工業(yè)機器人考試自總資料

什么是機器人？機器人是一種能自動控制、可重復編程、多功能，可以代替人完成特定任務的一種自動化機電裝置。機器人機器人按應用分類：工業(yè)機器人極限機器人娛樂機器人工業(yè)機器人定義及特點U.S.RIA械手，或通過不同程序的調(diào)用來完成各種工作任務的特種裝置。ISO定義：工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能夠完成各種作業(yè)的可編程操作機。ISO8373提出更具體的定義：機器人具有自動控制及可再編程、多用途功能，機器人操作機具有三個或三個以上的可編程軸，在工業(yè)自動化應用中，機器人的底座可固定也可移動。（1）可編程（2）擬人化（3）通用性（4）機電一體化工業(yè)機器人由3大部分或6個子系統(tǒng)組成: 機械部分傳感部分控制部分.驅(qū)動系統(tǒng)(要使機器人運動起來，就需要給各個關(guān)節(jié)即每個運動自由度安置傳動裝置)機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(由機身、手臂、末端操作器三大件組成)感受系統(tǒng)(由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息)機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)(實現(xiàn)工業(yè)機器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng))人-機交互系統(tǒng)(是使操作人員參與機器人控制并與機器人進行聯(lián)系的裝置)控制系統(tǒng)(其任務是根據(jù)機器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來的信號支配機器人的執(zhí)行機構(gòu)去完成規(guī)定的運動和功能)工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)A自由度:不應包括手爪末端操作器的開合自由度B重復定位精度工業(yè)機器人精度是指定位精度和重復定位.到達位置與目標位置之間的差異。重復定位精度是指機器人重復定位其手部于同一目標位置的能力,,即重復度),C工作范圍:工作范圍是指機器人手臂末端或手腕中心所能到達的所有點的集合,也叫工作區(qū)域。因為末端操作器的尺寸和形狀是多種多樣的,為了真實反映機器人的特征參數(shù),所以,這里是指不安裝末端操作器時的工作區(qū)域。D最大工作速度:速度和加速度是表明機器人運動特性的主要指標。說明書中通常提供了主要運動自由度的最大穩(wěn)定速度,但在實際應用中單純考慮最大穩(wěn)定速度是不夠的。所以,考慮機器人運動特性時,除注意最大穩(wěn)定速度外,還應注意其最大允許的加減速度。E承載能力:,,承載能力這一技術(shù)指標是指高速運行時的承載能力。通常,承載能力不僅指負載,制外,還受到桿件材料極限應力的限制,因而,它又和環(huán)境條件(如地心引力)、運動參數(shù)如運動速度、加速度以及它們的方向有關(guān)。工業(yè)機器人的分類機械部分:a基本結(jié)構(gòu)(直角坐標式機器人圓柱坐標式機器人球坐標式機器人關(guān)節(jié)坐標式機器人平面關(guān)節(jié)式機器人柔軟臂式機器人冗余自由度式機器人模塊式機器人)b驅(qū)動源(氣動液動電動)傳感部分:視覺傳感器觸覺傳感器接近覺傳感器控制部分(信息輸入和示教方法):人工操縱機器人固定程序機器人可變程序機器人重演式示教機器人計算機數(shù)控機器人智能機器人按機器人的控制方式分類非伺服機器人(按照預先編好的程序進行工作，使用終端限位開關(guān)、制動器、插銷板和定序器來控制機器人的運動)伺服控制機器人(伺服機器人可分為：點位伺服控制和連續(xù)軌跡伺服控制兩種)9按機器人的智能程度分類:一般機器人智能機器人按機器人的移動方式分類: 固定機器人移動機器人:1)2)3)(焊接機器人材料搬運機器人檢測裝配機器人噴漆和噴涂)12主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要問題是：選擇由連桿件和運動副組成的坐標形式。