14-15機(jī)械制造技術(shù)自動(dòng)化-工業(yè)機(jī)器人要點(diǎn)

1、工業(yè)機(jī)春人組成:工業(yè).程序、裝置.(1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(2)控制系統(tǒng)(3)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(4)其它1 一機(jī)座2控制系統(tǒng)3執(zhí)行機(jī)構(gòu)X、Y、Z軸移動(dòng)工業(yè)機(jī)器人分類按坐標(biāo)形式、控制方式和信息輸入方式分類直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo).極坐標(biāo)、關(guān)節(jié)坐標(biāo) 直角坐標(biāo)機(jī)器人：用三根互 相垂直的軸線來(lái)完成末段執(zhí)行器的移動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：位置精度高；控制無(wú)報(bào)合；避障性好。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)龐大；靈活性差。直角坐標(biāo)機(jī)器人 桁架機(jī)器人 龍門機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人分類直角坐標(biāo).圓柱坐標(biāo).極坐標(biāo).關(guān)節(jié)坐標(biāo)按坐標(biāo)形式、控制方式和信息輸入方式分類X、Z軸移動(dòng)，Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱坐標(biāo)機(jī)器人圓柱坐標(biāo)機(jī)器人：用兩個(gè)移 動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)完成末段執(zhí)行器 的移動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：位置精度較高；控制 報(bào)

2、合簡(jiǎn)單；避障性好。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)龐大；靈活性較 差.X軸移動(dòng)，Y、Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)極坐標(biāo)機(jī)器人基座移動(dòng)，各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人分類-一按坐標(biāo)形式、控制方式和信息輸入方式分類直角坐標(biāo).圓柱坐標(biāo).極坐標(biāo).關(guān)節(jié)坐標(biāo)極坐標(biāo)機(jī)器人：用一個(gè)移動(dòng) 兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)完成未端執(zhí)行器的 移動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：位置精度尚可；控制 耦合簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)龐大；靈活性較 差。有平衡問(wèn)題。工業(yè)機(jī)器人分類-一按坐標(biāo)形式、控制方式和信息輸入方式分類直角坐標(biāo).圓柱坐標(biāo).極坐標(biāo).關(guān)節(jié)坐標(biāo)關(guān)節(jié)坐標(biāo)機(jī)器人：用多個(gè)關(guān) 節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)（配合基座移動(dòng)） 完成末端執(zhí)行器的移動(dòng).優(yōu)點(diǎn)：靈活性高；避障性好; 工作范圍大。缺點(diǎn)：控制耦合；復(fù)雜位置 精度較差；有平衡問(wèn)題.

3、«r»工業(yè)機(jī)器人分類按坐標(biāo)形式、控制方式和信息輸入方式分類點(diǎn)位控制.連續(xù)軌跡控制10«r»#«r»只在目標(biāo)點(diǎn)處控制末端執(zhí) 行器的位置與姿態(tài)末端執(zhí)行器在空間中任何位置與姿態(tài)都需控制#«r»#«r»11工業(yè)機(jī)器人分類按坐標(biāo)形式、控制方式和信息輸入方式分類入操作.示教再現(xiàn).固定程序/可變程序.程序控制.智能機(jī)器人人操作機(jī)器人選擇工業(yè)機(jī)器人性能指標(biāo)(1) 自由度(2) 工作空間(3) 提取重力(4) 位置精度(5) 運(yùn)動(dòng)速度定程序/可變程序機(jī)器人無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)程序控制機(jī)器人有獨(dú)立控 制系統(tǒng)一般機(jī)器人是指

4、不具有智能，只具有一 般編程能力和操作功能的機(jī)器人智能機(jī)器人：能感知環(huán)境 ,“思考”出采用什么樣 的動(dòng)作，做出皮血。傳感型；交互型；自主型r指各關(guān)節(jié)在三維空間對(duì)于固定坐標(biāo)系具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。各關(guān)節(jié)自由度的總和就是工業(yè)機(jī) 器人的自由度數(shù).自由度越多越好？央持器開(kāi)合計(jì)自由度嗎？選擇工業(yè)機(jī)器人性能指標(biāo)(1) 自由度指末端執(zhí)行器能到達(dá)的空間范圍.與(2) 工作空間1> 關(guān)節(jié)自由度及關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍有關(guān).(3)提取重力(4) 位置精度(5) 運(yùn)動(dòng)速庚14#選擇工業(yè)機(jī)器人性能指標(biāo)(1)自由度(2)(3)(4)(5)工作空間提取重力 位置精度運(yùn)動(dòng)速度微型機(jī)器人，提取重力在10N以卜；ZX 小型機(jī)器人，提取

