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介绍

此功能的主要目标是几个机器人的空间和时间上运动同步。这将使用系统中存在的标准主 - 从关系将其扩展为通用机器人到机器人连接。将要使用的功能是移动坐标系特性，通常用于传输带跟踪。移动坐标系的源将从简单的轴列表扩展到任何机器人类型的笛卡尔命令（SETPOINT，HERE）。

主机器人是从机器人跟随的移动坐标系的主源。将使用相同的同步算法，除了与跟踪窗口和触发相关的问题（这两个将是无关紧要的）。

跟踪期间从机器人的相对运动是允许的，在常规的输送机跟踪以相同的方式执行。

机器人的相互空间关系将通过新添加的基坐标系和移动坐标系的对象位置偏移来定义。与此同时，可以实现不同点类型（世界（机器人）框架）和/或不同NDOF的机器人的相互协作。

	IMPORTANT
	只有在机器人具有相同点类型的情况下，才能使用完整的位置（位置+姿态）。在具有不同点类型的机器人的情况下，仅跟踪主机器人位置的位置部分（X，Y，Z）。姿态角（Yaw，Pitch，Roll）将被忽略

	IMPORTANT
	在具有相同点类型的机器人的情况下，用户能够选择是仅仅在位置或姿态坐标上进行跟踪或者在两者上进行跟踪。请参阅MovingFrame.type属性。

	NOTE
	在跟踪期间检测（监控）轴的位置限制和加速度/速度阈值，方式与常规传送带跟踪相同。

	DANGER
	需要重要强调的是此功能（使用基于机器人的运动坐标系的元素协作）不会阻止机器人碰撞。机器人防碰撞完全脱离了这个主题。

系统设置

数据创建

ControlStudio中有两种运动参考系（MF）对象：基于轴和基于机器人。它们都以与使用该命令的基于轴的方式以相同的方式创建:

COMMON SHARED <mf name> as moving frame of <mf-type>

基于轴和基于机器人的运动参考系之间的差异在提供给 MasterSource 命令的参数中。在基于轴<u>的MF中，仅使用主轴作为主源。此外，在<u>基于轴的MF中，所有位置MF的属性（零，此处，上行，下行）的点类型与MF的点类型（即<mf-type>）相同。

在基于机器人的MF的主源是具有自己的点类型的机器人元素。在基于机器人的MF中，MF的位置和机器人的位置之间的关系将使用新引入的属性来定义。 (参考: Translation Transformation )

主源

<Moving Frame>.MasterSource属性将允许将机器人元素的命令（setpoint）或反馈（here）添加为主站，以下句法将有效:

<Moving Frame>.MasterSource = <robot>.setpoint and <Moving Frame>.MasterSource = <robot>.here

	NOTE
	master<robot>的点类型不必与<moving frame>的点类型匹配！但是，<moving frame>和从机器人的类型必须匹配！!

MF.TYPE

将主机器人的位置分配给主源会自动在MF和主机器人的位置和方向之间施加一定的关系。下表说明了主站和从站点类型与<MF> .type值之间的关系。

→ 将MasterSource设置为主机器人位置之一（SetPoint或Here）将自动将Moving-Frametype更改为其默认值（参见表）并将其锁定。锁定意味着根据给定的MasterSource，只允许某些MF.type值（表中带有“?”符号）。并且如果用户尝试分配任何其他值，将返回错误。

<mf>.type value	axis-MF	robot-MF pointtype(position)_robot = robot-MF pointtype(position)_MF or: pointtype(orientation)_robot = robot-MF pointtype(orientation)_MF	robot-MF neither position or orientation match
0 (linear)	✓(default)	invalid	invalid
1 (rotary)	✓	invalid	invalid
2 (rotary de-coupled)	✓	invalid	invalid
3 (position only)	N/A	✓	✓ (default)
4 (orientation only)	N/A	✓	invalid
5 (both pos. and ori.)	N/A	✓ (default)	invalid