直角坐標式機器人主要用于生產(chǎn)設(shè)備的上下料，也可用于高精度的裝配和檢測作業(yè)，大約占工業(yè)機器人總數(shù)的14左右。手臂能垂直上下移動Z方向運動內(nèi)二維移動、Y方向運動3個自由度，手腕自由度的數(shù)量視用途而定。直角坐標機器人定義,通常采用伺服驅(qū)動.優(yōu)點缺點結(jié)構(gòu)簡單容易編程(1)導軌面的防護比較困難，不能像轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的軸承那樣密封得很好采用直線滾動導軌后，速度高，定位精(2)導軌的支撐結(jié)構(gòu)增加了機器人的重量，度高 并減少的有效工作范圍。、Y優(yōu)點缺點結(jié)構(gòu)簡單容易編程(1)導軌面的防護比較困難，不能像轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的軸承那樣密封得很好采用直線滾動導軌后，速度高，定位精(2)導軌的支撐結(jié)構(gòu)增加了機器人的重量，度高 并減少的有效工作范圍。、YZ坐標軸方向上的運動沒有(3)(4)結(jié)構(gòu)尺寸與有效工作范圍相比顯得龐大(5)移動部件的慣量比較大，增加了驅(qū)動裝置的尺寸和能量消耗。圓柱坐標式機器人主體結(jié)構(gòu)具有三個自由度：腰轉(zhuǎn)，升降，手臂伸縮。手腕采用2個自由度(繞手臂縱向軸線轉(zhuǎn)動與其垂直的水平軸線轉(zhuǎn)動)優(yōu)點缺點若手腕采用3個自由度，則機器人自由度數(shù)目達到6個，但手腕上的某個自由度將與主體上的回轉(zhuǎn)自由度有部分重復。此類機器人大約占工業(yè)機器人總數(shù)的47%優(yōu)點缺點除了簡單的除了簡單的“抓—放”許多其它生產(chǎn)領(lǐng)域，與直角坐標式機器人減少了機器人的工作范圍。相比增加了通用性。結(jié)構(gòu)緊湊在垂直方向和徑向有兩個往復運動，可采用伸縮套筒式結(jié)構(gòu)。當機器人開始腰轉(zhuǎn)時可把手臂縮進去，在很大程度上減少的轉(zhuǎn)動慣量，改善動力學載荷。球面坐標式機器人（機身（回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動及手臂的伸縮。關(guān)節(jié)坐標式機器人主體結(jié)構(gòu)的三個自由度腰轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)全部是轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，手腕的三個自由度上的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)（俯仰、偏轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)）用來確定末端操作器的姿態(tài)，大約占工業(yè)機器人總數(shù)的25%左右。關(guān)節(jié)坐標式機器人的優(yōu)點：①結(jié)構(gòu)緊湊，工作范圍大而安裝占地面積?、诰哂泻芨叩目蛇_性。③轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)易于封閉，由于軸承件是大量生產(chǎn)的標準件，則摩擦小、慣量小、可靠性好。④所需關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩小，能量消耗較少。關(guān)節(jié)坐標式機器人的缺點：①肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)軸線是平行的，當大、小臂舒展成一直線時雖能抵達很遠的工作點，但機器人的結(jié)構(gòu)剛度比較低；②機器人手部在工作范圍邊界上工作時有運動學上的退化行為。a直接連接傳動驅(qū)動電機（或帶有傳動裝置）直接與關(guān)節(jié)相連。b遠距離連接傳動驅(qū)動源通過遠距離機械傳動裝置與關(guān)節(jié)相連。c間接驅(qū)動機器人驅(qū)動源經(jīng)一個速比大于1的機械傳動裝置與關(guān)節(jié)相連。