機器人焊接技術(shù)PPT精品

1、機器人焊接技術(shù)機器人焊接技術(shù)1課程內(nèi)容課程內(nèi)容內(nèi)容：內(nèi)容：機器人基本知識機器人基本知識工業(yè)機器人工作原理工業(yè)機器人工作原理弧焊機器人離線編程及標定技術(shù)弧焊機器人離線編程及標定技術(shù)機器人焊接系統(tǒng)的組成及特點機器人焊接系統(tǒng)的組成及特點主要參考教材：主要參考教材：林尚揚等林尚揚等,焊接機器人及其應(yīng)用焊接機器人及其應(yīng)用 機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社, 2000年年7月月吳林等，智能化焊接技術(shù)國防工業(yè)出版社，吳林等，智能化焊接技術(shù)國防工業(yè)出版社，2000年年8月月陳善本等陳善本等,焊接過程現(xiàn)代控制技術(shù)焊接過程現(xiàn)代控制技術(shù) 哈工大出版社哈工大出版社, 2001年年5月月2機器人焊接的特點機器人焊接的特點早

2、期的焊接自動化程度低，基本是手工操作，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)某早期的焊接自動化程度低，基本是手工操作，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)某個產(chǎn)品只能由某個人或某幾個人完成的情況，出現(xiàn)了個產(chǎn)品只能由某個人或某幾個人完成的情況，出現(xiàn)了“王麻子菜刀王麻子菜刀”、“張張小泉剪刀小泉剪刀”、“張氏陀螺張氏陀螺”。手工操作受操作人員情緒等個人狀態(tài)的影響，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。所以現(xiàn)代企手工操作受操作人員情緒等個人狀態(tài)的影響，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。所以現(xiàn)代企業(yè)要盡量擺脫這種對專門人員的依賴，采用自動化的機器設(shè)備來保證產(chǎn)品質(zhì)業(yè)要盡量擺脫這種對專門人員的依賴，采用自動化的機器設(shè)備來保證產(chǎn)品質(zhì)量及效率。量及效率。2020世紀世紀70

3、70年代：工業(yè)機器人技術(shù)被應(yīng)用到焊接領(lǐng)域，焊接自動化程度發(fā)生了年代：工業(yè)機器人技術(shù)被應(yīng)用到焊接領(lǐng)域，焊接自動化程度發(fā)生了質(zhì)的飛躍，焊接質(zhì)量及效率得到顯著提高。質(zhì)的飛躍，焊接質(zhì)量及效率得到顯著提高。3機器人焊接的特點機器人焊接的特點根據(jù)對產(chǎn)品的適應(yīng)能力，焊接自動化系統(tǒng)可以分為：根據(jù)對產(chǎn)品的適應(yīng)能力，焊接自動化系統(tǒng)可以分為： “剛性剛性”自動化系統(tǒng)自動化系統(tǒng)，也稱專機，主要針對大批量定型產(chǎn)品，特點為成，也稱專機，主要針對大批量定型產(chǎn)品，特點為成本低、效率高，但適應(yīng)的產(chǎn)品單一。一旦產(chǎn)品換型，生產(chǎn)線就要更換。本低、效率高，但適應(yīng)的產(chǎn)品單一。一旦產(chǎn)品換型，生產(chǎn)線就要更換。 “柔性柔性”自動化系統(tǒng)自動化系

4、統(tǒng)，主要指通過編程可改變操作的機器，產(chǎn)品換型時，主要指通過編程可改變操作的機器，產(chǎn)品換型時，只需通過改變相應(yīng)程序，便可適應(yīng)新產(chǎn)品。機器人屬于典型的具有柔，只需通過改變相應(yīng)程序，便可適應(yīng)新產(chǎn)品。機器人屬于典型的具有柔性的設(shè)備。性的設(shè)備。 隨著市場經(jīng)濟的快速發(fā)展，企業(yè)的產(chǎn)品從單一品種大批量生產(chǎn)變?yōu)槎嗥贩N隨著市場經(jīng)濟的快速發(fā)展，企業(yè)的產(chǎn)品從單一品種大批量生產(chǎn)變?yōu)槎嗥贩N小批量，要求生產(chǎn)線具有更大的柔性。所以焊接機器人在生產(chǎn)中的應(yīng)用越來小批量，要求生產(chǎn)線具有更大的柔性。所以焊接機器人在生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，越廣泛，機器人焊接已成為焊接自動化的發(fā)展趨勢機器人焊接已成為焊接自動化的發(fā)展趨勢。4采用機器人焊

5、接，具有如下優(yōu)點：采用機器人焊接，具有如下優(yōu)點： 易于實現(xiàn)焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和提高，保證其均一性；易于實現(xiàn)焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和提高，保證其均一性； 提高生產(chǎn)率，一天可提高生產(chǎn)率，一天可2424小時連續(xù)生產(chǎn)，機器人不會疲倦；小時連續(xù)生產(chǎn)，機器人不會疲倦； 改善工人勞動條件，可在有害環(huán)境下長期工作；改善工人勞動條件，可在有害環(huán)境下長期工作； 降低對工人操作技術(shù)難度的要求；降低對工人操作技術(shù)難度的要求； 縮短產(chǎn)品改型換代的準備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資；縮短產(chǎn)品改型換代的準備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資； 可實現(xiàn)小批量產(chǎn)品焊接自動化；可實現(xiàn)小批量產(chǎn)品焊接自動化； 可作為數(shù)字化制造的一個環(huán)節(jié)?？勺鳛閿?shù)字化制

6、造的一個環(huán)節(jié)。機器人焊接的特點機器人焊接的特點5第一章第一章 機器人工作原理機器人工作原理第一節(jié)第一節(jié) 機器人基本知識機器人基本知識第二節(jié)第二節(jié) 機器人工作原理機器人工作原理6第一節(jié)第一節(jié) 機器人基本知識機器人基本知識一一 機器人的概念機器人的概念二二 機器人的發(fā)展及現(xiàn)狀機器人的發(fā)展及現(xiàn)狀三三 機器人的分類機器人的分類四四 工業(yè)機器人常用術(shù)語工業(yè)機器人常用術(shù)語7一、機器人的概念一、機器人的概念“robot”的來源的來源 1920年，捷克作家年，捷克作家karel capek的科幻劇的科幻劇rossums universal robots（羅薩姆的萬能羅薩姆的萬能機器人），劇中描寫了一批能從事各

7、項勞動、聽機器人），劇中描寫了一批能從事各項勞動、聽命于人的機器，取名為命于人的機器，取名為“robota”（捷克語），捷克語），含義為：含義為：forced worker （奴隸）。奴隸）。 英語：英語：robot 德語：德語：robot 日語：日語： 俄語：俄語： 漢字：機器人漢字：機器人 karelkarel capekcapek（1890189019381938）8一、機器人的概念一、機器人的概念機器人的定義：國際上對機器人的定義很多機器人的定義：國際上對機器人的定義很多 the webster dictionary (webster, 1993) : “an automatic de

