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課前回顧 所 處 位 置 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)由哪幾部分組成 工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動方式 常見的有哪幾種 課 前 回 顧 章節(jié)目錄 思考練習(xí) 學(xué)習(xí)目標(biāo) 所 處 位 置 熟悉工業(yè)機(jī)器人的常見技術(shù)指標(biāo) 能夠正確識別工業(yè)機(jī)器人的點(diǎn)位運(yùn)動和連續(xù)路徑運(yùn)動 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 返回 目錄 認(rèn)知目標(biāo) 能力目標(biāo) 了解工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動控制 能夠掌握工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)的含義 2 2工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo) 機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)反映機(jī)器人的適用范圍和工作性能 所 處 位 置 課 堂 認(rèn) 知 自由度 工作空間 額定負(fù)載 最大工作速度 工作精度 一般都有 相關(guān)術(shù)語及性能指標(biāo) 一 關(guān)節(jié) Joint 即運(yùn)動副 允許機(jī)器人手臂各零件之間發(fā)生相對運(yùn)動的機(jī)構(gòu) 二 連桿 Link 機(jī)器人手臂上被相鄰兩關(guān)節(jié)分開的部分 三 剛度 Stiffness 機(jī)身或臂部在外力作用下抵抗變形的能力 它是用外力和在外力作用方向上的變形量 位移 之比來度量 1 自由度 Degreeoffreedom 或者稱坐標(biāo)軸數(shù) 是指描述物體運(yùn)動所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù) 手指的開 合 以及手指關(guān)節(jié)的自由度一般不包括在內(nèi) 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo) 通常作為機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo) 反映機(jī)器人動作的靈活性 可用軸的直線移動 擺動或旋轉(zhuǎn)動作的數(shù)目來表示 目前 焊接和涂裝作業(yè)機(jī)器人多為6或7自由度 而搬運(yùn) 碼垛和裝配機(jī)器人多為4 6自由度 機(jī)器人的自由度越多 就越能接近人手的動作機(jī)能 通用性就越好 但是自由度越多 結(jié)構(gòu)越復(fù)雜 對機(jī)器人的整體要求就越高 這是機(jī)器人設(shè)計中的一個矛盾 是不是自由度越多越好呢 2 額定負(fù)載也稱持重 正常操作條件下 作用于機(jī)器人手腕末端 不會使機(jī)器人性能降低的最大載荷 3 工作精度 目前 工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)精度可達(dá) 0 01 0 5mm 依據(jù)作業(yè)任務(wù)和末端持重不同 機(jī)器人重復(fù)精度亦不同 目前 使用的工業(yè)機(jī)器人負(fù)載范圍可從0 5kg直至800kg 工業(yè)機(jī)器人典型行業(yè)應(yīng)用的工作精度 所 處 位 置 課 堂 認(rèn) 知 19 30 4 工作空間 也稱工作范圍 工作行程 工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)時 其手腕參考點(diǎn)或末端操作器安裝點(diǎn) 不包括末端操作器 所能掠過的空間 一般不包括末端操作器本身所能到達(dá)的區(qū)域 目前 單體工業(yè)機(jī)器人本體的工作范圍可達(dá)3 5m左右 所 處 位 置 課 堂 認(rèn) 知 b 水平串聯(lián)多關(guān)節(jié)機(jī)器人MOTOMANMPP3S a 垂直串聯(lián)多關(guān)節(jié)機(jī)器人MOTOMANMH3F 返回 c 并聯(lián)多關(guān)節(jié)機(jī)器人MOTOMANMYS650L 目錄 不同本體結(jié)構(gòu)YASKAWA機(jī)器人工作范圍 20 30 最大工作速度通常指機(jī)器人手腕中心的最大速度 這在生產(chǎn)中是影響生產(chǎn)效率的重要指標(biāo) 5 工作速度機(jī)器人在工作載荷條件下 勻速運(yùn)動過程中 機(jī)械接口中心或工具中心點(diǎn)在單位時間內(nèi)所移動的距離或轉(zhuǎn)動的角度 機(jī)器人的運(yùn)動速度是指單關(guān)節(jié)速度 2 3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動控制 2 3 1機(jī)器人運(yùn)動學(xué)問題 所 處 工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)可看作是一個開鏈?zhǔn)蕉噙B桿機(jī)構(gòu) 始端連桿就是機(jī)器人的基座 末端連桿與工具相連 