始工作时吧。人才市场化意味着你有了选择公司的权利,同时也意味着公司有了选择你的权利。这个时候,交换价值就出来了。虽然交换价值以使用价值为基础,但它更容易受供需的影响简单的说,当企业的职位空缺远少于找工作的人数时,人才的价格就会下降;而当企业的职位空缺比找工作的人数更多时,人才的价格就会上升。在过去相当长时间里,我们都处于前一种情况。这意味着求职者要彼此竞争,而招聘方可以选择要价更低的候选人。这在大家大学毕业找工作时应该深有体会。幸运的是,供需也是可以调整的,技巧就在于选择更好的细分市场。因为需求的多样性是存在的,所以如果你能在一个大的需求中切入一个需大大大于求的细分市场,那么你就能得到远高于其他人的回报。举个例子,同样是管服务器,普通运维工程师和云计算运维工程师的薪资差异是非常大的。一个普通运维要变成云计算运维,需要补充的知识并不是特别多。所以你只要合理安排好自己的职业规划,比如以相对较低的薪资到类似新浪云这样的地方工作一到两年,你的能力和交换价值都会大幅度提升。信息透明度当人才市场很小的时候,信息是很透明的。因为很容易了解到各自的情况。但当信息量变大后,你就会发现虽然整个市场很大,但只有你接触到的才对你有意义。比如北京现在有100家公司都在招聘PHP,但你只知道其中3家,这个时候,其他97家公司的存在对你而言是没有意义的,即使这3家给你的薪资比其他公司低,你也只能被迫接受。这就是信息透明度对我们求职的影响。没有网络招聘的时候,我们很难对这些公司进行比较,折腾过几家公司后,就屈服了。有了网络招聘,求职者活得稍微好一些了,可以不岀门看到全国的招聘情况;但Jobboard形式的招聘站是为招聘方设计的,它们通过构造信息不对称,向求职者优先显示那些付费却未必最好的公司,迫使求职者以更低的薪资为这些可见的公司工作。(这无可厚非,所有中介体都是通过信息不对称来收费的)所以要想拿到足够好的薪资和获得足够多的机会,我们要学会和信息不对称进行抗争。定要在短时间内获取到大量的机会,这样才能「做选择题」而不是「做判断题」。关于如何改变信息不对称,操作篇中的「渠道」部分我们会详细说明。跳槽不是什么跳槽不是为了追求价值最大化虽然前边我们从纯商业的角度讨论了跳槽这件事,但实际上我们并不推荐求职者单纯地通过薪资的高低来选择雇主。原因有两个。工作是生活的一部分你每天有24小时,上班8小时,它是你三分之一的生命。如果你只是因为高薪选择了一家上班不开心的公司,那么接下来三分之一的日子你都会在痛苦中渡过。而你得到的,只是多出来的那么每月几千块钱而已。职业的不可逆性别的事情错了我们可以重来,而职业选择上,每一步都是好几年的时光。一旦走下去,就很难回头,因为一旦换职业方向、哪怕换个开发语言,都意味着你之前的积累很可能前功尽弃。所以眼光放长远点,不要只看眼前的高薪,更要看好未来的发展,方向错了,跑得越猛输得越狠。跳槽不是找工作跳槽不是找工作,而是换工作。所以它和你刚毕业时找工作不一样,它是有成本的到一家新的公司,需要放弃原来公司的期权,需要重新熟悉业务,重新和同事搞好人际关系,上班路上需要花更多的时间,甚至需要离开自己熟悉的城市。你并不是一无所有,虽然往往只有在你失去后才发现。所以跳槽之前要考虑好自己的付出和收益:衡量好得失:没事别裸辞。跳槽不是加薪的砝码不要以跳槽为砝码去谈加薪,这种迫胁性的谈薪资方式会使主管对你丧失信仼。不管涨薪成不成功,他都不得不为你的离职做好准备,而当准备完成后,你就可以走人了。类似的,当你提珧槽时,如果你的主管通过加薪来挽留你,最好也不要同意。程序员如何谈薪资如果你对现在公司很满意,只是觉得薪资大低,那么可以先和你的主管聊聊我一般这么谈加薪的首先,讲一讲自己最近在工作上的成长,看主管是否认同;●然后,从能力提升角度,向主管要一个更大的发展空间和更大的业务挑战;最后,问问当你的能力达到这个新的水平时,蒜资是否可以同步提升起来。这样谈有几个好处:它建立了一个谈话基础,那就是薪资应该和能力相匹配它不谈现在的薪资,而是谈未来,一方面表明你对现在的薪资还算满意(以减少主管顾虑),另一方面对主管来讲,他没有立刻给你涨薪的压力;·它体现了你对自己能力提升的渴求,而如果在谈话中出现任何不顺利,你可以把中途把对话结束,根本不提加薪的事情。当然,坏处就是你得隔段时间才能加薪了。跳槽到底为什么说了那么多跳槽不是什么,那跳槽到底为什么呢?求职的本质在跳槽之前,你想过我们为什么要工作么?其实并不是真的如我们父辈们认为的那样,人活着就是要有一份工作的。工作最重要的目的是累积金钱。这是我们在这个现实世界用以维持生计的必需资源。挣钱这件事,至少有四种形式:帮别人挣钱(打工);为自己挣钱(SOHO);雇别人挣钱(企业主);让钱自己挣钱(投资)。为什么我们总是选择第一种呢?因为第一种门槛和风险都最低。而求职只是我们在自己资源和能力不足以进入后几种挣钱形式时,通过出卖自己的劳动能力换取资源的阶段性行为当然,如果能在第一种形式下获得自己满意的物质回报和精神满足,你也可以永远不考虑其他形式,但其他形式在挣钱的效率和数量上是有优势的。这个我们在稍后的章节会细聊。跳槽的意义跳槽其实是打工这种挣钱形态下,我们进行自我调节的方式,通过合理地跳槽,我们可以寻找到市场需求和自我实现的最佳匹配,从而在金钱和成长上双丰收。「市场需求」描述了企业渴求的员工;「自我实现」描述了你想要的生活;当它们重合到起,梦想就照进了现实。这会带给你几年非常愉快的工作生活,但随着我们不断成长,职位和能力可能出现不匹配,这时候我们又需要通过跳槽来再次调节。很多时候,这也是很无奈的事情,不进则退,人在江湖身不由己。跳槽的原则我有一个很好用的跳槽原则,之前发到微博上被赞了上百次:
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