8、vice that performs functions normally ascribed to humans or a machine in the form of a human.” 一個自動化設(shè)備，它一個自動化設(shè)備，它能執(zhí)行通常由人執(zhí)行的任務(wù)；或一個人型的機器能執(zhí)行通常由人執(zhí)行的任務(wù)；或一個人型的機器 美國機器人學會美國機器人學會（the robot institute of america，1979) : “a reprogrammable, multifunctional manipulator designed to move materials, parts, tools, o

9、r specialized devices through various programmed motions for the performance of a variety of tasks.” 一一個可再編程的多功能操作器，用來移動材料、零部件、工具等；或個可再編程的多功能操作器，用來移動材料、零部件、工具等；或一個通過編程用于完成各種任務(wù)的專用設(shè)備。一個通過編程用于完成各種任務(wù)的專用設(shè)備。 iso，1987：工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機。業(yè)的可編程操作機。9二、工業(yè)機器人的發(fā)展及現(xiàn)

10、狀二、工業(yè)機器人的發(fā)展及現(xiàn)狀19541954年，美國人年，美國人g.devolg.devol 和和j.englebergerj.engleberger設(shè)設(shè)計了一臺可編程的機器人計了一臺可編程的機器人19611961年，他們生產(chǎn)了世界上第一臺工業(yè)機器人年，他們生產(chǎn)了世界上第一臺工業(yè)機器人“unimatesunimates”，并獲得了專利并獲得了專利19621962年，年，englebergerengleberger 成立了成立了unimationunimation公司公司，他被稱為，他被稱為“機器人之父機器人之父”日本從上世紀日本從上世紀7070年代中后期開始開發(fā)工業(yè)機器年代中后期開始開發(fā)工業(yè)機

11、器人，人，1515年后就成為產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的世界年后就成為產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的世界工業(yè)機器人工業(yè)機器人“王國王國”。 unimates 機器人10二、工業(yè)機器人的發(fā)展及現(xiàn)狀二、工業(yè)機器人的發(fā)展及現(xiàn)狀20002000年，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，全世界工業(yè)機器人總量為年，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，全世界工業(yè)機器人總量為757,000757,000臺，其中臺，其中 日本，日本，402,200402,200臺臺 美國，美國， 92,900 92,900臺臺 德國，德國， 81,200 81,200臺臺 新加坡，新加坡，5,3005,300臺臺 臺灣，臺灣， 6,400 6,400臺臺這些機器人中這些機器人中4545為焊

12、接機器人（點焊、弧焊）為焊接機器人（點焊、弧焊）我國大陸地區(qū)工業(yè)機器人用戶我國大陸地區(qū)工業(yè)機器人用戶700700多家，擁有工業(yè)機器人約多家，擁有工業(yè)機器人約35003500臺，其中臺，其中焊接機器人約焊接機器人約10001000臺，與國外的差距是明顯的。臺，與國外的差距是明顯的。值得欣喜的是，我國機器人應(yīng)用發(fā)展較快，值得欣喜的是，我國機器人應(yīng)用發(fā)展較快，19961996年我國焊接機器人僅為年我國焊接機器人僅為500500臺，目前以每年臺，目前以每年3030以上的速度增長。以上的速度增長。11二、工業(yè)機器人的發(fā)展及現(xiàn)狀二、工業(yè)機器人的發(fā)展及現(xiàn)狀主要機器人廠家主要機器人廠家日本：日本：motoma

13、nmotoman、otcotc、panasonicpanasonic、fanucfanuc等等美國：美國：adeptadept等等歐洲：奧地利歐洲：奧地利igmigm、德國德國clooscloos、kukakuka、瑞典瑞典abbabb韓國：韓國：hyundaihyundai沈陽新松沈陽新松fanuc12三、機器人的分類三、機器人的分類機器人分類方法很多機器人分類方法很多按照技術(shù)水平劃分：按照技術(shù)水平劃分： 第一代：示教再現(xiàn)型，具有記憶能力。目前，絕大部分應(yīng)用中的工業(yè)第一代：示教再現(xiàn)型，具有記憶能力。目前，絕大部分應(yīng)用中的工業(yè)機器人均屬于這一類。缺點是操作人員的水平影響工作質(zhì)量。機器人均屬于這

14、一類。缺點是操作人員的水平影響工作質(zhì)量。 第二代：初步智能機器人，對外界有反饋能力。部分已經(jīng)應(yīng)用到生產(chǎn)第二代：初步智能機器人，對外界有反饋能力。部分已經(jīng)應(yīng)用到生產(chǎn)中。中。 第三代：智能機器人，具有高度的適應(yīng)性，有自行學習、推理、決策第三代：智能機器人，具有高度的適應(yīng)性，有自行學習、推理、決策等功能，處在研究階段。等功能，處在研究階段。13三、機器人的分類三、機器人的分類按照基本結(jié)構(gòu)劃分：按照基本結(jié)構(gòu)劃分： 直角坐標型，直角坐標型，也稱也稱“機床型機床型” 圓柱坐標型圓柱坐標型 球坐標型球坐標型 全關(guān)節(jié)型全關(guān)節(jié)型14三、機器人的分類三、機器人的分類按照受控運動方式劃分：按照受控運動方式劃分： 點

15、位控制（點位控制（ptpptp）型，型，point to point, point to point, 如點焊、搬運機器人如點焊、搬運機器人 連續(xù)軌跡控制（連續(xù)軌跡控制（cpcp）型，型，continouscontinous path path，如弧焊、噴漆機器人如弧焊、噴漆機器人按驅(qū)動方式劃分：按驅(qū)動方式劃分： 氣壓驅(qū)動（壓縮空氣）氣壓驅(qū)動（壓縮空氣） 液壓驅(qū)動（重型機器人，如搬運、點焊機器人）液壓驅(qū)動（重型機器人，如搬運、點焊機器人） 電驅(qū)動（電動機），應(yīng)用最多電驅(qū)動（電動機），應(yīng)用最多15三、機器人的分類三、機器人的分類按照應(yīng)用領(lǐng)域劃分：按照應(yīng)用領(lǐng)域劃分：工業(yè)機器人，面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)

16、機械手或多自由度機器人。工業(yè)機器人，面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度機器人。特種機器人，用于非制造業(yè)的各種機器人，服務(wù)機器人、水下機器特種機器人，用于非制造業(yè)的各種機器人，服務(wù)機器人、水下機器人、農(nóng)業(yè)機器人、軍用機器人等人、農(nóng)業(yè)機器人、軍用機器人等16三、機器人的分類三、機器人的分類華宇華宇i i型弧焊機器人型弧焊機器人17三、機器人的分類三、機器人的分類弧焊機器人弧焊機器人 點焊機器人點焊機器人18三、機器人的分類三、機器人的分類伐根機器人伐根機器人 摘果機器人摘果機器人19三、機器人的分類三、機器人的分類擦玻璃機器人擦玻璃機器人 無人潛水器無人潛水器20三、機器人的分類三、機器人的分類