5、巫力為1050 N： 中型機(jī)器人，捉取重力為50300 N；vy 大型機(jī)器人，提取巫力為300500 N； 重型機(jī)器人，捉取重力在500N以上#選擇工業(yè)機(jī)器人性能指標(biāo)(1) 自由度(2) 工作空間(3) 提取重力|位置精度的離低取決于位置控制方式以及機(jī)(4) 位置精度1=9器人運(yùn)動(dòng)部件本身的精度和剛度，此外還與(5) 運(yùn)動(dòng)速度|提取重力和運(yùn)動(dòng)速度等因素有密切的關(guān)系。I運(yùn)動(dòng)速度高，效率高，但機(jī)器人所承受的動(dòng)栽荷增大，必將在加減速時(shí)承受較大的慣性 力，影響機(jī)器人的工作平穩(wěn)性和位査精度。機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)18二工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)末端執(zhí)行器：直接執(zhí)行作 業(yè)的裝置。手指式模擬人手抓取物料；適應(yīng)復(fù)雜

6、表面的抓取 及一些復(fù)雜動(dòng)作的執(zhí)行。的抓取機(jī)械夾持器結(jié)構(gòu)與被夾零件的關(guān)系有驅(qū)動(dòng)裝置21回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)m 2 !5 回動(dòng)機(jī)構(gòu))紅桿式b)冊(cè)哺式杠稈1特蘇)«a點(diǎn)iiH*【秤式d) *條侍佗“林成 )1一斤休 2，壇子 4 mHjn 3nil 6n«i ?t» sxh b) l-K«fF 2 H住)3-ti« 4r« S-V VfS &-T.件e) 12桿 1? 4逵桿 , TWlrtn 6-于拾 « V lift 9一丄件 d) I売悴 2-總仟 AM* AHMJ絵 5-T» 6-vnm 丁件0平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖

7、2-16 平移型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)a)四連桿機(jī)構(gòu)平移電于部b)血線平移取手部結(jié)構(gòu)1騾動(dòng)器 2驅(qū)動(dòng)元件 3主動(dòng)搖桿4從動(dòng)搖桿* 5丁井手腕：改變.調(diào)整末端執(zhí)行器的方位。原則:(1)盡可能減少手腕的自由度(可 以為0)。：手腕Xco(2)結(jié)構(gòu)緊湊0二工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)一機(jī)器人機(jī)械操作手臂：末端執(zhí)行器、手腕.手臂、機(jī)座圖8 7機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)示意圖手臂：影響工作范圍的主要因素。作用：(1) 承重(2) 工作范圍內(nèi)完成工件運(yùn)送二工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械式、液壓式.氣壓式、電氣式機(jī)械式驅(qū)動(dòng)：可靠性高、成本低；重量大、動(dòng)作平滑性差、噪聲大。 液壓式驅(qū)動(dòng)：抓取能力大、傳動(dòng)平穩(wěn)；密封性要求較高、不宜在

8、高 溫或低溫現(xiàn)場(chǎng)工作。氣壓式驅(qū)動(dòng)動(dòng)作迅速、.價(jià)格低廉穩(wěn)定性差二抓取能力小.電氣式驅(qū)動(dòng)：目前多釆用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以直接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，也可以通過(guò)諧波減速器裝置減速后驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。三工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)工業(yè)機(jī)器人控制的特點(diǎn)：機(jī)器人的負(fù)載、慣量、 重心都隨時(shí)間發(fā)生變化+非線性、多變耦合+優(yōu)化、決策的問(wèn)題+動(dòng)作要求精確和可重復(fù)1工業(yè)機(jī)器人控制方式的分類:(1) 按運(yùn)動(dòng)軌跡分類：點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制 u(2) 按是否反饋分類：非伺服控制、伺服控制 二(3) 按發(fā)展階段分類:程序控制二適應(yīng)性控制二人工智能控制 匚二(4) 按運(yùn)動(dòng)方式分類：直角坐標(biāo)控制、極坐標(biāo)控制、關(guān)節(jié)控制(5) 按速度控制分類：速度控