d1節(jié)與關(guān)節(jié)相連。模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊化機器人：是由一些標準化、系列化的模塊件通過具有特殊功能的結(jié)合部用積木拼搭的方式組成一個工業(yè)機器人系統(tǒng)。模塊化工業(yè)機器人的特: 經(jīng)濟性靈活性模塊化工業(yè)機器人所存在的問題業(yè)機器人的整體重量有可能增加。尚未做到根據(jù)作業(yè)對象就可以合理進行模塊化分析和設(shè)計材料的選擇材料選擇的基本要求:1）強度高彈性模量大重量輕阻尼大結(jié)構(gòu)件材料介紹:碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼；鋁、鋁合金及其它輕合金材料；纖維增強合金；陶瓷；纖維增強復合材料。平衡系統(tǒng)設(shè)計工業(yè)機器人平衡系統(tǒng)的作用（1）安全（2）（3）降（4）減少動力學方程中內(nèi)部耦合項和非線性項，改進機器人動力特性（5）（6）能使機器人運行穩(wěn)定，降低地面安裝要求。平衡系統(tǒng)設(shè)計的主要途徑（1）質(zhì)量平衡技術(shù)（2）彈簧力平衡技術(shù)（3）可控力平衡技術(shù)。:a可行性分析:1、技術(shù)上的可能性與先進性2、投資上的可能性和合理性3、工程實施過程中的可能性與可變更性b:、規(guī)劃及系統(tǒng)設(shè)計、支持系、編制采購資料c制造與試運行:1、制作準備2、制作與采購3、安裝與試運行4、連續(xù)運轉(zhuǎn)d交付使用:1、運轉(zhuǎn)率檢查2、改進3、評估機械加工的自動化生產(chǎn)分以下幾種情況：自動裝卸專用機床的自動化大批量加工。多品種、中小批量生產(chǎn)。多品種、中批量的生產(chǎn)。由自動倉庫、搬運臺車、機器人等組成的機械加工工廠的無人化 ,即柔性制造系統(tǒng)(FMS)(多品種、中批量生產(chǎn))。23移動關(guān)節(jié)導軌及轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)軸承移動關(guān)節(jié)導軌移動關(guān)節(jié)導軌的目的是在運動過程中保證位置精度和導向，對機器人移動導軌要求如下：間隙小或能消除間隙；在垂直于運動方向上的剛度高；摩擦系數(shù)低但不隨速度變化；高阻尼；轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)軸承機器人和機械手結(jié)構(gòu)中最常用的是球軸承。普通向心球軸承向心推力球軸承兩點接觸，必須成對使用。“四點接觸”球軸承：軸承的滾道是尖拱式半圓，球與滾道兩點接觸，該軸承通過兩內(nèi)滾道之間適當?shù)倪^盈量實現(xiàn)預緊。優(yōu)點：無間隙，能承受雙向軸向載荷，尺寸小，承載能力和剛度比同樣大小的一般球軸承高1.5倍。缺點：價格較高傳動件的定位及消隙傳動件的定位: 電氣開關(guān)定位機械擋塊定位伺服定位系統(tǒng)傳動件的消隙: 消除傳動間隙的主要途徑：提高制造和裝配精度；設(shè)計可調(diào)整傳動間隙機構(gòu)；設(shè)置彈性補償零件。消隙齒輪柔性齒輪消隙偏心機構(gòu)消隙齒廓彈性覆層消隙諧波傳動機器人對減速器的要求行星齒輪機構(gòu)和諧波傳動機構(gòu)諧波傳動在運動學上是一種具有柔性齒圈的行星傳動。諧波傳動的特點：優(yōu)點：尺寸小、慣量低；傳動精度高；傳動側(cè)隙??；具有高阻尼特性。缺點：柔輪的疲勞問題；扭轉(zhuǎn)剛度低；以輸入軸速度、、6度比行星齒輪差。(1)（r/min)(2)（kw)(3)定輸入轉(zhuǎn)速（r/min)絲杠螺母副及滾珠絲杠傳動組成：1-絲杠2-滾道3-螺母4-滾珠滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點：1傳動效率高，摩擦損失小2運動平穩(wěn)無爬行傳動精度高，3反向時無空程磨損小4精度保持性好，使用壽命長。5具有運動的可逆性滾珠絲杠螺母副的缺點：制造成本高必須增加制動裝置滾珠絲杠副間隙的調(diào)整分別接觸絲杠滾道的左右兩側(cè)。