17、排爆機器人排爆機器人 外科手術(shù)機器人外科手術(shù)機器人21三、機器人的分類三、機器人的分類雙足仿人機器人雙足仿人機器人 球機器人球機器人22三、工業(yè)機器人常用術(shù)語三、工業(yè)機器人常用術(shù)語自由度自由度（degree of freedomdegree of freedom， dof dof ）, ,物體能夠?qū)ψ鴺讼颠M行獨立運動物體能夠?qū)ψ鴺讼颠M行獨立運動的數(shù)目稱為自由度，對于自由剛體，具有的數(shù)目稱為自由度，對于自由剛體，具有6 6個自由度。通常作為機器人的個自由度。通常作為機器人的技術(shù)指標，反映機器人靈活性，對于焊接機器人一般具有技術(shù)指標，反映機器人靈活性，對于焊接機器人一般具有5 56 6個自由度個自

18、由度位姿位姿（posepose），），指工具的位置和姿態(tài)。指工具的位置和姿態(tài)。末端操作器末端操作器（end end effectoreffector），），位于機器人腕部末端，直接執(zhí)行工作要求的裝置，如夾持器、焊槍、焊位于機器人腕部末端，直接執(zhí)行工作要求的裝置，如夾持器、焊槍、焊鉗等鉗等額定負載額定負載（payloadpayload），），也稱為持重也稱為持重弧焊機器人：弧焊機器人：5 52020kgkg點焊機器人：點焊機器人：5050200200kgkg23三、工業(yè)機器人常用術(shù)語三、工業(yè)機器人常用術(shù)語工作空間工作空間（working spaceworking space），），機器人工作時，

19、其腕軸交點能在空間活動機器人工作時，其腕軸交點能在空間活動的范圍。的范圍。重復位姿精度重復位姿精度（pose repeatabilitypose repeatability），），在同一條件下，重復在同一條件下，重復n n次所測得次所測得的位姿一致程度。的位姿一致程度。軌跡重復精度軌跡重復精度（path repeatabilitypath repeatability），），沿同一軌跡跟隨沿同一軌跡跟隨n n次，所測得的次，所測得的軌跡之間的一致程度軌跡之間的一致程度24第二章第二章 機器人運動學分析機器人運動學分析第一節(jié)第一節(jié) 位置和姿態(tài)的表示位置和姿態(tài)的表示第二節(jié)第二節(jié) 坐標變換坐標變換第三

20、節(jié)第三節(jié) 機器人連桿參數(shù)及連桿坐標系機器人連桿參數(shù)及連桿坐標系第四節(jié)第四節(jié) 連桿坐標變換及運動學方程連桿坐標變換及運動學方程第五節(jié)第五節(jié) 運動學逆問題的相關(guān)問題運動學逆問題的相關(guān)問題25機器人運動學的研究內(nèi)容機器人運動學的研究內(nèi)容 一般可以將機器人看作是一個開鏈式多連桿機構(gòu)，始端連桿就是機器人的機一般可以將機器人看作是一個開鏈式多連桿機構(gòu)，始端連桿就是機器人的機座，末端連桿與工具相連，相鄰連桿之間用一個關(guān)節(jié)連接在一起。座，末端連桿與工具相連，相鄰連桿之間用一個關(guān)節(jié)連接在一起。機器人運動學包括兩方面問題：機器人運動學包括兩方面問題：運動學正問題：已知各關(guān)節(jié)角值，求工具在空間的位置和姿態(tài)。實際上，

21、運動學正問題：已知各關(guān)節(jié)角值，求工具在空間的位置和姿態(tài)。實際上，這是建立運動學方程的過程。這是建立運動學方程的過程。運動學逆問題：已知工具的位姿，求各關(guān)節(jié)角值，這是求解運動學方程的運動學逆問題：已知工具的位姿，求各關(guān)節(jié)角值，這是求解運動學方程的問題。問題。26第一節(jié)第一節(jié) 位置和方位的表示位置和方位的表示 為了描述機器人本身各連桿之間、機器人和環(huán)境之間的運動關(guān)系，通常將它為了描述機器人本身各連桿之間、機器人和環(huán)境之間的運動關(guān)系，通常將它們看作剛體。們看作剛體。 剛體的位置和姿態(tài)描述剛體的位置和姿態(tài)描述 在直角坐標系在直角坐標系a中，任意一點中，任意一點p的位置可以用的位置可以用31列向量表示。

22、稱為列向量表示。稱為位置矢量位置矢量xayzppppaxayaz(,)xyzp pppapo27第一節(jié)第一節(jié) 位置和方位的表示位置和方位的表示 為了確定剛體為了確定剛體b的姿態(tài)（也稱方位），設(shè)一個坐標系的姿態(tài)（也稱方位），設(shè)一個坐標系b與該剛體固接。與該剛體固接。用坐標系的三個單位主矢量用坐標系的三個單位主矢量xb， yb，zb相對于參考坐標系相對于參考坐標系a的方向余弦組的方向余弦組成的成的33矩陣表示剛體矩陣表示剛體b相對于坐標系相對于坐標系a的姿態(tài)。的姿態(tài)。 稱為稱為旋轉(zhuǎn)矩陣旋轉(zhuǎn)矩陣，也可表示成：，也可表示成： 旋轉(zhuǎn)矩陣是正交的。旋轉(zhuǎn)矩陣是正交的。111213212223313233ab

23、rrrrrrrrrraaaabbbbrxyz28第一節(jié)第一節(jié) 位置和方位的表示位置和方位的表示按照上述定義，繞按照上述定義，繞 x 軸旋轉(zhuǎn)了軸旋轉(zhuǎn)了 角的旋轉(zhuǎn)矩陣，為角的旋轉(zhuǎn)矩陣，為100( , )0cossin0sincosr x()abxxayazobybz同樣也可以寫出同樣也可以寫出r（y，），），r（z，）總之，總之，用位置矢量描述剛體的位置，用旋轉(zhuǎn)矩陣描述剛體的姿態(tài)用位置矢量描述剛體的位置，用旋轉(zhuǎn)矩陣描述剛體的姿態(tài)（方位）（方位）29第一節(jié)第一節(jié) 位置和方位的表示位置和方位的表示 為了完全描述剛體為了完全描述剛體b在空間的位置和姿態(tài)，通常將剛體在空間的位置和姿態(tài)，通常將剛體b與某一坐

