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工業(yè)機(jī)器人技術(shù)解密之——仿真技術(shù)在機(jī)器人系統(tǒng)中的應(yīng)用

   日期:2017-02-15     來源:廣州啟帆工業(yè)機(jī)器人    作者:lx     評論:0    
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   工業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中起著極其重要的作用。隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展,機(jī)器人的三維仿真技術(shù)也隨之得到廣泛關(guān)注。通過預(yù)先對機(jī)器人及其工作環(huán)境乃至生產(chǎn)過程進(jìn)行模擬仿真,將機(jī)器人的運(yùn)動方式以動畫的方式顯示出來,直觀的顯示機(jī)器人及整個生產(chǎn)線的運(yùn)動情況,能夠有效地輔助設(shè)計人員進(jìn)行機(jī)器人虛擬示教、機(jī)器人工作站布局、機(jī)器人工作姿態(tài)優(yōu)化。
 
  (1)啟帆工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)介紹
 
  啟帆工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)主要由機(jī)器人本體、機(jī)器人控制器和機(jī)器人控制軟件三部分組成,如圖1所示。機(jī)器人控制系統(tǒng)是先通過示教器來操作運(yùn)動控制器,運(yùn)動控制器則通過EtherCAT通信向伺服驅(qū)動器發(fā)出指令來控制機(jī)器人六個軸分別運(yùn)動,實現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動控制。
 
  STS-R6-ECAT控制器由廣州啟帆開發(fā),借助德國3S公司的RTE實時內(nèi)核實現(xiàn)虛擬PLC功能。該控制器具有接口緊湊,通用性高等特性,并采用EtherCAT通訊接口實現(xiàn)控制器、IO模塊以及伺服驅(qū)動的數(shù)據(jù)通訊。
 
 
  圖1啟帆工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)
 
  機(jī)器人控制軟件(如圖2)是由廣州啟帆獨(dú)立開發(fā),主要包括機(jī)器人手動、自動控制、機(jī)器人應(yīng)用程序開發(fā)、機(jī)器人三維仿真運(yùn)動等功能。其中機(jī)器人三維仿真功能是該控制系統(tǒng)的獨(dú)到亮點(diǎn),可實現(xiàn)先仿真后運(yùn)行;通過機(jī)器人三維仿真能夠比較直觀的觀察機(jī)器人狀態(tài)和行走路徑,有效的避免了機(jī)器人運(yùn)動限位、碰撞和運(yùn)動軌跡中奇異點(diǎn)的出現(xiàn)。通過將機(jī)器人仿真程序直接集成到控制器中,保證了仿真結(jié)果與機(jī)器人實際的運(yùn)行情況完全真實可靠。
 
  
圖2啟帆機(jī)器人控制軟件
 
  (2)機(jī)器人三維仿真技術(shù)
 
  機(jī)器人仿真系統(tǒng)作為機(jī)器人研究和開發(fā)中安全可靠、靈活方便的工具,發(fā)揮著越來越重要的作用。在仿真環(huán)境下,通過對機(jī)器人運(yùn)動進(jìn)行研究及編程驗證,可以實現(xiàn)機(jī)器人軌跡規(guī)劃、奇異位姿、逆運(yùn)動學(xué)有效解、避障算法、甚至多機(jī)器協(xié)調(diào)作業(yè)等復(fù)雜功能。
 
  若采用傳統(tǒng)示教器操作機(jī)器人,當(dāng)機(jī)器人改變工作任務(wù)時,通常需中斷機(jī)器人的當(dāng)前工作,先對機(jī)器人進(jìn)行示教編程,然后機(jī)器人按照新的程序執(zhí)行新的工作。而啟帆公司開發(fā)的新型示教器,借助于機(jī)器人仿真系統(tǒng)就可首先在仿真系統(tǒng)上進(jìn)行離線編程,并通過仿真環(huán)境驗證程序是否正確。最后將編好的程序裝到機(jī)器人執(zhí)行器中,機(jī)器人便可按照新的程序執(zhí)行新的工作,因此機(jī)器人可不必中斷當(dāng)前的工作,從而提高了生產(chǎn)效率,而且這種方法既經(jīng)濟(jì)又安全。
 
  圖3中的三維仿真是小屏模式,可以實現(xiàn)邊編程邊仿真功能,能夠避免不必要的錯誤。三維仿真圖中上側(cè)顯示各軸位置信息,坐標(biāo)下方顯示完整軌跡運(yùn)行周期。軸位置信息根據(jù)坐標(biāo)系不同而不同,關(guān)節(jié)坐標(biāo)時顯示關(guān)節(jié)信息,基坐標(biāo)及其他坐標(biāo)顯示空間位置。
 
 
圖3機(jī)器人三維仿真小屏模式
 
  如圖4所示為三維仿真全屏模式,圖中機(jī)器人正按照程序進(jìn)行自動仿真運(yùn)行(虛軸),同時還可以清晰的看到機(jī)器人末端運(yùn)行軌跡。其中虛軸即為仿真模式,實軸為機(jī)器人實際運(yùn)行模式,該模式下實體機(jī)器人進(jìn)行作業(yè),與此同時仿真機(jī)器人進(jìn)行精準(zhǔn)同步運(yùn)動;實虛軸切換通過圖中右側(cè)的虛軸實軸按鈕進(jìn)行切換。
 
  圖4機(jī)器人三維仿真全屏模式
 
  (3)運(yùn)行實例
 
  為了保證機(jī)器人正常作業(yè),首先采用“虛軸”模式(如圖5)試運(yùn)行觀察機(jī)器人行走軌跡,并判斷機(jī)器人運(yùn)動是否會出現(xiàn)正負(fù)限位或者速度限制等報警信息;確認(rèn)程序無誤后,在確保使能斷開的情況下切換到“實軸”模式(如圖6)進(jìn)行實體機(jī)器人運(yùn)行。
 
  圖5運(yùn)行實例——“虛軸”模式


 
  圖6運(yùn)行實例——“實軸”模式
 
  (4)定制案例
 
  啟帆機(jī)器人控制軟件中的仿真系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行定制,如在仿真系統(tǒng)中為機(jī)器人末端法蘭盤加裝用戶指定的工具并導(dǎo)入相應(yīng)要加工的工件,甚至整個生產(chǎn)線等。下圖是為某高校定制的啟帆機(jī)器人仿真系統(tǒng)實驗平臺。

 
 
  (a)啟帆機(jī)器人仿真系統(tǒng)實驗平臺——小屏模式


 
  (b)啟帆機(jī)器人仿真系統(tǒng)實驗平臺——全屏模式(前)


 
  (c)啟帆機(jī)器人仿真系統(tǒng)實驗平臺——全屏模式(后)
 
 
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