雙螺母墊片式消隙如圖所示，此種形式結(jié)構(gòu)簡單可靠、剛度好，應用最為廣泛。對軸向位置實現(xiàn)預緊，調(diào)整好后用另一個圓螺母鎖緊。的內(nèi)齒圈相嚙合，其齒數(shù)分別為其軸向位移量為： 式中、Z2為齒輪的齒數(shù)，Ph為滾珠杠的導程。滾珠絲杠副的支承方式一端裝止推軸承固定－自由式) 如圖a所示。一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承(固定－支承式)。兩端裝推力軸承（單推—單推式或雙推—單推式）兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承(固定－固定式)其它傳動：活塞缸和齒輪齒條機構(gòu)鏈傳動、皮帶傳動、繩傳動鋼帶傳動27臂部設(shè)計臂部設(shè)計的基本要求①剛度要求高常用鋼管作臂桿及導向桿，用工字鋼或槽鋼作支承板。②導向性要好設(shè)計導向裝置，或設(shè)計方形、花鍵等形式的臂桿。③重量要輕減小臂部運動部分的重量。④運動要平穩(wěn)、定位精度要高設(shè)計上結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，還要采用一定形式的緩沖措施手臂的常用結(jié)構(gòu)或縱向,而實現(xiàn)常用的有活塞油氣缸、齒輪齒條機構(gòu)、絲杠螺母機構(gòu)等。轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動機構(gòu)、鏈輪傳動機構(gòu)和連桿機構(gòu)等。氣手臂的俯仰運動用的活塞缸位于手臂的下方,,缸體采用尾部耳環(huán)或中部銷軸等方式與立柱聯(lián)接。手部設(shè)計手部(Hand)也稱做末端操作器(End-effector)行作業(yè)的部件。工業(yè)機器人手部特點：手部與手腕相連處可拆卸。手部是工業(yè)機器人末端操作器。手部的通用性比較差。手部是一個獨立的部件。手部的分類按用途分手爪：具有一定通用性。主要功能是：抓住工件，握持工件，釋放工件。工具：是進行某響作業(yè)的專用工具，如噴漆槍、焊具等。按夾持原理分a機械手爪氣動夾緊液動夾緊電動夾緊電磁夾緊注：機械類手爪有靠摩擦力夾持和承重兩類，前者是有指手爪，后者是無指手爪。b磁力吸盤無指手爪): 永磁吸盤電磁吸盤c真空式吸盤無指手爪): 真空吸盤氣流負壓吸盤擠氣負壓吸按手指或吸盤數(shù)目分機械手爪可分為：二指手爪、多指手爪機械手爪按手指關(guān)節(jié)分：單關(guān)節(jié)手指手爪、多關(guān)節(jié)手指手爪吸盤式手爪按吸盤數(shù)目分：單吸盤式手爪、多吸盤式手爪。按智能化分普通式手爪不具備傳感器。智能化手爪(IntelligentGrippers) 具備一種或多種傳感器手爪設(shè)計和選用的要求手爪設(shè)計和選用最主要的是滿足功能上的要求，具體來說要從下面幾方面進行調(diào)查，提出設(shè)計參數(shù)和要求、被抓握的對象物（幾何形狀、機械特性、物料饋送器或儲存裝置、環(huán)境條件普通手爪設(shè)計驅(qū)動氣動液動電動電磁機械式手爪設(shè)計(驅(qū)動氣動液動電動電磁方式優(yōu)點系統(tǒng)缺點復雜關(guān)傳動機構(gòu)是驅(qū)動源和爪鉗之間力的傳遞者。機械式手爪常以傳動機構(gòu)來命名。爪鉗是與工件直接接觸的部分，其形狀和材料對夾緊力有很大影響。磁吸盤中電磁鐵吸力的計算，鐵芯截面積、線圈導線直徑、線圈匝數(shù)等參數(shù)設(shè)計，要根據(jù)實際應用環(huán)境選擇工作情況系數(shù)和安全系數(shù)。機身及行走機構(gòu)設(shè)計工業(yè)機器人機械結(jié)構(gòu)包括三大部分：機身、手臂（包括手腕、手部。機身設(shè)計機身一般實現(xiàn)升降、回轉(zhuǎn)和仰俯等運動，常有1-3個自由度。根據(jù)總體設(shè)計來確定機身采用哪一種自由度形式，通常機身具有回轉(zhuǎn)、升降、回轉(zhuǎn)與升降、回轉(zhuǎn)與仰俯、回轉(zhuǎn)與升降以及仰俯共5種運動方式。注意問題：要有足夠的剛度和穩(wěn)定性?；剞D(zhuǎn)與升降機身塞桿的上方，故活塞桿的尺寸要加大。