一些最常用的点类型的类型分配表

	master-robot
MF		X	XY	XYZ	XYZR	XYZYPR	YPR	YP
	X	p	p	p	p	p	p	p
	XY	p	p	p	p	p	p	p
	XYZ	p	p	p	p	p	p	p
	XYZR	p	p	p	p/o/po	p	p	p
	XYZYPR	p	p	p	p	p/o/po	o	p (inactive)
	YPR	p (inactive)	p (inactive)	p (inactive)	p (inactive)	o	o	p (inactive)
	YP	p (inactive)	p (inactive)	p (inactive)	p (inactive)	p (inactive)	p (inactive)	o

p(3) 仅位置
o(4) 仅姿态
po(5) 位置和姿态

	NOTE
	在由主机器人点类型不足以驱动的纯方向运动参考系的情况下，类型将被设置为位置（3），但是运动参考系将无效（不能运动

例子 1

common shared MF as moving frame of XYZR
MF.mastersource = SCARA.setpoint

将MF.type自动设置为 5（位置和姿态 - 默认值）!

尝试将其更改为主机不支持的值（例如MF.type = 0）源将返回错误:

例子 2

common shared MF as moving frame of XYZR
common shared gXYZ   as group axnm = a1 axnm = a2 axnm = a3 model=1  of XYZ
MF.mastersource = gXYZ.setpoint

在这种情况下，我们具有相同位置类型的情况，但是具有不同（或不存在）姿态类型的情况。 MF.type自动为3（仅位置）!

例子 3

common shared MF as moving frame of XYZYPR
common shared TILT   as group axnm = a1 axnm = a2 axnm = a3 model=1  of YPR
MF.mastersource = TILT.setpoint

在这种情况下，我们具有相同姿态类型但具有不同（或不存在）位置类型的情况。 MF.type自动为4（仅限姿态）！!

例子 4

common shared MF as moving frame of XYZ
common shared TILT   as group axnm = a1 axnm = a2 axnm = a3 model=1  of YPR
MF.mastersource = TILT.setpoint

在这种情况下，我们有两种点类型没有任何共同之处的情况因此，类型将自动设置为3（仅位置）。

新属性

运动参考系基坐标偏移

主机和从机器人之间的相互空间关系（位置和姿态）由MF的BASE属性描述。

<moving-frame>.BASE是一个主机器人到从属的偏移量。这是一个运动参考系的属性。

对象位置

由两个机器人运动的对象或两个机器人的端点的相对位置彼此描述由 <moving-frame>.OBJECTLOC Moving-Frame属性。它描述从实际主站的源坐标（SetPoint或Here）中从站设定点的相对位置和姿态。它与父MF（或从机器人）保持相同的点类型。

参考: Object Location Property

	NOTE
	OBJECTLOC可用于在连续的拾取和应用中更新新的接触点位置，类似于基于轴的MF的TRIGGER命令。

主从关系

一旦设置了MF参数，则主站和从站位置之间的连接由以下公式定义。

slave.robot = MS2MF( MF.base^-1 : MF.MSource:MF.ObjectLoc )

其中MF.MSource是<master> .setpoint或<master> .feedback

MS2MF函数定义为

Master Source to Master Frame 函数: A = MS2MF(B) 定义为:

A->position = p-projection (B->position)
A->orientation = B->orientation (for MF.types: 4 and 5 only!)

p-projection是简单的矩阵乘法，形式如下: A->position = TranslationTransformation * B->position

点类型转换

Translation Transformation

与普通轴相反 - MF机器人—MF可以具有与从动机器人不同的点类型。为了将位置从MF点类型转换为从机器人点类型<moving-frame>.TranslationTransformation定义3x3双矩阵属性。

