工業(yè)機器人運動學課件

工業(yè)機器人運動學課件BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA目錄CONTENTS工業(yè)機器人概述工業(yè)機器人運動學基礎工業(yè)機器人關節(jié)結(jié)構(gòu)與運動特性工業(yè)機器人運動學建模工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃工業(yè)機器人控制技術工業(yè)機器人應用案例分析BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA01工業(yè)機器人概述工業(yè)機器人是一種可編程、多自由度的自動化機械裝置，能夠通過預設程序或人為控制執(zhí)行各種作業(yè)任務。定義根據(jù)應用領域和功能特點，工業(yè)機器人可分為搬運機器人、焊接機器人、裝配機器人、加工機器人等。分類定義與分類工業(yè)機器人的應用領域用于焊接、涂裝、裝配等環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。用于表面貼裝、檢測、包裝等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)高精度、高效率的生產(chǎn)。用于自動化倉庫、分揀、搬運等環(huán)節(jié)，提高物流運作效率和降低成本。用于手術、康復訓練、護理等場景，減輕醫(yī)護人員工作負擔和提高服務質(zhì)量。汽車制造電子制造物流運輸醫(yī)療護理基于示教再現(xiàn)模式，通過預設程序控制機器人完成作業(yè)任務。第一代工業(yè)機器人第二代工業(yè)機器人第三代工業(yè)機器人引入傳感器和控制器，具備感知和反饋能力，能夠?qū)崿F(xiàn)人機協(xié)作。結(jié)合人工智能技術，具備自主學習和決策能力，能夠適應復雜環(huán)境下的作業(yè)任務。030201工業(yè)機器人的發(fā)展歷程BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA02工業(yè)機器人運動學基礎

運動學的基本概念運動學主要研究物體在空間中的位置和姿態(tài)變化，以及這些變化與時間的關系。運動學不涉及力、速度和加速度等動力學屬性，只關注物體的幾何屬性。工業(yè)機器人運動學主要研究機器人在工作空間中的位置、姿態(tài)和路徑規(guī)劃。坐標系是用來描述物體位置和姿態(tài)的工具，包括固定坐標系和運動坐標系。坐標系變換是指從一個坐標系轉(zhuǎn)換到另一個坐標系的過程，包括平移和旋轉(zhuǎn)。齊次變換是描述坐標系之間關系的數(shù)學工具，包括平移、旋轉(zhuǎn)和縮放等變換。坐標系及其變換齊次變換與運動學方程01齊次變換由一個4x4的矩陣表示，該矩陣描述了從一個坐標系到另一個坐標系的變換。02運動學方程是描述機器人末端執(zhí)行器與基座之間的相對位置和姿態(tài)關系的數(shù)學模型。通過齊次變換矩陣，可以建立機器人的運動學方程，從而進行機器人的運動控制和路徑規(guī)劃。03BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA03工業(yè)機器人關節(jié)結(jié)構(gòu)與運動特性允許機器人在兩個方向上旋轉(zhuǎn)，通常用于機器人的大關節(jié)。旋轉(zhuǎn)關節(jié)允許機器人在三個方向上自由運動，常用于連接機器人的小關節(jié)。球形關節(jié)允許機器人在一個方向上自由運動，常用于機器人的固定位置。圓柱關節(jié)關節(jié)類型與結(jié)構(gòu)每個關節(jié)可以旋轉(zhuǎn)或移動的最大和最小角度。關節(jié)范圍關節(jié)在單位時間內(nèi)可以旋轉(zhuǎn)或移動的最大角度。運動速度關節(jié)可以精確控制的旋轉(zhuǎn)或移動的最小角度。運動精度關節(jié)的運動特性使關節(jié)開始運動或克服阻力的最小力矩。關節(jié)在單位時間內(nèi)消耗的電能，與關節(jié)的運動速度和阻力有關。關節(jié)的驅(qū)動力矩與能耗能耗驅(qū)動力矩BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA04工業(yè)機器人運動學建模定義機器人的每個連桿的固有坐標系，包括原點位置和軸的方向。連桿坐標系描述機器人連桿之間的相對位置和方向的變量，通常用角度或旋轉(zhuǎn)量表示。