工業(yè)機器人認知【深度薈萃】

1、工業(yè)機器人認知,工業(yè)機器人技術 王建博 微信：wangjianboxx 電話1,行業(yè)特制,要求,1、可以帶早飯，但是不能在教室吃 2、座位第一排開始坐滿，不夠后邊往前補 3、可以請假，以輔導員為準。不能遲到早退 4、手機！左邊第一、二列（手機專用位） 5、上課帶筆記本！這門課，不需要課本 6、我想到再補充（游戲規(guī)則，必須遵守）,2,行業(yè)特制,學習目標,1.掌握機器人的特征和分類； 2.了解機器人的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展； 3.熟悉工業(yè)機器人的結構和原理； 4.了解工業(yè)機器人工作過程，能進行示教基本操作； 5.了解工業(yè)機器人編程方式和語言特征。,3,行業(yè)特制,一、工業(yè)機器人的

2、基本概念,機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術制定的原則綱領行動。它的任務是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。機器人是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的產物。目前在工業(yè)、醫(yī)學、農業(yè)、軍事，甚至日常生活等領域中均等有重要用途。機器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。聯(lián)合國標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給機器人下的定義：“一種可編程和多功能的操作機；或是為了執(zhí)行不同的任務而具有可用電腦改變和可編程動作的專門系統(tǒng)。,4,行業(yè)特制,工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度

3、的機器裝置，它能自動執(zhí)行工作，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現(xiàn)代的工業(yè)機器人還可以根據(jù)人工智能技術制定的原則綱領行動。,5,行業(yè)特制,二、工業(yè)機器人的特點,1.可編程。生產自動化的進一步發(fā)展是柔性自動化。工業(yè)機器人可隨其工作環(huán)境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)中的一個重要組成部分。 2.擬人化。工業(yè)機器人在機械結構上有類似人的行走、腰轉、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。此外，智能化工業(yè)機器人還有許多類似人類的“生物傳感器”，如皮膚型接觸傳感器、

4、力傳感器、負載傳感器、視覺傳感器、聲覺傳感器、語言功能等。傳感器提高了工業(yè)機器人對周圍環(huán)境的自適應能力。,6,行業(yè)特制,3.通用性。除了專門設計的專用的工業(yè)機器人外，一般工業(yè)機器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務時具有較好的通用性。比如，更換工業(yè)機器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務。 4.工業(yè)機器技術涉及的學科相當廣泛，歸納起來是機械學和微電子學的結合，也就是機電一體化技術。第三代智能機器人不僅具有獲取外部環(huán)境信息的各種傳感器，而且還具有記憶能力、語言理解能力、圖像識別能力、推理判斷能力等人工智能，這些都是微電子技術的應用，特別是計算機技術的應用密切相關。因此，機器人技術的發(fā)展必將帶

5、動其他技術的發(fā)展，機器人技術的發(fā)展和應用水平也可以驗證一個國家科學技術和工業(yè)技術的發(fā)展水平。,7,行業(yè)特制,三、工業(yè)機器人的歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展,1.機器人發(fā)展的歷史 機器人的發(fā)展大致經歷了三個成長階段，也即三個時代。第一代為簡單個體機器人， 第二代為群體勞動機器人，第三代為類似人類的智能機器人，它的未來發(fā)展方向是有知覺、有思維、能與人對話。第一代機器人屬于示教再現(xiàn)型 , 第二代則具備了感覺能力 , 第三代機器人是智能機器人 , 它不僅具有感覺能力 , 而且還具有獨立判斷和行動的能力。,8,行業(yè)特制,1959年美國英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業(yè)機器人，機器人的歷史才真正開始。英格伯格在大學

6、攻讀伺服理論，這是一種研究運動機構如何才能更好地跟蹤控制信號的理論。德沃爾曾于 1946 年發(fā)明了一種系統(tǒng)，可以“重演”所記錄的機器的運動。 1954 年 , 德沃爾又獲得可編程機械手專利，這種機械手臂按程序進行工作，可以根據(jù)不同的工作需要編制不同的程序，因此具有通用性和靈活性，英格伯格和德沃爾都在研究機器人，認為汽車工業(yè)最適于用機器人干活，因為是用重型機器進行工作，生產過程較為穩(wěn)定。此后英格伯格和德沃爾成立了“尤尼梅遜”公司，興辦了世界上第一家機器人制造工廠。第一批工業(yè)機器人被稱為“尤尼梅特”，意思是“萬能自動”。 他們因此被稱為機器人之父。 1962 年美國機械與鑄造公司也制造出工業(yè)機器人