9、制、加速度控制、力控制目的：關(guān)節(jié)、手在特定的時(shí)間到達(dá)特定的位置, 由誰(shuí)來(lái)給定指令？31(1)按運(yùn)動(dòng)軌跡分類：點(diǎn)位控制.連續(xù)軌跡控制。匸J特點(diǎn)：只控制機(jī)器人手部在作業(yè) 空間中某些規(guī)定的離散點(diǎn)上的位 姿特點(diǎn)：連續(xù)的控制機(jī)器人手部在 作業(yè)空間中的位姿，要求其嚴(yán)格 的按照預(yù)定的路徑和速度在一定 的精度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)技術(shù)指標(biāo)：定位精度和運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間點(diǎn)位控有多快?應(yīng)用：上下料、搬運(yùn)、點(diǎn)焊等技術(shù)指標(biāo)：部位姿的軌跡跟蹤 精度及平穩(wěn)性應(yīng)用：弧焊.噴漆、涂膠等(2)按是否反饋分類：非伺服控制、伺服控制。匚二特點(diǎn)：嚴(yán)格預(yù)先編制的控制程序 來(lái)控制機(jī)器人的動(dòng)作順序，在控 制過(guò)程中沒(méi)有反饋信號(hào)，不能對(duì) 機(jī)器人的作業(yè)進(jìn)展及作

10、業(yè)的質(zhì)量 好壞進(jìn)行監(jiān)測(cè)特點(diǎn)：釆用內(nèi)部傳感器連續(xù)測(cè)量 機(jī)器人的關(guān)節(jié)位移.速度、加速 度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并反饋到驅(qū)動(dòng)單 元構(gòu)成閉環(huán)伺服控制可擴(kuò)展成 適應(yīng)型、智能型機(jī)器人應(yīng)用：作業(yè)相對(duì)固定、作業(yè)程序 簡(jiǎn)單.運(yùn)動(dòng)精度要求不高的場(chǎng)合33(3) 按發(fā)展階段分類：程序控制.適應(yīng)性控制、人工智能控制 二程序控制：按照事先設(shè)定的程 序(色括順序.條件及位置等) 逐步動(dòng)作的機(jī)器人，用于完成單 調(diào)、重復(fù)的作業(yè)，如機(jī)床的上下 料、工件搬運(yùn)等.大批量少品種 的生產(chǎn)系統(tǒng)。人工智能控制：Sophia (機(jī)器人)與上扌予人入寸話人工智能會(huì)取代人類嗎適應(yīng)性控制：能感知周圍環(huán)境 ,對(duì)環(huán)境的改變進(jìn)行適應(yīng)，并改 變工作執(zhí)行過(guò)程，需通過(guò)傳

11、感器 反饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。目的：關(guān)節(jié)、手在特定的時(shí)間到達(dá)特定的位置, 由誰(shuí)來(lái)給定指令？由人來(lái)給定指令：工業(yè)機(jī)器人示教再現(xiàn)控制人關(guān)節(jié)手（實(shí)際位置）由計(jì)算機(jī)計(jì)算出指令：工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)手（理論位置）計(jì)算機(jī)關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人示教再現(xiàn)控制:記憶控制過(guò)程:示教人員將機(jī)器人作業(yè)任務(wù)中要求手的運(yùn)動(dòng)預(yù)先教給機(jī)器 人，在示教的過(guò)程中，機(jī)器人控制系統(tǒng)就將關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù) 記憶存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。當(dāng)需要機(jī)器人工作時(shí)，機(jī)器人的控制系 統(tǒng)就調(diào)用存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，使機(jī)器人 再現(xiàn)示教過(guò)的手的氣動(dòng)，由此完成要求的作業(yè)任務(wù)。仄茲照經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行示教I工業(yè)機(jī)器人示教再現(xiàn)控制:示教方式機(jī)器人示教的方式種類繁多，總的可以分為集中示

12、教方式 和分離示教方式。1. 集中示教方式將機(jī)器人手部在空間的位姿、速度、動(dòng)作順序等參數(shù)同時(shí) 進(jìn)行示教的方式，示教一次即可生成關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服指令。2、分離示教方式將機(jī)器人手部在空間的位姿.速度、動(dòng)作順序等參數(shù)分開(kāi) 單獨(dú)進(jìn)行示教的方式，一般需要示教多次才可生成關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的 伺服指令，但其效果要好于集中示教方式。工業(yè)機(jī)器人示教再現(xiàn)控制:示教方式當(dāng)對(duì)用點(diǎn)位控制的點(diǎn)焊、搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行示教時(shí)，可 以分散示教，且能進(jìn)行編輯、修改等工作，但是機(jī)器人手 部在作曲線運(yùn)動(dòng)而且位置精度要求較高時(shí)，示教點(diǎn)數(shù)就會(huì) 較多，示教時(shí)間就會(huì)拉長(zhǎng)，且在每一個(gè)示教點(diǎn)處都要停止 和啟動(dòng)，因此就很難進(jìn)行速度的控制。當(dāng)對(duì)用連續(xù)軌跡控制的弧