驅(qū)動力矩要設(shè)計得大一些。360度?；剞D(zhuǎn)與仰附機身機器人手臂的仰附運動，一般采用活塞油（氣）缸與連桿機構(gòu)來實現(xiàn)的。手臂仰附運動用的活塞缸位于手臂的下方，其活塞桿和手臂用鉸鏈連接，缸體采用尾部耳環(huán)或中部銷軸等方式與立柱連接如圖4-54的仰俯運動。行走機構(gòu)設(shè)計:行機器人工業(yè)機器人常用傳感器的分類內(nèi)部傳感器—用于檢測機器人自身狀態(tài)的傳感器外部傳感器—用于檢測機器人所處的環(huán)境和對象狀況等。工業(yè)機器人傳感器的要求與選擇一般要求：精度高、重復性好穩(wěn)定性和可靠性好抗干擾能力強質(zhì)量輕、體積小、安裝方便特定要求：適應加工任務要求滿足機器人控制的要求滿足安全性要求以及其它輔助工作的要求工業(yè)機器人的視覺視覺系統(tǒng)的硬件組成:圖像輸入(獲取)圖像處理圖像理解圖像存儲圖像輸出機器人視覺的應用:2.3.4.利用視覺的自主機器人系統(tǒng)機器人的接觸覺機器人的壓覺機器人的滑覺常用的機器人位置、位移傳感器有：電位器式位移傳感器、電容式位移傳感器、電感式位移傳感器、光電式位移傳感器、霍爾元件位移傳感器、磁柵式位移傳感器以及機械式位移傳感器等。(1)(2)(3)感器。接近覺傳感器可分為6種:電磁式(感應電流式)、光電式(反射或透射式)、靜電容式、氣壓式、超聲波式和紅外線式工業(yè)機器人控制的特點1、機器人的控制與機構(gòu)運動學及動力學密切相關(guān)。2、一個簡單的機器人至少要有3～5個自由度。3、機器人控制系統(tǒng)必須是一個計算機控制系統(tǒng)。4、僅僅利用位置閉環(huán)是不夠的，還要利用速度甚至加速度閉環(huán)。5”的問題。的多變量控制系統(tǒng)。工業(yè)機器人控制的分類運動坐標控制的方式：關(guān)節(jié)空間運動控制、直角坐標空間運動控制；控制系統(tǒng)對工作環(huán)境變化的適應程度：程序控制系統(tǒng)、適應性控制系統(tǒng)、人工智能控制系統(tǒng)；同時控制機器人數(shù)目的多少：單控系統(tǒng)、群控系統(tǒng)；運動控制方式不同：位置控制、速度控制、力控制（包括位置/力混合控制）作業(yè)任務的不同：點位控制方式、連續(xù)軌跡控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的主要功能有如下兩點：示教再現(xiàn)功能運動控制功能示教再現(xiàn)控制的主要內(nèi)容包括示教及記憶方式和示教編程方式。1、示教及記憶方式示教的方式集中示教方式：同時對位置、速度、操作順序等進行的示教方式。示教方式。記憶的方式工業(yè)機器人的記憶方式隨著示教方式的不同而不同。又由于記憶內(nèi)容的不同,故其所用的記憶裝置也不完全相同。磁鼓磁線、磁芯隨機存取存儲器( RAM 和可編程只讀存器(EPROM)等示教編程方式手把手示教編程方式主要用于噴漆、弧焊等要求實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制的工業(yè)機器人示教編程中。示教編程控制由于其編程方便、裝置簡單等優(yōu)點,在工業(yè)機器人的初期得到較多的應用。工業(yè)機器人的運動控制工業(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,對其位置、速度和加速度的控制。硬件(1) 傳感裝置(2) 控制裝置(3) 關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動部軟件這里主要指控制軟件,它包括運動軌跡規(guī)劃算法和關(guān)節(jié)伺服控制算法與相應的動作程序。工業(yè)機器人的運動軌跡規(guī)劃軌跡：操作臂在運動過程中的位移、速度、和加速度。路徑：機器人位姿的一定序列，而不考慮機器人位姿參數(shù)隨時間變化的因素。軌跡規(guī)劃軌跡規(guī)劃：是指根據(jù)作業(yè)任務要求確定軌跡參數(shù)并實時計算和生成運動軌跡。軌跡規(guī)劃的一般問題有三個:對機器人的任務進行描述,即運動軌跡的描述。根據(jù)已經(jīng)確定的軌跡參數(shù),在計算機上模擬所要求的軌跡。對軌跡進行實際計算即在