24、標系相固與某一坐標系相固接，通常記為接，通常記為b，b的原點一般選在剛體的原點一般選在剛體b的特征點上，如質(zhì)心或?qū)ΨQ中的特征點上，如質(zhì)心或?qū)ΨQ中心等。對弧焊機器人中的焊槍可以將原點選在焊槍電極端部。心等。對弧焊機器人中的焊槍可以將原點選在焊槍電極端部。則相對于參考坐標系則相對于參考坐標系a，用位置矢量用位置矢量apb0和旋轉(zhuǎn)矩陣和旋轉(zhuǎn)矩陣 分別描述分別描述b原點位原點位置及坐標系的方位，即剛體置及坐標系的方位，即剛體b的位置和姿態(tài)可由坐標系的位置和姿態(tài)可由坐標系b來描述：來描述： ,oaabbbrpabr當表示位置時，旋轉(zhuǎn)矩陣為單位陣；當表示位置時，旋轉(zhuǎn)矩陣為單位陣；當表示姿態(tài)時，位置矢量等于

25、零。當表示姿態(tài)時，位置矢量等于零。30第二節(jié)第二節(jié) 坐標變換坐標變換 1、坐標平移、坐標平移坐標系坐標系b與與a具有相同的方位，但具有相同的方位，但b的原點與的原點與a的原點不重合，的原點不重合，則空間任意點則空間任意點p在在a中的描述可以表示為：中的描述可以表示為：oababppp稱為坐標平移方程稱為坐標平移方程axayazapobxbybzopbpoabp31第二節(jié)第二節(jié) 坐標變換坐標變換 2、坐標旋轉(zhuǎn)、坐標旋轉(zhuǎn)坐標系坐標系b與與a原點重合，但兩者的方位不同，則空間任意點原點重合，但兩者的方位不同，則空間任意點p在在a中中的描述可以表示為：的描述可以表示為：aabbpr p稱為坐標旋轉(zhuǎn)方程

26、稱為坐標旋轉(zhuǎn)方程 3、一般變換、一般變換坐標系坐標系b與與a既不共原點，方位亦不同，此時，既不共原點，方位亦不同，此時，oaababbpr pp32第二節(jié)第二節(jié) 坐標變換坐標變換 4 4、齊次坐標變換、齊次坐標變換用用4 41 1列向量表示三維空間坐標系中的點：列向量表示三維空間坐標系中的點：xayxyzbabczc 稱為齊次坐標，齊次坐標具有不唯一性。引入齊次坐標后，一般變換變?yōu)椋悍Q為齊次坐標，齊次坐標具有不唯一性。引入齊次坐標后，一般變換變?yōu)椋?10001oaaabbbrpppapbpaabbptp33第二節(jié)第二節(jié) 坐標變換坐標變換0001oaabbabrpt稱為齊次變換矩陣稱為齊次變換矩

27、陣300()( , )000010001ooaabbaabbiprttransprot k34第二節(jié)第二節(jié) 坐標變換坐標變換001110030101.50001abt舉例：如果舉例：如果axayazobxbybzoxb與與ya同向；同向；yb與與za同向；同向；zb與與xa同向。同向。131.51oabp則，則，35第三節(jié)第三節(jié) 機器人連桿參數(shù)及連桿坐標系機器人連桿參數(shù)及連桿坐標系 對于一個對于一個6自由度機器人，有自由度機器人，有6個連桿和個連桿和6個關(guān)節(jié)組成。編號時，機個關(guān)節(jié)組成。編號時，機座稱為連桿座稱為連桿0，不包含在這，不包含在這6個連桿個連桿內(nèi)，連桿內(nèi)，連桿1與機座由關(guān)節(jié)與機座由關(guān)

28、節(jié)1相連，連相連，連桿桿2通過關(guān)節(jié)通過關(guān)節(jié)2與連桿與連桿1相連，依此類相連，依此類推。推。關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)1 1關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)2 2關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)3 3關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)4 4關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)5 5關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)6 6連桿連桿0 0連桿連桿1 1連桿連桿2 2連桿連桿3 3連桿連桿4 4連桿連桿5 5連桿連桿6 6 如前所述，可以將機器人看作如前所述，可以將機器人看作是一個開鏈式多連桿機構(gòu)，始端連是一個開鏈式多連桿機構(gòu)，始端連桿就是機器人的機座，末端連桿與桿就是機器人的機座，末端連桿與工具相連，相鄰連桿之間用一個關(guān)工具相連，相鄰連桿之間用一個關(guān)節(jié)連接在一起。節(jié)連接在一起。36第三節(jié)第三節(jié) 機器人連桿參數(shù)及連桿坐標系機器人連桿參數(shù)及連桿坐

29、標系1、連桿參數(shù)、連桿參數(shù)（1）連桿長度）連桿長度ai-1連桿兩端軸線間的距離連桿兩端軸線間的距離連桿i-1軸i-1軸ii-1a1i（2）連桿扭角）連桿扭角連桿兩端軸線間的夾角，方向為連桿兩端軸線間的夾角，方向為從從 i-1軸到軸到 i 軸軸1i37第三節(jié)第三節(jié) 機器人連桿參數(shù)及連桿坐標系機器人連桿參數(shù)及連桿坐標系2、連桿連接參數(shù)、連桿連接參數(shù)（1）連桿之間的距離）連桿之間的距離diai , ai-1 之間的距離之間的距離（2）關(guān)節(jié)角）關(guān)節(jié)角ai , ai-1 之間的夾角，方向為從之間的夾角，方向為從 ai-1 到到 ai i連桿i-1軸i-1軸ii-1a1iiaiid連桿i38第三節(jié)第三節(jié)

30、機器人連桿參數(shù)及連桿坐標系機器人連桿參數(shù)及連桿坐標系 以上定義為一般情況，對運動鏈的兩端，有一些習慣約定：以上定義為一般情況，對運動鏈的兩端，有一些習慣約定：0na =a =000n 如果關(guān)節(jié)如果關(guān)節(jié)1為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，則為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，則 1是可變的，習慣上約定是可變的，習慣上約定d1=0 如果關(guān)節(jié)如果關(guān)節(jié)1為移動關(guān)節(jié)，則為移動關(guān)節(jié)，則d1是可變的，習慣上約定是可變的，習慣上約定 1 =0 這些約定同樣適用于關(guān)節(jié)這些約定同樣適用于關(guān)節(jié)n 所以，每個連桿可以由四個參數(shù)所以，每個連桿可以由四個參數(shù) 來描述，其中來描述，其中描述的為連桿描述的為連桿i-1本身的性質(zhì)，本身的性質(zhì)， 描述的為連桿描述的為連桿i-