13、焊、噴漆機(jī)器人進(jìn)行示教時(shí) ,示教操作一旦開(kāi)始就不能中途停止，必須不中靳的連續(xù) 進(jìn)行到底，且在示教途中很難進(jìn)行局部的修改。工業(yè)機(jī)器人示教再現(xiàn)控制:記憶過(guò)程40401記憶速度取決于傳感器的檢測(cè)速度.變換裝置的轉(zhuǎn)換速度和控 制系統(tǒng)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)速度。2.記憶容量取決于控制系統(tǒng)存儲(chǔ)器的容量。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)：由于機(jī)器人的控制過(guò)程中涉及大量的坐標(biāo)變換和插補(bǔ)運(yùn)算 以及較氐層的實(shí)時(shí)控制，所以，目前的機(jī)器人控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu) 上大多數(shù)采用分層結(jié)構(gòu)的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通常釆用的是 兩級(jí)伺服控制系統(tǒng)一一關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)伺服命令的生成.關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的 伺服控制。4040數(shù)學(xué)運(yùn)算全局丿403 關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器將此信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)各個(gè)

14、關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)三年;I叨機(jī)器人各 曲遍鳥(niǎo)畸翕二步卜空 詞場(chǎng)運(yùn)運(yùn)動(dòng)位匸還驅(qū)動(dòng)裝置二二控制系統(tǒng)第二步人機(jī)對(duì)話一級(jí)（上位機(jī)）輕型計(jì)算機(jī)通信二圾（下位機(jī)） 單片機(jī) 運(yùn)動(dòng)控制國(guó)I伺昭驅(qū)動(dòng)裝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)手的運(yùn)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng):數(shù)學(xué)運(yùn)算內(nèi)部傳感爲(wèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)全局反饋硬件組成控制器彳上位機(jī)：個(gè)人微機(jī).小型計(jì)算機(jī)2人機(jī)對(duì)話數(shù)學(xué)運(yùn)算通信數(shù)據(jù)存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)控制器-伺服驅(qū)動(dòng)檢測(cè)傳感器下位機(jī)：?jiǎn)纹瑱C(jī)、'內(nèi)部傳感器：自身關(guān)超動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)外部傳感器：外部環(huán)境參數(shù)變化檢測(cè)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng):數(shù)學(xué)運(yùn)算軟件組成系統(tǒng)軟計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)-> 個(gè)人微機(jī)、小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)初始化程序單片機(jī).運(yùn)動(dòng)控制器動(dòng)作控制軟件T實(shí)時(shí)動(dòng)作解釋執(zhí)行程序應(yīng)

15、用軟件運(yùn)算軟件T運(yùn)動(dòng)學(xué).動(dòng)力學(xué)和插那鋰序 編程軟件-> 作業(yè)任務(wù)程序編制環(huán)瞬序 監(jiān)控軟件T實(shí)時(shí)監(jiān)視.故障報(bào)警等程序如何用計(jì)算機(jī)來(lái)生成關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)伺服指令?機(jī)器人手機(jī)器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律首先要對(duì)機(jī)器人的作業(yè)任務(wù)進(jìn)行描述，得到機(jī)器人手 部在空間的位姿變化，然后根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程及其逆 解并通過(guò)適當(dāng)?shù)牟逖a(bǔ)運(yùn)算求出機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的位移、速 度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)的變化，再通過(guò)動(dòng)力學(xué)運(yùn)算最終生成機(jī)器人 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)所需的伺服指令。點(diǎn)位控制下的軌跡規(guī)劃實(shí)現(xiàn)過(guò)程?第一步：已知機(jī)器人手起點(diǎn)和終點(diǎn)的位姿mbQiA9iB得到機(jī)器人對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)變量的取值。實(shí)現(xiàn)方法第二步：已知機(jī)器人起點(diǎn)和終點(diǎn)的關(guān)節(jié)變量取值QiAQiB問(wèn)題：起點(diǎn)的變量取值如何變化到終點(diǎn)的變量取值?點(diǎn)位控制下的軌跡規(guī)劃實(shí)現(xiàn)過(guò)程？第二步：已知機(jī)器人起點(diǎn)和終點(diǎn)的關(guān)節(jié)變量取值QiA IIIB QiB問(wèn)題：起點(diǎn)的變量取值如何變化到終點(diǎn)的變量取值?線性變化加速度無(wú)沖擊W) q(tyX%)0円 0(010：11aJ弛）K !ir 、點(diǎn)位控制下的軌跡規(guī)劃實(shí)現(xiàn)過(guò)程?第三步：已知機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)速度和加速度么 9么J求關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力（耘）。實(shí)現(xiàn)方法連續(xù)控制下的軌跡規(guī)