工業(yè)機器人的技術(shù)指標PPT演示課件(PPT 40頁)

1、課前回顧 所 處 位 置 工業(yè)機器人的系統(tǒng)由哪幾部分組成？工業(yè)機器人的驅(qū)動方式， 常見的有哪幾種？ 【 課 前 回 顧 】 1第1頁，共40頁。章節(jié)目錄 思考練習(xí) 2.1 工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成 2.1.1 操作機 2.1.2 控制器 2.1.3 示教器 2.2 工業(yè)機器人的技術(shù)指標 學(xué)習(xí)目標 導(dǎo)入案例 擴展與提高 本章小結(jié) 課堂認知 2.3 工業(yè)機器人的運動控制 2.3.1 機器人運動學(xué)問題 2.3.2 機器人的點位運動 2.3.3 機器人的位置控制 2第2頁，共40頁。學(xué)習(xí)目標 所 處 位 置 熟悉工業(yè)機器人的常見技術(shù)指標 能夠正確識別工業(yè)機器人的點位運動和連續(xù)路徑運動【 學(xué) 習(xí) 目 標 】

2、 返回 目錄 認知目標能力目標了解工業(yè)機器人的運動控制能夠掌握工業(yè)機器人的技術(shù)指標的含義3第3頁，共40頁。2.2 工業(yè)機器人的技術(shù)指標 機器人的技術(shù)指標反映機器人的適用范圍和工作性能。 所 處 位 置 【 課 堂認 知 自由度工作空間額定負載最大工作速度工作精度一般都有：4第4頁，共40頁。相關(guān)術(shù)語及性能指標一、關(guān)節(jié)（Joint）：即運動副，允許機器人手臂各零件之間發(fā)生相對運動的機構(gòu)。5第5頁，共40頁。6第6頁，共40頁。7第7頁，共40頁。8第8頁，共40頁。9第9頁，共40頁。10第10頁，共40頁。11第11頁，共40頁。12第12頁，共40頁。13第13頁，共40頁。14第14頁，

3、共40頁。15第15頁，共40頁。16第16頁，共40頁。17第17頁，共40頁。二、連桿（Link）：機器人手臂上被相鄰兩關(guān)節(jié)分開的部分。三、剛度（Stiffness）：機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。18第18頁，共40頁。1、自由度（Degree of freedom） ：或者稱坐標軸數(shù)，是指描述物體運動所需要的獨立坐標數(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)機器人的技術(shù)指標 通常作為機器人的技術(shù)指標，反映機器人動作的靈活性，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)機器人多為 6

4、或 7 自由度，而搬運、碼垛和裝配機器人多為 46 自由度。 19第19頁，共40頁。機器人的自由度越多，就越能接近人手的動作機能，通用性就越好；但是自由度越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對機器人的整體要求就越高，這是機器人設(shè)計中的一個矛盾。是不是自由度越多越好呢？20第20頁，共40頁。2、額定負載 也稱持重。正常操作條件下，作用于機器人手腕末端，不會使機器人性能降低的最大載荷。3、工作精度 目前，工業(yè)機器人的重復(fù)精度可達 0.01 0.5mm 。依據(jù)作業(yè)任務(wù)和末端持重不同，機器人重復(fù)精度亦不同。 目前，使用的工業(yè)機器人負載范圍可從 0.5kg直至 800kg 。 21第21頁，共40頁。工業(yè)機器人典型行

5、業(yè)應(yīng)用的工作精度 所 處 位 置 【 課 堂 認 知 】 額定負載（ kg ） 重復(fù)定位精度（ mm ） 作業(yè)任務(wù) 搬運 0.2 0.5 5200 碼垛 0.5 50800 點焊 0.2 0.3 50350 弧焊 0.08 0.1 320 噴涂 0.2 0.5 520 0.02 0.03 25 裝配 0.06 0.08 610 0.06 0.1 1020 19/30 22第22頁，共40頁。4、工作空間 也稱工作范圍、工作行程。工業(yè)機器人執(zhí)行任務(wù)時，其手腕參考點或末端操作器安裝點（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的區(qū)域。目前，單體工業(yè)機器人本體的工作范圍可達3