7、，稱為“沃爾薩特蘭”，意思是“萬能搬動”。”尤尼梅特”和“沃爾薩特蘭”就成為世界上最早的、至今仍在使用的工業(yè)機器人。英格伯格和德沃爾制造的工業(yè)機器人是第一代機器人，屬于示教再現(xiàn)型，即人手把著機械手，把應當完成的任務做一遍，或者人用“示教控制盒”發(fā)出指令，讓機器人的機械手臂運動，一步步完成它應當完成的各個動作 。,9,行業(yè)特制,圖1-1尤尼梅特,10,行業(yè)特制,第二代是有感覺的機器人，它們對外界環(huán)境有一定感知能力，并具有聽覺、視覺、觸覺等功能。機器人工作時，根據(jù)感覺器官（傳感器）獲得的信息，靈活調整自己的工作狀態(tài)，保證在適應環(huán)境的情況下完成工作。如：有觸覺的機械手可輕松自如地抓取雞蛋，具有嗅覺的

8、機器人能分辨出不同飲料和酒類。排爆機器人屬于第二代機器人。20世紀70年代，第二代機器人開始有了較大發(fā)展，第二代機器人則對外界環(huán)境實用階段，并開始普及。2007年9月28日，在西班牙的巴塞羅那，第二代“阿西莫”雙腳步行機器人亮相并表演踢足球和上樓梯。,11,行業(yè)特制,圖1-2 排爆機器人,12,行業(yè)特制,圖1-3阿西莫,13,行業(yè)特制,第三代機器人是智能機器人，它不僅具有感覺能力，而且還具有獨立判斷和行動的能力，并具有記憶、推理和決策的能力，因而能夠完成更加復雜的動作，如機器人下棋。第三代機器人的中央電腦控制手臂和行走裝置，使機器人的手完成作業(yè)，腳完成移動，機器人能夠用自然語言與人對話。 智能

9、機器人在發(fā)生故障時，通過自我診斷裝置能自我診斷出故障部位，并能自我修復。今天，智能機器人的應用范圍大大地擴展了，除工農業(yè)生產外，機器人應用到各行各業(yè)，機器人已具備了人類的特點。機器人向著智能化、擬人化方向發(fā)展的道路，是沒有止境的。,14,行業(yè)特制,圖 1-4 機器人下棋,15,行業(yè)特制,機器人雖然外表可能不像人，也不以人類的方式操作，但可以代替人力自動工作的機器。從機器人的用途來分，可以分為兩大類：軍用機器人和民用機器人。 當今工業(yè)機器人技術正逐漸向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強的對作業(yè)環(huán)境的自適應能力的方向發(fā)展。智能機器人的功能與人更接近了，但是它與人相比還相差很遠。人有智力、情

10、感和意識。目前最高級機器人的智力也只相當于小孩子的智力，但沒有感情和意識。有的機器人有表情，但還沒有感情。,16,行業(yè)特制,2.工業(yè)機器人應用現(xiàn)狀,目前工業(yè)生產中應用的機器人大多還是第一代機器人。有資料顯示我國在用的工業(yè)機器人的比例分配如圖1-5所示。全球工業(yè)機器人的四大家族是ABB、庫卡（KUKA，德國）、發(fā)那科（FANUC，日本）和安川電機（YASKAWA，日本）。此外還有松下（Panasonic，日本）、川崎（Kawasaki robot，日本）、那智不二越（NACHI，日本）、現(xiàn)代（HYUNDAI，韓國）、史陶比爾（STAUBIL，法國）、艾默生（Emerson，美國）、優(yōu)傲（Univ

11、ersal Robots，丹麥）等國外機器人具有較高的知名度。ABB(Asea Brown Boveri)，是一家瑞士-瑞典的跨國公司，專長于重電機、能源、自動化等領域。在全球一百多國設有分公司或辦事處。總公司設于瑞士的蘇黎世。ABB的股票分別在蘇黎世、斯德哥爾摩及紐約的股票市場上上市買賣。ABB是機器人技術的開拓者和領導者。ABB擁有當今最多種類的機器人產品、技術和服務。目前，ABB機器人業(yè)務部的全球裝機量已超過16萬臺，是全球裝機量最大的工業(yè)機器人供應商。德國的庫卡公司1973年公司研發(fā)了其名為 FAMULUS第一臺工業(yè)機器人。,17,行業(yè)特制,1995年庫卡機器人技術脫離庫卡焊接及機器人