31、1 和連桿和連桿i之間的之間的關(guān)系。關(guān)系。 i-1i-1iia , ,d ,i-1i-1a ,iid , 當機器人的連桿鏈制作完成后，如果為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，當機器人的連桿鏈制作完成后，如果為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)， i 為變量，若為移動關(guān)為變量，若為移動關(guān)節(jié)，則節(jié)，則di 為變量，其余參數(shù)為常量。所以對于一個為變量，其余參數(shù)為常量。所以對于一個6自由度機器人，用自由度機器人，用18個參數(shù)個參數(shù)描述其固定部分，用描述其固定部分，用6個關(guān)節(jié)變量描述其變動部分，這種描述方法成為個關(guān)節(jié)變量描述其變動部分，這種描述方法成為d-h法。法。（denavit 和和 hartenberg提出的）提出的）39第三節(jié)第三節(jié) 機器人連桿

32、參數(shù)及連桿坐標系機器人連桿參數(shù)及連桿坐標系3、連桿坐標系、連桿坐標系為了確定各連桿之間的相對運動為了確定各連桿之間的相對運動關(guān)系，在各連桿上分別建立一個關(guān)系，在各連桿上分別建立一個坐標系。與機座固接的坐標系記坐標系。與機座固接的坐標系記為為0，與連桿，與連桿 i 固接的坐標系固接的坐標系記為記為i坐標系坐標系i1的建立過程：的建立過程： zi-1與軸與軸i-1重合，一般指向關(guān)節(jié)重合，一般指向關(guān)節(jié)i-1 xi-1與與ai-1重合，指向關(guān)節(jié)重合，指向關(guān)節(jié)i yi-1按右手法則確定，按右手法則確定，yi-1=zi-1xi-1 原點取在軸原點取在軸i-1與與ai-1交點上交點上連桿i-1軸i-1軸ii

33、-1a1iiaiid連桿i1ix1iy1iz1ioixiyizio40第三節(jié)第三節(jié) 機器人連桿參數(shù)及連桿坐標系機器人連桿參數(shù)及連桿坐標系對于基坐標系對于基坐標系0，一般約定當關(guān)節(jié)，一般約定當關(guān)節(jié)1變量為零時，變量為零時，0與與1重合重合對于末端連桿坐標系對于末端連桿坐標系n，也約定，當關(guān)節(jié)也約定，當關(guān)節(jié)n-1為零時，為零時，n與與n-1重合重合 連桿參數(shù)在坐標系中的含義：連桿參數(shù)在坐標系中的含義：連桿i-1軸i-1軸ii-1a1iiaiid連桿i1ix1iy1iz1ioixiyizioi-1i-1ii-1a zzx到 沿的距離i-1i-1ii-1 zzx到 繞的轉(zhuǎn)角ii-1iid xxz到 沿

34、 的距離ii-1ii xxz到 繞 的轉(zhuǎn)角41第四節(jié)第四節(jié) 連桿坐標變換及運動學方程連桿坐標變換及運動學方程在各連桿上建立坐標系之后，可以進行連桿坐標系之間的變換。在各連桿上建立坐標系之后，可以進行連桿坐標系之間的變換。i到到i-1的變換矩陣用的變換矩陣用 表示。表示。根據(jù)連桿坐標系的定義，根據(jù)連桿坐標系的定義， i到到i-1的變換如下：的變換如下：先假設(shè)先假設(shè)i與與i-1重合重合i-1iti-1i-1(1) x繞旋轉(zhuǎn)i-1i-12 xa（ ） 沿平移i-1i(3) z繞旋轉(zhuǎn)i-1i4 zd（ ） 沿平移得到坐標系得到坐標系ii-1ii-1i-1iit=rot(x, )trans(x,a )r

35、ot(z,)trans(z,d)42第四節(jié)第四節(jié) 連桿坐標變換及運動學方程連桿坐標變換及運動學方程iii-1ii-1ii-1i-1ii-1ii-1ii-1i-1ii-1cos-sin0asin coscos sin-sin-d cossin sincos sincosd cos0001i-1it=這就是連桿坐標系之間的轉(zhuǎn)換矩陣，機器人制作完成后，每個關(guān)節(jié)只有這就是連桿坐標系之間的轉(zhuǎn)換矩陣，機器人制作完成后，每個關(guān)節(jié)只有一個變量，一個變量，對于轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)對于轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)對于移動關(guān)節(jié)對于移動關(guān)節(jié)i-1iit= f()di-1iit= f()43第四節(jié)第四節(jié) 連桿坐標變換及運動學方程連桿坐標變換及運動學方

36、程 將個連桿變換矩陣相乘，可得將個連桿變換矩陣相乘，可得001n-1n12ni= ( ) i=1,2nt= t tt f 這就是機器人的運動學方程，描述的是末端連桿（工具）相對于基這就是機器人的運動學方程，描述的是末端連桿（工具）相對于基坐標系之間的變換矩陣與關(guān)節(jié)變量的之間的關(guān)系。坐標系之間的變換矩陣與關(guān)節(jié)變量的之間的關(guān)系。 如果通過傳感器獲得各關(guān)節(jié)變量的值，就可以確定機器人末端連桿如果通過傳感器獲得各關(guān)節(jié)變量的值，就可以確定機器人末端連桿上工具的位置和姿態(tài)。這樣就解決了機器人的正運動學問題。上工具的位置和姿態(tài)。這樣就解決了機器人的正運動學問題。44第五節(jié)第五節(jié) 運動學逆問題的相關(guān)問題運動學逆

37、問題的相關(guān)問題 運動學方程運動學方程001n-1n12ni= ( ) i=1,2nt= t tt f 對于機器人運動學逆問題，即已知末端位姿，求各關(guān)節(jié)變量值，也對于機器人運動學逆問題，即已知末端位姿，求各關(guān)節(jié)變量值，也就是已知就是已知 求求 （求運動學方程的根）（求運動學方程的根） 在運動學方程兩端左乘在運動學方程兩端左乘 ，對于，對于6自由度機器人，有自由度機器人，有0nti0-11()t0-10123451623456()tt= t t t t t123456( )( , , , , )g= f 求解時，一般不是聯(lián)立求解求解時，一般不是聯(lián)立求解12個方程，而是找出方程右端的常數(shù)項，令個方程

38、，而是找出方程右端的常數(shù)項，令其與左端相應(yīng)項相等，即找出僅含有其與左端相應(yīng)項相等，即找出僅含有1 1 的方程，求出的方程，求出1 1 將將1 1 代入上面方程中，利用同樣方法，可以依次求出代入上面方程中，利用同樣方法，可以依次求出2 23 34 4 5 56 6 求解時，需要直覺觀察與經(jīng)驗，也可以采用數(shù)值解法（復雜）。求解時，需要直覺觀察與經(jīng)驗，也可以采用數(shù)值解法（復雜）。45第五節(jié)第五節(jié) 運動學逆問題的相關(guān)問題運動學逆問題的相關(guān)問題 1、解的存在性和工作空間、解的存在性和工作空間 指機器人能否到達所指定的位姿。指機器人能否到達所指定的位姿。 例如，對于平面例如，對于平面2r機械手，可直觀機械