關節(jié)變量連桿坐標系與關節(jié)變量正運動學模型根據(jù)給定的關節(jié)變量，計算機器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)。正運動學方程描述機器人末端執(zhí)行器位置和姿態(tài)與關節(jié)變量之間關系的數(shù)學方程。正運動學建模逆運動學模型已知機器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)，求解對應的關節(jié)變量。逆運動學解法尋找滿足末端執(zhí)行器位置和姿態(tài)的關節(jié)變量的方法，可能存在多個解或無解的情況。逆運動學建模BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA05工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃軌跡規(guī)劃的分類根據(jù)運動學和動力學模型的不同，軌跡規(guī)劃可以分為運動學軌跡規(guī)劃和動力學軌跡規(guī)劃。軌跡規(guī)劃定義根據(jù)任務需求，為機器人末端執(zhí)行器在空間中運動的路徑進行規(guī)劃，以滿足特定的運動學和動力學要求。軌跡規(guī)劃的步驟包括路徑生成、速度和加速度控制、碰撞檢測和避障等。軌跡規(guī)劃的基本概念關節(jié)空間定義01關節(jié)空間是指機器人的各個關節(jié)角度構(gòu)成的坐標系，是機器人的內(nèi)部狀態(tài)空間。關節(jié)空間軌跡規(guī)劃方法02常用的方法包括多項式插值、樣條曲線插值等，通過設定起始點和終止點的關節(jié)角度，計算出中間點的關節(jié)角度，從而得到完整的關節(jié)空間軌跡。關節(jié)空間軌跡的特點03關節(jié)空間軌跡規(guī)劃具有計算量小、實時性好的優(yōu)點，但難以保證機器人末端執(zhí)行器的路徑最優(yōu)。關節(jié)空間的軌跡規(guī)劃笛卡爾空間定義笛卡爾空間是指機器人的末端執(zhí)行器在三維空間中的位置和姿態(tài)構(gòu)成的坐標系，是機器人的外部狀態(tài)空間。笛卡爾空間軌跡規(guī)劃方法常用的方法包括直線插補、圓弧插補等，通過設定起始點和終止點的位置和姿態(tài)，計算出中間點在笛卡爾空間中的位置和姿態(tài)，從而得到完整的笛卡爾空間軌跡。笛卡爾空間軌跡的特點笛卡爾空間軌跡規(guī)劃能夠保證機器人末端執(zhí)行器的路徑最優(yōu)，但計算量大、實時性差，需要借助優(yōu)化算法和計算機硬件的不斷發(fā)展來提高規(guī)劃速度。笛卡爾空間的軌跡規(guī)劃BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA06工業(yè)機器人控制技術驅(qū)動器將控制器輸出的指令轉(zhuǎn)化為機器人實際動作的執(zhí)行機構(gòu)。傳感器用于檢測機器人的位置、速度、力等信息，并將這些信息反饋給控制器，以實現(xiàn)閉環(huán)控制。控制器是控制系統(tǒng)的核心，負責接收指令并計算出機器人需要執(zhí)行的動作?？刂葡到y(tǒng)的基本構(gòu)成位置控制與速度控制位置控制通過設定目標位置，控制器計算出機器人需要執(zhí)行的路徑和動作，使機器人準確到達目標位置。速度控制通過設定目標速度，控制器計算出機器人需要執(zhí)行的動作，使機器人在運動過程中保持恒定的速度。力控制通過設定目標力，控制器計算出機器人需要執(zhí)行的路徑和動作，使機器人施加的目標力作用于被操作物體上。力矩控制通過設定目標力矩，控制器計算出機器人需要執(zhí)行的動作，使機器人在旋轉(zhuǎn)過程中保持恒定的力矩。力控制與力矩控制BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA07工業(yè)機器人應用案例分析高效、精準、穩(wěn)定總結(jié)詞焊接機器人是工業(yè)機器人中應用最廣泛的領域之一，主要用于汽車、航空、造船等行業(yè)的焊接生產(chǎn)線。焊接機器人具有高效、精準和穩(wěn)定的特點，能夠提高生產(chǎn)效率、減少人工操作誤差，并保證焊接質(zhì)量。詳細描述焊接機器人應用案例VS快速、靈活、自動化詳細描述搬運機器人在制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用，能夠快速、靈活地搬運物料、零件和產(chǎn)品。搬運機器人能夠?qū)崿F(xiàn)自動化搬運，減少人工操作，提高生產(chǎn)