定义了MF.MasterSource的点类型到MF的机器人类型的平移（位置）部分的变换矩阵。
矩阵阶数通过MF和主机器人的位置维度自动调整。

	Master-Source: XY	Master-Source: XYZ
MF-type: XY	TranslationTransformation[1-2][1-2]	TranslationTransformation[1-2][1-3]
MF-type: XYZ	TranslationTransformation[1-2][1-3]	TranslationTransformation[1-3][1-3]

例如, 定义:

common shared MF as moving frame of XYZYPR
MF.MasterSource = GXY

自动定义:

TranslationTransformation[*][*] = ${\begin{bmatrix}1&0\\0&1\\0&0\\\end{bmatrix}}$

or: TranslationTransformation is 2x3 matrix!

	NOTE
	在MF的位置坐标数少于MasterSource的情况下，剩余的坐标将由 MF.BASE 相应的坐标值分配。

受影响（已更改）命令

激活（同步）

设置<robot>.slave = 5将立即进入同步跟踪模式，不需要触发命令。由于基于机器人MF的工作窗口不存在，MF.ZERO 将在进入"slave=5"时返回当前的MF位置！在此之后，从机器人将尝试与运动帧位置同步： MovingFrame(t) = MF(t) - MF(t0)
其中t0是发出"slave=5" 的时刻。 (参考:Absolute_Movements_During_Conveyor_Tracking)

其中MF(.)是:

MF(t) = MS2MF( MF.base^-1 : Master(t):MF.ObjectLoc )

Master(t) - 机器人主轴在时刻t的位置。
MS2MF 在Master Source to Moving Frame function定义

与MC-Basic语言变量的关系是显而易见的:

<mf>.here = MF(t)

<mf>.zero = MF(0) (参考MovingFrame.ZERO)

这意味着，如果主机器人没有运动，则从机器人的全部从运动开始跟踪(slave=5, 同步或不同步)的位置与自由从机器人(slave=0)的位置是一样的。换句话说，如果您想要连接到主机器人的对象运动到某些点，只需停止主机器人，并将从站运动到对象上的所需目标点。

	NOTE
	初始化跟踪后运动到MF.ZERO会使从机器人与主机器人的位置完全同步。

停用(去同步)

设置<robot>.slave = 0将立即进入去同步模式，将跟踪速度平滑地降低到零。（跟踪速度的不是追加运动的速度）。

NOTE

在基于机器人的MF中，使用以下参数完成使用笛卡尔空间（位置，速度，加速度）中运动的初始值的去同步:

在同步期间，可以激活与另一个机器人的同步或者只是平面运动。（与基于轴的MF相同）

Is Moving Frame Synchronized

Is-Moving-Frame-Synchronized'标志将具有与基于轴的MF相同的功能。

跟踪参数

参数:

VelocityMaxTrans, VelocityMaxRot, AccelerationMaxTrans, AccelerationMaxRot, JerkMaxTrans, JerkMaxRot
Dampingfactor, FilterFactor, MaxFlops

将会以相同的方式用于基于轴的MF中，而不是作用于主轴和跟踪变量之间的标量距离( $dp$ )，主机器人的位置与从机器人主跟踪变量之间的的笛卡尔距离( ${\vec {d}}p={\vec {p}}_{master}-{\vec {p}}_{track}$ )和欧拉角的距离( ${\vec {d}}e={\vec {e}}_{master}-{\vec {e}}_{track}$ )用于建立同步的标准。

触发

如在机器人的MF中，工作窗口的概念和其中的对象不存在， Trigger命令将对基于机器人的运动框架没有影响。跟随的实际时刻始终始终以slave = 5的设定，独立于先前使用的触发命令。

NOI

在MF机器人的情况下，'NOI将始终为-1。

Is In Window

Is In Window 标志将总是返回1（true），实际上这种类型的MF中没有工作窗口的概念。

未使用的运动参考属性

Upstream, Downstream, Upmaster, Downmaster

由于工作窗口概念不存在于基于机器人的MF中，这些属性将对MF-机器人操作绝对没有影响。

下一个项目命令

NEXTITEM命令对MF机器人操作没有影响。

运动参考坐标变换

从机器人连接到主轴通过运动参考系分配从站主坐标系的属性:

<slaverobot>.MasterFrame = <master frame>

主参考系是从机和主机之间的链接。它包括主源的定义，可以是机器人笛卡尔指令点（SETPOINT）或机器人的笛卡尔反馈（HERE）:

<master frame>.MasterSource = <masterrobot>.SETPOINT

基坐标变换

主参考系将从机器人坐标系的空间关系（距离和旋转）定义到主坐标系： <Master Frame>.Base

定义对象

总的来说，对象由两侧的两个机器人举起。从主坐标系看，我们有两点（在主机器人的世界（机器人）坐标系）:

<masterrobot>.setpoint
<masterrobot>.setpoint:<movingframe>.objectloc

物体的第二点也可以通过从机器人到达（从主机器人的世界（机器人）坐标系上看）:

<movingframe>.base:<slaverobot>.setpoint

<Moving Frame>.ObjectLoc 是与运动参考系相同的点类型的运动参考系数据对象的位置属性。例如，例如，这意味着如果将运动参考系声明为XYZR（common shared MF as moving frame of XYZR），则OBJECTLOC也将是XYZR类型的位置。 OBJECTLOC指定从机器人的的末端执行器相对于主机器人的末端点（实际上是主坐标系）的位置和姿态。

完成从机器人命令计算示例

mf.base = #{100,100,0,45}
mf.base^-1 = #{-141,100,0,-45}
mf.objectloc = #{80,0,0,180}
master.setpoint = #{130,-72,0,0}

slave.setpoint = mf.base^-1:master.setpoint:mf.objectloc
slave.setpoint = #{-43 , -200 , 0 ,135 }

如果两个机器人具有相同的（XYZR）点类型，并且使用默认的MF.type值（5-位置和方向），则上述计算为真。

工作在同一对象上的三个机器人的例子

这是三机器人协作的一个例子。一个机器人被定义为主机，另外两个是从机。每个从机器人通过它的主参考系连接到主机器人，与主体机器人距对象不同的距离以及不同的夹点上。

在这个例子中，我们将定义两个运动参考系，每个参考系都有不同的OBJECTLOC。

第一个运动参考系:

Common Shared MF1 As Moving Frame Of XYZR
MF1.MasterSource = <masterrobot>.SETPOINT
MF1.BASE = #{..., ..., ..., 0}
MF1.OBJECTLOC = #{L,..., ..., 180}

第二个运动参考系:

Common Shared MF2 As Moving Frame Of XYZR
MF2.MasterSource = <masterrobot>.SETPOINT
MF2.BASE = #{..., ..., ..., 0}
MF2.OBJECTLOC = #{SQRT(3)*L,L/2, ..., -150}

假设对象是边长L的双边（等边）三角形。

	NOTE
	第二个对象位置MF的方向部分为-150度。第一个从机器人Xtool轴与主机机器人的Xtool轴完全相反。而第二个从机器人的Ytool轴正好与主机器人的Ytool轴完全相反。

算法和软件设计

主从关系与基于轴的MF和基于机器人MF的原理相同。如果MF静止或运动，底层的思想是具有相同的运动方式。主要描述如下：Absolute_Movements_During_Conveyor_Tracking

Axis-based moving frame tracking algorithm based on predicting the rendezvous point and limiting the motion by velocity, acceleration and jerk constant is described here: One_Dimensional_Tracking_Algorithm

Same algorithm (tracking) applied on 3-dimensional position vector (Euler angles) is explained here: Position_Tracking_Algorithm

Same algorithm (tracking) applied on 3-dimensional orientation vector is explained here: Orientation_Tracking_Algorithm

Concept of global frame coordinate system as addition to base and world(robot) frames for multiple robot usage is described here:Global Coordinates

Enlargement of axis-based MF data structures is shown here: Software_Design

Examples

Example 1. two different robot kinematics

Cooperation between two unequal robot kinematics.