39、手，可直觀地寫出其運動學方程地寫出其運動學方程1121211212coscos()sinsin()xllyll 運動學逆問題：運動學逆問題：12 x, y) 已知（，求121l2lxyp()x, y46第五節(jié)第五節(jié) 運動學逆問題的相關(guān)問題運動學逆問題的相關(guān)問題 p點在圓環(huán)內(nèi)有解點在圓環(huán)內(nèi)有解 通常將解存在的區(qū)域稱為機器人通常將解存在的區(qū)域稱為機器人的工作空間。分為的工作空間。分為2類：類： 靈活工作空間，工具能以任意姿靈活工作空間，工具能以任意姿態(tài)到達的目標點集合；態(tài)到達的目標點集合； 可達工作空間，機器人工具至少可達工作空間，機器人工具至少能以一個姿態(tài)到達的目標點集合。能以一個姿態(tài)到達的目標

40、點集合。 對于本例，靈活工作空間只有一對于本例，靈活工作空間只有一個點。個點。121l2lxyp()x, y12ll12-l l 如果末端再增加一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，則如果末端再增加一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，則靈活空間會變大。即自由度增多，機靈活空間會變大。即自由度增多，機器人變靈活。器人變靈活。47第五節(jié)第五節(jié) 運動學逆問題的相關(guān)問題運動學逆問題的相關(guān)問題 2、解的唯一性和最優(yōu)解、解的唯一性和最優(yōu)解 隨著自由度的增多，運動學方程的解越隨著自由度的增多，運動學方程的解越多，即達到空間某一位姿，各關(guān)節(jié)變量可多，即達到空間某一位姿，各關(guān)節(jié)變量可以有多種不同的組合。如以有多種不同的組合。如3r機械手當前機械手當前的位姿

41、，有兩組解。的位姿，有兩組解。p()x, y 對于對于6自由度機器人，解自由度機器人，解的數(shù)量最多可達的數(shù)量最多可達16個。個。 右圖為右圖為puma560機器人，機器人，工具在當前位姿條件下，具工具在當前位姿條件下，具有有8組解。組解。48第五節(jié)第五節(jié) 運動學逆問題的相關(guān)問題運動學逆問題的相關(guān)問題 如何選??？如何選??？ 避免碰撞；避免碰撞； 最短行程；最短行程； 多動小關(guān)節(jié)，少動大關(guān)節(jié)；多動小關(guān)節(jié)，少動大關(guān)節(jié)； 機器人動力學：運動與受力之間的關(guān)系機器人動力學：運動與受力之間的關(guān)系 正問題：根據(jù)關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩，計算操作臂的運動（位移、速度、加速度）；正問題：根據(jù)關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩，計算操作臂的運動（位

42、移、速度、加速度）； 逆問題：已知機器人運動軌跡對應(yīng)的位移、速度、加速度，求所需每個關(guān)節(jié)逆問題：已知機器人運動軌跡對應(yīng)的位移、速度、加速度，求所需每個關(guān)節(jié)的驅(qū)動力矩；的驅(qū)動力矩；49第三章第三章 機器人驅(qū)動與控制技術(shù)機器人驅(qū)動與控制技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 驅(qū)動電機驅(qū)動電機第二節(jié)第二節(jié) 位置控制位置控制50第一節(jié)第一節(jié) 驅(qū)動電機驅(qū)動電機 電動機是機器人驅(qū)動系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。電動機是機器人驅(qū)動系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。 常采用的電動機為：常采用的電動機為： 步進電機步進電機 直流伺服電機直流伺服電機 交流伺服電機交流伺服電機51第一節(jié)第一節(jié) 驅(qū)動電機驅(qū)動電機 步進電機步進電機 經(jīng)常應(yīng)用于開環(huán)控制系統(tǒng)，特點為具有

43、較大的低速轉(zhuǎn)矩，可經(jīng)常應(yīng)用于開環(huán)控制系統(tǒng)，特點為具有較大的低速轉(zhuǎn)矩，可不配減速器，直接驅(qū)動。主要分為三類：不配減速器，直接驅(qū)動。主要分為三類： 永磁式步進電動機：轉(zhuǎn)子由磁性材料制成，永磁式步進電動機：轉(zhuǎn)子由磁性材料制成，具有低力矩、低速度、低成本的特點。一般用具有低力矩、低速度、低成本的特點。一般用于計算機外圍設(shè)備（打印機、光驅(qū)等）于計算機外圍設(shè)備（打印機、光驅(qū)等） 變磁阻式步進電動機：沒有磁性材料，不通變磁阻式步進電動機：沒有磁性材料，不通電時，沒有保持力矩，也稱感應(yīng)式步進電機電時，沒有保持力矩，也稱感應(yīng)式步進電機 混合式步進電動機：上述原理的結(jié)合，是目混合式步進電動機：上述原理的結(jié)合，是目

44、前應(yīng)用越來越廣的一種。前應(yīng)用越來越廣的一種。52第一節(jié)第一節(jié) 驅(qū)動電機驅(qū)動電機 直流伺服電機直流伺服電機 20世紀世紀80年代中期以前被廣泛使用，優(yōu)點為易于控制，缺點是需要定期維年代中期以前被廣泛使用，優(yōu)點為易于控制，缺點是需要定期維護，速度不能太高，功率不能太大。護，速度不能太高，功率不能太大。 定子磁場是永磁鐵提供的，線圈中通入定子磁場是永磁鐵提供的，線圈中通入電流，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)一個角度后，需要換向電流，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)一個角度后，需要換向器改變電流方向。受換向器（電刷）影響，器改變電流方向。受換向器（電刷）影響，需要定期維護，且速度不能太高。由于線圈需要定期維護，且速度不能太高。由于線圈繞在

45、轉(zhuǎn)子上，散熱問題不易解決，功率不能繞在轉(zhuǎn)子上，散熱問題不易解決，功率不能太大。太大。53第一節(jié)第一節(jié) 驅(qū)動電機驅(qū)動電機 交流伺服電動機交流伺服電動機 轉(zhuǎn)子是永磁的，線圈繞在定子上，沒有電刷。線圈中通交變電流。轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)子是永磁的，線圈繞在定子上，沒有電刷。線圈中通交變電流。轉(zhuǎn)子上裝有碼盤傳感器，檢測轉(zhuǎn)子所處的位置，根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置，控制通電方向。裝有碼盤傳感器，檢測轉(zhuǎn)子所處的位置，根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置，控制通電方向。由于線圈繞在定子上，可以通過外殼散熱，可做成大功率電機。沒有電刷，免由于線圈繞在定子上，可以通過外殼散熱，可做成大功率電機。沒有電刷，免維護。是目前在機器人上應(yīng)用最多的電動機。維護。是目前在