6、.5 m 左右。 23第23頁，共40頁。所 處 位 置 【 課 堂 認 知 】 b) 水平串聯(lián)多關(guān)節(jié)機器人 MOTOMAN MPP3S a) 垂直串聯(lián)多關(guān)節(jié)機器人 MOTOMAN MH3F 返回 c) 并聯(lián)多關(guān)節(jié)機器人 MOTOMAN MYS650L 目錄 不同本體結(jié)構(gòu) YASKAWA 機器人工作范圍 20/30 24第24頁，共40頁。最大工作速度通常指機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。 5、工作速度 機器人在工作載荷條件下、勻速運動過程中，機械接口中心或工具中心點在單位時間內(nèi)所移動的距離或轉(zhuǎn)動的角度機器人的運動速度是指單關(guān)節(jié)速度；25第25頁，共40頁。2.3

7、 工業(yè)機器人的運動控制 2.3.1 機器人運動學(xué)問題 所 處 工業(yè)機器人操作機可看作是一個開鏈式多連桿機構(gòu) ，始 端連桿就是機器人的基座 ， 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 知 】 返回 目錄 26第26頁，共40頁。a) 實物圖 連桿 4 連桿 6 連桿 5 連桿 3 關(guān)節(jié) 6 關(guān)節(jié) 5 關(guān)節(jié) 4 關(guān)節(jié) 3 連桿 2 關(guān)節(jié)

8、 2 連桿 1 關(guān)節(jié) 1 連桿 0 b) 機構(gòu)簡圖 工業(yè)機器人操作機 27第27頁，共40頁。2.3.1 機器人運動學(xué)問題 所 處 (1) 運動學(xué)正問題 對給定的機器人操作機，己知各關(guān)節(jié)角矢量，求末端執(zhí)行器相對于參考坐標系的位姿，稱之為正向運動學(xué) （運動學(xué)正解或 Where 問題）。位 置 【 課 堂 認 知 】 Where is my hand? 返回 目錄 運動學(xué)正問題（示教） 機器人示教時，機器人控制器即逐點進行運動學(xué)正解運算。 28第28頁，共40頁。(2) 運動學(xué)逆問題 對給定的機器人操作機，已知末端執(zhí)行器在參考坐標系中的初始位姿和目標（期望）位姿，求各關(guān)節(jié)角矢量，稱之為逆向運動學(xué)

9、（運動學(xué)逆解或 How 問題）。 How do I put my hand here? 運動學(xué)逆問題（再現(xiàn)） 機器人再現(xiàn)時，機器人控制器即逐點進行運動學(xué)逆解運算，并將矢量分解到操作機各關(guān)節(jié)。29第29頁，共40頁。2.3.2 機器人的點位運動和連續(xù)路徑運動 所 處 位 (1) 點位運動（ Point to Point, PTP ） PTP 運動只關(guān)心機器人末端執(zhí)行器運動的起點和目標點位姿，不關(guān)心這兩點之間的運動軌跡。 置 (2) 連續(xù)路徑運動（ Continuous Path, CP ） CP 運動不僅關(guān)心機器人末端執(zhí)行器達到目標點的精度，而且必須保證機器人能沿所期望的軌跡在一定精度范圍內(nèi)重復(fù)

10、運動。 【 課 堂 認 知 】 Z Y A X E D B C 工業(yè)機器人 PTP 運動和 CP 運動 30第30頁，共40頁。2.3.2 機器人的點位運動和連續(xù)路徑運動 所 機器人 CP 運動的實現(xiàn)是以點到點運動為基礎(chǔ)，通過在相鄰兩點之間采用滿足精度要求的直線或圓弧軌跡插補運算即可實現(xiàn)軌跡的連續(xù)化。 機器人再現(xiàn)時主控制器（上位機從）存儲器中逐點取出各示教點空間位姿坐標值，通過對其進行直線或圓弧或插補運算，生成相應(yīng)路徑規(guī)劃，然后把各插補點的位姿坐標值通過運動學(xué)逆解運算轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)角度值，分送機器人各關(guān)節(jié)或關(guān)節(jié)控制器（下位機）。 處 位 置 【 課 堂 認 知 】 31第31頁，共40頁。關(guān)節(jié)控制