Moving Frame definition:

Common Shared MF as Moving Frame of XYZR

Linking it to the source (master):

MF.MasterSource = Puma.Setpoint

The master-source is a robot(PUMA) of point-type XYZYPR and the linked robot(SCARA) or the MF is of XYZR point type. In this case the MF.type will be automatically set to 3 (position only). Orientation angle changes of the master robot will have no effects on the slave. So we need to define transformation matrix:

${\begin{bmatrix}X\\Y\\Z\\\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&0&0\\0&1&0\\0&0&1\\\end{bmatrix}}\cdot {\begin{bmatrix}X\\Y\\Z\\\end{bmatrix}}$

Or in the code:

' First column:
MF.TranslationTransformation[1][1]=1
MF.TranslationTransformation[2][1]=0
MF.TranslationTransformation[3][1]=0
' Second column:
MF.TranslationTransformation[1][2]=0
MF.TranslationTransformation[2][2]=1
MF.TranslationTransformation[3][2]=0
' Third column:
MF.TranslationTransformation[1][3]=0
MF.TranslationTransformation[2][3]=0
MF.TranslationTransformation[3][3]=1

And then the offsets definitions:

The XY coordinates will be offseted for (10,10) mm:

MF.base = #{10,10,0,0}

A distance of 100mm between the two robots tool-tips is defined as:

MF.ObjectLoc = #{0,0,100,0}

and the tracking (master-slave) is defined by:

Scara.Masterframe = MF

and started:

Scara.slave = 5

Example 2. SCARA and a tilting table

Moving Frame definition :

Common Shared MF as Moving Frame of XYZR

Having a tilt table robot (Object Having only Yaw and Pitch angle):

Common Shared TiltTable As Group Axnm = Ax5 Axnm = Ax6 Model = 1 of YP

Linking it to the source (master):

MF.MasterSource = TilTable.Setpoint

The master-source is a tilt-table of point-type YP and the linked robot or the MF is of XYZR point type. The MF.type will be automatically set to 3 (position only).

Transformation matrix for position actually does not exist as the TiltTable have no position component! So there is nothing to be set here.

And then the offsets definitions:

The XY coordinates will be offseted for 200 mm:

MF.base = #{-200,0,0,0}

Defining the object-location of 100mm makes the trick!

mf.base = #{Xb,Yb,Zb,Rb}
mf.objectloc = #{Xo,Yo,Zo,0}
master.setpoint = #{yaw,pitch}

slave.setpoint = mf.base^-1:master.setpoint:mf.objectloc

i.e. the vector [Xo,Yo,Zo] will be rotated by the tilt-table angles [yaw,pitch]!!!

and the tracking (master-slave) is defined by:

Scara.Masterframe = MF

and started:

Scara.slave = 5

Example 3. Two SCARA's working on a same piece

A robot to robot tracking example:
Two SCARA robots, one master the other is slave.

Setup:
set the slave robot to track the master on a distance of 100mm pointing in face-to face direction (180º)

Common Shared MF as Moving Frame Of XYZR
MF.MasterSource = ScaraMaster
MF.ObjectLoc = #{100,0,0,180}
ScaraSlave.MovingFrame = MF
ScaraSlave.Slave=5

At the moment of engagement (i.e. Slave=5) Zero point is recorded!

Wait to be Synchronized and arriving to master-position together:
System waits until MF is synchronized (Is-Moving-Frame-Synchronized equals 1) and motion towards Zero point is completed (isMoving flag is not positive)

Moves MF.Zero
While ScaraSlave.IMFS <> 1 and ScaraSlave.Ismoving > 0
Sleep 1
End While

Do something, or just stay in tracking mode.