相鄰連桿之間用一個關(guān)節(jié) 軸 連接在一起 對于一個6自由度工業(yè)機(jī)器人 它由6個連桿和6個關(guān)節(jié) 軸 組成 編號時 基座稱為連桿0 不包含在這6個連桿內(nèi) 連桿1與基座由關(guān)節(jié)1相連 連桿2通過關(guān)節(jié)2與連桿1相連 依此類推 位 置 課 堂 認(rèn) 知 返回 目錄 a 實(shí)物圖 工業(yè)機(jī)器人操作機(jī) 2 3 1機(jī)器人運(yùn)動學(xué)問題 所 處 1 運(yùn)動學(xué)正問題 對給定的機(jī)器人操作機(jī) 己知各關(guān)節(jié)角矢量 求末端執(zhí)行器相對于參考坐標(biāo)系的位姿 稱之為正向運(yùn)動學(xué) 運(yùn)動學(xué)正解或Where問題 位 置 課 堂 認(rèn) 知 返回 目錄 運(yùn)動學(xué)正問題 示教 機(jī)器人示教時 機(jī)器人控制器即逐點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)正解運(yùn)算 2 運(yùn)動學(xué)逆問題 對給定的機(jī)器人操作機(jī) 已知末端執(zhí)行器在參考坐標(biāo)系中的初始位姿和目標(biāo) 期望 位姿 求各關(guān)節(jié)角矢量 稱之為逆向運(yùn)動學(xué) 運(yùn)動學(xué)逆解或How問題 機(jī)器人再現(xiàn)時 機(jī)器人控制器即逐點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)逆解運(yùn)算 并將矢量分解到操作機(jī)各關(guān)節(jié) 2 3 2機(jī)器人的點(diǎn)位運(yùn)動和連續(xù)路徑運(yùn)動 所 處 位 1 點(diǎn)位運(yùn)動 PointtoPoint PTP PTP運(yùn)動只關(guān)心機(jī)器人末端執(zhí)行器運(yùn)動的起點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)位姿 不關(guān)心這兩點(diǎn)之間的運(yùn)動軌跡 置 2 連續(xù)路徑運(yùn)動 ContinuousPath CP CP運(yùn)動不僅關(guān)心機(jī)器人末端執(zhí)行器達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的精度 而且必須保證機(jī)器人能沿所期望的軌跡在一定精度范圍內(nèi)重復(fù)運(yùn)動 課 堂 認(rèn) 知 工業(yè)機(jī)器人PTP運(yùn)動和CP運(yùn)動 2 3 2機(jī)器人的點(diǎn)位運(yùn)動和連續(xù)路徑運(yùn)動 所 機(jī)器人CP運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)是以點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動為基礎(chǔ) 通過在相鄰兩點(diǎn)之間采用滿足精度要求的直線或圓弧軌跡插補(bǔ)運(yùn)算即可實(shí)現(xiàn)軌跡的連續(xù)化 機(jī)器人再現(xiàn)時主控制器 上位機(jī)從 存儲器中逐點(diǎn)取出各示教點(diǎn)空間位姿坐標(biāo)值 通過對其進(jìn)行直線或圓弧或插補(bǔ)運(yùn)算 生成相應(yīng)路徑規(guī)劃 然后把各插補(bǔ)點(diǎn)的位姿坐標(biāo)值通過運(yùn)動學(xué)逆解運(yùn)算轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)角度值 分送機(jī)器人各關(guān)節(jié)或關(guān)節(jié)控制器 下位機(jī) 處 位 置 課 堂 認(rèn) 知 工業(yè)機(jī)器人的連續(xù)路徑運(yùn)動 2 3 3機(jī)器人的位置控制 所 處 位 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的位置控制是工業(yè)機(jī)器人的基本控制任務(wù) 關(guān)節(jié)控制器 下位機(jī) 是執(zhí)行計算機(jī) 負(fù)責(zé)伺服電機(jī)的閉環(huán)控制及實(shí)現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動作協(xié)調(diào) 置 課 堂 認(rèn) 知 工業(yè)機(jī)器人的位置控制 運(yùn)動控制電機(jī)及驅(qū)動 機(jī)器人的核心技術(shù)是運(yùn)動控制技術(shù) 目前工業(yè)機(jī)器人采用的電氣驅(qū)動主要有步進(jìn)電動機(jī)和伺服電動機(jī)兩類 所 處 位 1 步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng) 置 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制精密驅(qū)動元件 分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 永磁式步進(jìn)電機(jī)和混合式步進(jìn)電機(jī)三種 其中混合式步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛 是一種精度高 控制簡單 成本低廉的驅(qū)動方案 擴(kuò) 展 與 提 高 