46、機器人上應(yīng)用最多的電動機。54第一節(jié)第一節(jié) 驅(qū)動電機驅(qū)動電機和步進電機相比，伺服電機有以下幾點優(yōu)勢：和步進電機相比，伺服電機有以下幾點優(yōu)勢：1、實現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進電機失步的問題；、實現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進電機失步的問題；2、高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達到、高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達到20003000轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)；3、抗過載能力強，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負載，對有瞬間負載波動和要求、抗過載能力強，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負載，對有瞬間負載波動和要求快速起動的場合特別適用；快速起動的場合特別適用；4、低速運行平穩(wěn)，低速運行時不會產(chǎn)生類似于步進電機的步進運行現(xiàn)

47、象。、低速運行平穩(wěn)，低速運行時不會產(chǎn)生類似于步進電機的步進運行現(xiàn)象。5、電機加減速的動態(tài)相應(yīng)時間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)；、電機加減速的動態(tài)相應(yīng)時間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)；6、發(fā)熱和噪音明顯降低。、發(fā)熱和噪音明顯降低。55第一節(jié)第一節(jié) 驅(qū)動電機驅(qū)動電機 減速機減速機 目前，機器人普遍采用交流伺服電機驅(qū)動，為了提高控制精度，增大驅(qū)動目前，機器人普遍采用交流伺服電機驅(qū)動，為了提高控制精度，增大驅(qū)動力矩，一般均需配置減速機。通常配備力矩，一般均需配置減速機。通常配備rv減速機（精度高、剛性好）減速機（精度高、剛性好）56第二節(jié)第二節(jié) 位置控制位置控制 機器人是由多軸（關(guān)節(jié)）組成，每軸的運動都影響機器人

48、未端的位置和機器人是由多軸（關(guān)節(jié)）組成，每軸的運動都影響機器人未端的位置和姿態(tài)。如何協(xié)調(diào)各軸的運動，使機器人未端完成要求的軌跡，姿態(tài)。如何協(xié)調(diào)各軸的運動，使機器人未端完成要求的軌跡， 是需要解決的是需要解決的問題。問題。 由于絕大多數(shù)機器人是關(guān)節(jié)式運動形式，很難直接檢測機器人未端的運由于絕大多數(shù)機器人是關(guān)節(jié)式運動形式，很難直接檢測機器人未端的運動，只能對各關(guān)節(jié)進行控制。屬于半閉環(huán)系統(tǒng)，即僅從電動機軸上閉環(huán)。動，只能對各關(guān)節(jié)進行控制。屬于半閉環(huán)系統(tǒng)，即僅從電動機軸上閉環(huán)。 位置控制器功率放大光電碼盤給定位置m位置反饋速度反饋電流反饋57第二節(jié)第二節(jié) 位置控制位置控制 目前機器人基本操作方式為示教

49、再現(xiàn)，示教時，不能將軌跡上的所有點目前機器人基本操作方式為示教再現(xiàn)，示教時，不能將軌跡上的所有點都示教一遍，一是費時，二是占用大量的存儲器。都示教一遍，一是費時，二是占用大量的存儲器。 實際上，對于有規(guī)律的軌跡，僅示教幾個特征點。對直線軌跡，僅示教兩實際上，對于有規(guī)律的軌跡，僅示教幾個特征點。對直線軌跡，僅示教兩個端點；對圓弧軌跡，示教三點（起點、終點、中間點），軌跡上其它中間點個端點；對圓弧軌跡，示教三點（起點、終點、中間點），軌跡上其它中間點的坐標通過插補方法獲得。的坐標通過插補方法獲得。 逆運動學關(guān)節(jié)位置控制軌跡的示教點位姿反饋插補算法中間位姿i關(guān)節(jié)電機1上位計算機伺服控制器關(guān)節(jié)位置控制

50、反饋關(guān)節(jié)電機258第二節(jié)第二節(jié) 位置控制位置控制 插補方式：插補方式： 定時插補定時插補每隔一定時間插補一次，插補時間間隔每隔一定時間插補一次，插補時間間隔ts一般不超過一般不超過25ms 定距插補定距插補每隔一定距離插補一次，可避免快速運動時，定時插補造成的軌跡失真。每隔一定距離插補一次，可避免快速運動時，定時插補造成的軌跡失真。但也受伺服周期限制。但也受伺服周期限制。 插補算法插補算法： 直線插補直線插補將兩示教點之間按照直線規(guī)律計算中間點坐標。將兩示教點之間按照直線規(guī)律計算中間點坐標。圓弧插補圓弧插補按圓弧規(guī)律計算中間點。按圓弧規(guī)律計算中間點。59第二節(jié)第二節(jié) 位置控制位置控制直線插補直

51、線插補設(shè)機器人末端要從設(shè)機器人末端要從po運動到運動到pe，運動速度運動速度v，插補時間間隔插補時間間隔ts直線長度：直線長度：插補間隔內(nèi)的行程：插補間隔內(nèi)的行程：d=vts插補的總步數(shù)：插補的總步數(shù)：n=int( l/d ) + 1各方向上的增量：各方向上的增量：各插補點的坐標：各插補點的坐標：xyz(,)eeeep xy zo (,)oooopxyz222000)eeelxxyyzz（000)/)/)/eeexxxnyyynzzzn （111(0 1 2iiiiiixxxyyyinzzz ， ， ， ）60第二節(jié)第二節(jié) 位置控制位置控制圓弧插補圓弧插補空間不共線三點空間不共線三點p1，p2

52、，p3構(gòu)成一段圓弧。構(gòu)成一段圓弧。首先進行坐標變換，把空間圓弧變換為平面首先進行坐標變換，把空間圓弧變換為平面圓弧。圓弧。原點與圓弧的圓心重合，原點與圓弧的圓心重合，z軸為外法線方向。軸為外法線方向。如果如果zr與與z0夾角為夾角為 ，xr與與x0夾角為夾角為 or在基坐標系中的坐標為（在基坐標系中的坐標為（x0，y0，z0）0 x0y0zorzrxryro111122223333( ,)(,)(,)p x y zpxyzp xy zacb0r000t=trans(x ,y ,z )r(z,)r(x, )61第二節(jié)第二節(jié) 位置控制位置控制對于平面圓?。簩τ谄矫鎴A弧：半徑半徑r總的圓心角總的圓心