11、器 1 （下位機） 機器人主控制器 （上位機） 關(guān)節(jié)控制器 2 （下位機） 機器人關(guān)節(jié) 軌跡 角度值 i 示教點位姿 中間位姿 直線 / 圓弧插補 運動學(xué)逆問題 關(guān)節(jié)控制器 n （下位機） 工業(yè)機器人的連續(xù)路徑運動 32第32頁，共40頁。2.3.3 機器人的位置控制 所 處 位 實現(xiàn)機器人的 位置控制 是工業(yè)機器人的基本控制任務(wù)。關(guān)節(jié)控制器（下位機）是執(zhí)行計算機，負責(zé)伺服電機的閉環(huán)控制及實現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動作協(xié)調(diào)。 置 【 課 堂 認 知 】 關(guān)節(jié)控制器 位置調(diào)節(jié)器 速度調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器 功率放大 給定 + 期望 + + M 位置 位置 - - - 電流反饋 光電 碼盤 位置反饋 速度反饋 工

12、業(yè)機器人的位置控制 33第33頁，共40頁。運動控制電機及驅(qū)動 機器人的核心技術(shù)是運動控制技術(shù)，目前工業(yè)機器人采用的電氣驅(qū)動主要有 步進電動機和伺服電動機 兩類。 所 處 位 1 步進電動機系統(tǒng) 置 步進電機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)式步進電機、永磁式步進電機和混合式步進電機 三種，其中混合式步進電機的應(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 展 與 提 高 】 步進電機與步進驅(qū)動器 34第34頁，共40頁。2 伺服電動機系統(tǒng) 所 處 伺服電機，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)換成電機軸上的角位移或角速

13、度輸出，可分為 直流 和 交流伺服電機 兩大類。 位 置 特點：當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：無電刷和換向器，工作可靠，對維護和保養(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 展 與 提 高 】 伺服電機與伺服驅(qū)動器 35第35頁，共40頁。本章小結(jié) 所 工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)部分稱為操作機。通常用自由度、工作空間、額定負載、定位精度、重復(fù)定位精度和最大工作速度等技術(shù)指標來表征工業(yè)機器人操作機的性能。 處 位 置 工業(yè)機器人通常由操作機、控制器和示教器三部分組成。操作機是機器人賴以

14、完成各種作業(yè)的主體部分，一般由機械臂、驅(qū)動 - 傳動裝置以及內(nèi)部傳感器等組成?？刂破魇峭瓿蓹C器人控制功能的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，一般由控制計算機和伺服控制器組成。示教器是機器人的人機交互接口，主要由顯示屏和按鍵組成。 【 本 章 小 結(jié) 】 工業(yè)機器人的運動控制是指工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器從一點移動到另一點的過程中，常采用點位（ PTP ）控制和連續(xù)路徑（ CP ）控制兩種方式。 36第36頁，共40頁。思考練習(xí) 1 、填空 所 (1) _ 通常作為機器人的技術(shù)指標，反映了機器人動作的靈活性，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)機器人主要由 _ 、 _ 和 _ 組成。下

15、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)機器人的運動控制主要是實現(xiàn) _ 和 _ 兩種。當機器人進行 _ 運動控制時，末端執(zhí)行器既要保證運動的起點和目標點位姿，而且必 須保證機器人能沿所期望的軌跡在一定精度范圍內(nèi)運動。 (4) 對給定的機器人操作機，己知各關(guān)節(jié)角矢量，求末端執(zhí)行器相對于參 考坐標系的位姿，稱之為 _ 運動學(xué)。 29/30 37第37頁，共40頁。思考練習(xí) 2 、選擇 所 (1) 操作機是工業(yè)機器人的機械主體，是用于完成各種作業(yè)的執(zhí)行機構(gòu)。它主 處 要哪幾部分組成？（ ） 位 置 機械臂；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。它是機器人的人機交互接口，試問以下哪些機器人操作可通 思 考 過示教器來完成？（ ）。 練 點動機器人；編寫、測試和運行機器人程序；設(shè)定機器人參數(shù)；查 習(xí) 】 閱機器人狀態(tài) A. B. C. D. 3 、判斷 (1) 機器人手臂是連接機身和手腕的部分。它是執(zhí)行結(jié)構(gòu)中的主要運動部件，主 要用于改變手腕和末端執(zhí)行器的空間位置，滿足機器人的作業(yè)空間，并將各種載 荷傳遞到機座。（ ） (2) 除