步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)驅(qū)動器 2 伺服電動機(jī)系統(tǒng) 所 處 伺服電機(jī) 在自動控制系統(tǒng)中 用作執(zhí)行元件 把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸上的角位移或角速度輸出 可分為直流和交流伺服電機(jī)兩大類 位 置 特點(diǎn) 當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象 轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降 優(yōu)點(diǎn) 無電刷和換向器 工作可靠 對維護(hù)和保養(yǎng)要求低 定子繞組散熱比較方便 慣量小 易于提高系統(tǒng)的快速性 適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài) 同功率下有較小的體積和重量 擴(kuò) 展 與 提 高 伺服電機(jī)與伺服驅(qū)動器 本章小結(jié) 所 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分稱為操作機(jī) 通常用自由度 工作空間 額定負(fù)載 定位精度 重復(fù)定位精度和最大工作速度等技術(shù)指標(biāo)來表征工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)的性能 處 位 置 工業(yè)機(jī)器人通常由操作機(jī) 控制器和示教器三部分組成 操作機(jī)是機(jī)器人賴以完成各種作業(yè)的主體部分 一般由機(jī)械臂 驅(qū)動 傳動裝置以及內(nèi)部傳感器等組成 控制器是完成機(jī)器人控制功能的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 一般由控制計算機(jī)和伺服控制器組成 示教器是機(jī)器人的人機(jī)交互接口 主要由顯示屏和按鍵組成 本 章 小 結(jié) 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動控制是指工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器從一點(diǎn)移動到另一點(diǎn)的過程中 常采用點(diǎn)位 PTP 控制和連續(xù)路徑 CP 控制兩種方式 思考練習(xí) 1 填空 所 1 通常作為機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo) 反映了機(jī)器人動作的靈活性 可 處 用軸的直線移動 擺動或旋轉(zhuǎn)動作的數(shù)目來表示 位 置 2 工業(yè)機(jī)器人主要由 和 組成 下圖中1表示 2表示 3表示 和4表示 1 2 思 考 3 練 4 習(xí) 題2圖 3 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動控制主要是實(shí)現(xiàn) 和 兩種 當(dāng)機(jī)器人進(jìn)行 運(yùn)動控制時 末端執(zhí)行器既要保證運(yùn)動的起點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)位姿 而且必 須保證機(jī)器人能沿所期望的軌跡在一定精度范圍內(nèi)運(yùn)動 4 對給定的機(jī)器人操作機(jī) 己知各關(guān)節(jié)角矢量 求末端執(zhí)行器相對于參 考坐標(biāo)系的位姿 稱之為 運(yùn)動學(xué) 29 30 思考練習(xí) 2 選擇 所 1 操作機(jī)是工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械主體 是用于完成各種作業(yè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 它主 處 要哪幾部分組成 位 置 機(jī)械臂 驅(qū)動裝置 傳動單元 內(nèi)部傳感器 A B C D 2 示教器也稱示教編程器或示教盒 主要由液晶屏幕和操作按鍵組成 可由 操作者手持移動 它是機(jī)器人的人機(jī)交互接口 試問以下哪些機(jī)器人操作可通 思 考 過示教器來完成 練 點(diǎn)動機(jī)器人 編寫 測試和運(yùn)行機(jī)器人程序 設(shè)定機(jī)器人參數(shù) 查 習(xí) 閱機(jī)器人狀態(tài) A B C D 3 判斷 1 機(jī)器人手臂是連接機(jī)身和手腕的部分 它是執(zhí)行結(jié)構(gòu)中的主要運(yùn)動部件 主 要用于改變手腕和末端執(zhí)行器的空間位置 滿足機(jī)器人的作業(yè)空間 并將各種載 荷傳遞到機(jī)座 2 除個別運(yùn)動精度不高 重負(fù)載或有防爆要求的機(jī)器人采用液壓 氣壓驅(qū)動外 工業(yè)機(jī)器人目前大多采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動 3 工業(yè)機(jī)器人的腕部傳動多采用RV減速器 臂部則采用諧波減速器 返回 30 30 1 定位精度 2 重復(fù)定位精度 也稱絕對精度 指機(jī)器人末端參考點(diǎn)實(shí)際到達(dá)的位置與所需要到達(dá)的理想位置之間的差距 在相同的位置指令下 機(jī)器人連續(xù)重復(fù)若干次其位置的分散情況 它是衡量一列誤差值的密集程度 即重復(fù)度