Stopping.De-Synchronize:

slave = 0
while  ScaraSlave.IMFS <> 0
Sleep 1
End While

After this ScaraSlave will be stopped not exactly on the ScaraMaster's path (deviation is more or less random and depends on the master's robot path and joints' deceleration parameters).

Example 4. Coordination

Relative position between the robots during tracking, the slave robot to track the master on a distance of 100mm pointing in face-to face direction (180º)

zoomed detail:

Example 5. PUMA and SCARA on a patch placement job

For setting up global; coordinates see: Global_Coordinates

Geometry

Also see: Global_Coordinates

the given setup can be accomplished in four different ways:

World(Robot) Frame	Base Frame	Global Base	Moving Frame
puma.base = #{0,0,0,0,0,0} scara.base = #{0,0,0,0} Moves puma #{50,0,600,90,90,0} Moves scara #{-100,-100,0,0}	puma.base = #{200,100,0,0,0,0} scara.base = #{100,100,0,0} Moves puma #{250,100,600,90,90,0} Moves scara #{200,0,-100,0}	puma.base = #{200,100,0,0,0,0} puma.gbase = #{0,0,0,0,0,0} scara.base = #{100,100,0,0} scara.gbase = #{0,100,700,0} Moves puma #{250,100,600,90,90,0} Moves scara #{250,100,600,90,90,0}	puma.base = #{200,100,0,0,0,0} scara.base = #{100,100,0,0} puma.globalbase = #{0,0,0,0,0,0} scara.globalbase = #{0,0,0,0,0,0} Moves puma #{250,100,600,90,90,0} MF.MasterSource = puma.setpoint MF.Base = #{200,0,-600,0} MF.ObjectLoc = #{0,0,50,0} scara.MasterFrame = MF scara.slave = 5 Moves scara MF.zero

	NOTE
	All four given code examples will bring the two robots to same positions!

	IMPORTANT
	The "Moving Frame" example takes into account SCARA base coordinates and not the global ones as the MF is declared of XYZR point type.

System setup

definitions:

Common Shared MF As Moving Frame Of XYZR
Common Shared hold As Location Of XYZR
Common Shared patch_feeder As Location Of XYZR

initialization :

SCARA.Base  = #{100,100,0,0}
SCARA.GBASE = #{0,100,700,0,0,0}
PUMA.Base   = #{200,100,0,0}


MF.MasterSource = PUMA.SETPOINT
MF.ObjectLoc    = #{0,0,50,0}
MF.Base         = #{200,0,-700,0}

SCARA.BlendingMethod = 2
SCARA.BlendingFactor = 80
SCARA.MasterFrame = MF

Execution Code

while patches()
   MoveS PUMA MoldPose((PatchNumber()))
   MoveS SCARA patch_feeder
   MoveS SCARA down
   Call TakePatch(SCARA)
   Moves SCARA up
   Moves SCARA hold
   MF.ObjectLoc = MoldProfile(PatchNumber())
   SCARA.slave = 5
   Moves SCARA MF.Zero
   Call GluePatch(SCARA)
   Moves SCARA up
   SCARA.Slave = 0
   Moves SCARA hold
end while

Functions and variables used in the program above:

Function MoldPose( n as long) as location of XYZYPR

Function returning pathc position on the mold in PUMA's coordinate system (e.g. XYZYPR)

Function MoldProfile( n as long) as location of XYZR

Function returning the shape profile of the mold in XYZ coordinates , setting it into OBJECTLOC will effectively set a right position of the SCARA robot on the mold. Returns SCARA locations (XYZR).

Sub TakePatch(robot as generic group)

Subroutine for taking (gripper manipulation, vacuum, waiting, etc) a patch from the feeder.

Sub GluePatch(robot as generic group)

Subroutine for placing the patch on the mold. Here included are all synchronizations needed (wait, gripper open, ...)

MF.Base

Moving Frame Base offset,

hold

Waiting position

Patch_feeder

Position from where the patches are taken.

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