53、角tsts時間內(nèi)的角位移時間內(nèi)的角位移 tsvtsv/r/r插補步數(shù)：插補步數(shù)：n= n= 1 111 0,1,2iiiiiixxyinyyxcos- sincossinxyo11p2p3p小結(jié)：小結(jié)：1、將示教點坐標轉(zhuǎn)換為、將示教點坐標轉(zhuǎn)換為r坐標值坐標值 2、按平面圓弧插補算法，得到插補點坐標（、按平面圓弧插補算法，得到插補點坐標（xr，yr） 3、轉(zhuǎn)換到基坐標系中、轉(zhuǎn)換到基坐標系中0r( , , ,1)t( ,0,1)ttrrx y zx y62第四章第四章 弧焊機器人編程技術(shù)弧焊機器人編程技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 機器人的編程基礎(chǔ)機器人的編程基礎(chǔ)第二節(jié)第二節(jié) 弧焊機器人離線編程技術(shù)弧焊機器人離

54、線編程技術(shù)63第一節(jié)第一節(jié) 機器人的編程基礎(chǔ)機器人的編程基礎(chǔ) 通過前面的知識，我們知道，機器人是一個軟件可控的機通過前面的知識，我們知道，機器人是一個軟件可控的機電裝置，可通過編程定義其作業(yè)內(nèi)容。電裝置，可通過編程定義其作業(yè)內(nèi)容。 目前，對機器人編程的方式可以分為以下三種：目前，對機器人編程的方式可以分為以下三種： 示教編程示教編程 機器人語言編程機器人語言編程 離線編程離線編程64第一節(jié)第一節(jié) 機器人的編程基礎(chǔ)機器人的編程基礎(chǔ)1、示教編程、示教編程 示教編程是目前工業(yè)機器人廣泛使用的編程方法，根據(jù)任示教編程是目前工業(yè)機器人廣泛使用的編程方法，根據(jù)任務(wù)的需要，將機器人末端工具移動到所需的位置及

55、姿態(tài)，然后務(wù)的需要，將機器人末端工具移動到所需的位置及姿態(tài)，然后把每一個位姿連同運行速度、焊接參數(shù)等記錄并存儲下來，機把每一個位姿連同運行速度、焊接參數(shù)等記錄并存儲下來，機器人便可以按照示教的位姿再現(xiàn)。器人便可以按照示教的位姿再現(xiàn)。 示教方式有兩種：示教方式有兩種： 手把手示教手把手示教 示教盒示教示教盒示教 65第一節(jié)第一節(jié) 機器人的編程基礎(chǔ)機器人的編程基礎(chǔ)示教盒示教盒控制器控制器現(xiàn)場現(xiàn)場示教編程的優(yōu)點：示教編程的優(yōu)點： 不需要預備知識和復雜的計算機裝置，方法簡單、易于掌握。不需要預備知識和復雜的計算機裝置，方法簡單、易于掌握。示教編程的缺點：示教編程的缺點： 占用生產(chǎn)時間，難于適應(yīng)小批量、

56、多品種的柔性生產(chǎn)需要；占用生產(chǎn)時間，難于適應(yīng)小批量、多品種的柔性生產(chǎn)需要； 編程人員工作環(huán)境差、強度大，一旦失誤，會造成人員傷亡或設(shè)備損壞；編程人員工作環(huán)境差、強度大，一旦失誤，會造成人員傷亡或設(shè)備損壞； 編程效率低。編程效率低。66第一節(jié)第一節(jié) 機器人的編程基礎(chǔ)機器人的編程基礎(chǔ)2、機器人語言、機器人語言 機器人語言提供了一種通用的人與機器人之間的通訊手段。它是一種機器人語言提供了一種通用的人與機器人之間的通訊手段。它是一種專用語言，用符號描述機器人的運動，與常用的計算機編程語言相似。專用語言，用符號描述機器人的運動，與常用的計算機編程語言相似。 1973年，年，stanford人工智能實驗室

57、開發(fā)了第一種機器人語言人工智能實驗室開發(fā)了第一種機器人語言wave語語言。言。 1974年，該實驗室開發(fā)了年，該實驗室開發(fā)了al語言語言 1979年，年，unimation公司開發(fā)了公司開發(fā)了val語言（類似于語言（類似于basic） 1984年，該公司推出了年，該公司推出了val ii語言語言 其他的機器人語言：其他的機器人語言：ibm公司的公司的aml語言及語言及autopass語言、語言、mit的的lama語言、語言、automatix公司的公司的rail語言等。語言等。67第一節(jié)第一節(jié) 機器人的編程基礎(chǔ)機器人的編程基礎(chǔ)根據(jù)作業(yè)描述水平的高低，機器人語言通常分為三級：根據(jù)作業(yè)描述水平的高

58、低，機器人語言通常分為三級： 動作級：動作級： 每一個指令對應(yīng)于一個動作，如每一個指令對應(yīng)于一個動作，如 move to ，優(yōu)點為：優(yōu)點為：語句簡潔，易于編程，缺點為：不能進行復雜的運算，不能接受傳感器信語句簡潔，易于編程，缺點為：不能進行復雜的運算，不能接受傳感器信息。息。val屬于動作級。屬于動作級。 對象級對象級: 是描述操作物體間關(guān)系使機器人動作的語言。具有運動控制（與動作是描述操作物體間關(guān)系使機器人動作的語言。具有運動控制（與動作級語言類似的功能）、處理傳感信息、通信和數(shù)字運算、良好的擴展性級語言類似的功能）、處理傳感信息、通信和數(shù)字運算、良好的擴展性（用戶可根據(jù)需要增加指令）等特點

59、。（用戶可根據(jù)需要增加指令）等特點。aml、autopass屬于對象級。屬于對象級。 任務(wù)級：任務(wù)級： 是比較高級的機器人語言，允許操作人員下達直接命令，不必規(guī)定機是比較高級的機器人語言，允許操作人員下達直接命令，不必規(guī)定機器人的動作細節(jié)。如：焊接工件器人的動作細節(jié)。如：焊接工件a，需要非常高的智能，目前還沒有真正需要非常高的智能，目前還沒有真正的任務(wù)級語言。的任務(wù)級語言。68第一節(jié)第一節(jié) 機器人的編程基礎(chǔ)機器人的編程基礎(chǔ). edit demo. program demo1.? open2.? appro pick 503.? speed 304.? move pick5.? closei6.

60、? depart 707.? appros place 758.? speed 209.? moves place10.? openi11.? depart 5012.? e 啟動編輯狀態(tài)啟動編輯狀態(tài)val 響應(yīng)響應(yīng)下一步手張開下一步手張開運動至距運動至距pick位置位置50mm處處下一步降至下一步降至30滿速滿速運動到運動到pick位置位置閉合手閉合手后退后退70mm運動至距運動至距place位置位置75mm處處下一步降至下一步降至20滿速滿速運動至運動至place位置位置在下一步之前手張開在下一步之前手張開后退后退50mm退出編輯狀態(tài)退出編輯狀態(tài)valval程序舉例：程序舉例：將物體從位置