12、有限公司獨立成立有限公司?，F(xiàn)今庫卡專注于向工業(yè)生產過程提供先進的自動化解決方案。庫卡機器人可用于物料搬運、加工、堆垛、點焊和弧焊，涉及到自動化、金屬加工、食品和塑料等行業(yè)。 庫卡工業(yè)機器人的用戶包括：通用汽車、克萊斯勒、福特、保時捷、寶馬、奧迪、奔馳、大眾、法拉利、哈雷戴維森、一汽-大眾、波音、西門子、宜家、施華洛世奇、沃爾瑪、百威啤酒、BSN Medical、可口可樂等等。,18,行業(yè)特制,中國制造2025策略中十大領域包括高檔數(shù)控機床和工業(yè)機器人領域。近幾年國內的機器人產業(yè)取得了長足的發(fā)展。新松機器人機器人產品線涵蓋工業(yè)機器人、潔凈（真空）機器人、移動機器人、特種機器人及智能服務機器人五大

13、系列，其中工業(yè)機器人產品填補多項國內空白，創(chuàng)造了中國機器人產業(yè)發(fā)展史上88項第一的突破；潔凈（真空）機器人多次打破國外技術壟斷與封鎖，大量替代進口；移動機器人產品綜合競爭優(yōu)勢在國際上處于領先水平，被美國通用等眾多國際知名企業(yè)列為重點采購目標；特種機器人在國防重點領域得到批量應用。在高端智能裝備方面已形成智能物流、自動化成套裝備、潔凈裝備、激光技術裝備、軌道交通、節(jié)能環(huán)保裝備、能源裝備、特種裝備產業(yè)群組化發(fā)展。國內機器人的發(fā)展存在著的瓶頸是精密減速器和伺服系統(tǒng)的成本過高。,19,行業(yè)特制,20,行業(yè)特制,3.工業(yè)機器人的應用領域,隨著技術的進步，工業(yè)機器人應用領域也在快速擴張，其應用的主要領域如

14、圖1-6所示。,圖1-6 工業(yè)機器人在中國應用的主要領域,21,行業(yè)特制,在中國61%的工業(yè)機器人應用于汽車制造業(yè)，其中24%為零部件工業(yè)；在發(fā)達國家，汽車工業(yè)機器人占機器人總保有量的53%以上。據(jù)統(tǒng)計，世界各大汽車制造廠，年產每萬輛汽車所擁有的機器人數(shù)量為10臺以上。隨著機器人技術的不斷發(fā)展和日臻完善，工業(yè)機器人必將對汽車制造業(yè)的發(fā)展起到極大的促進作用。而中國正由制造大國向制造強國邁進，需要提升加工手段，提高產品質量，增加企業(yè)競爭力，這一切都預示機器人的發(fā)展前景巨大。,22,行業(yè)特制,電子電氣行業(yè)，電子類的IC、貼片元器件，工業(yè)機器人在這些領域的應用均較普遍。目前世界工業(yè)界裝機最多的工業(yè)機器

15、人是SCARA型四軸機器人。第二位的是串聯(lián)關節(jié)型垂直6軸機器人。在手機生產領域，視覺機器人，例如分揀裝箱、撕膜系統(tǒng)、激光塑料焊接、高速四軸碼垛機器人等適用于觸摸屏檢測、擦洗、貼膜等一系列流程的自動化系統(tǒng)的應用。專區(qū)內機器人均由國內生產商根據(jù)電子生產行業(yè)需求所特制，小型化、簡單化的特性實現(xiàn)了電子組裝高精度、高效的生產，滿足了電子組裝加工設備日益精細化的需求，而自動化加工更是大大提升生產效益。據(jù)有關數(shù)據(jù)表明，產品通過機器人拋光，成品率可從87%提高到93%，因此無論“機器手臂”還是更高端的機器人，投入使用后都會使生產效率大幅提高。,23,行業(yè)特制,圖1-10 Fe - Fe3C相圖,塑料工業(yè)的合作

16、緊密而且專業(yè)化程度高。塑料的生產、加工和機械制造緊密相連。即使在將來，這一行業(yè)也將是一重要的經濟部門并確保眾多的工作崗位。因為塑料幾乎無處不在：從汽車和電子工業(yè)到消費品和食品工業(yè)。機械制造作為聯(lián)系生產和加工的工藝技術在此發(fā)揮著至關重要的作用。原材料通過注塑機和工具被加工成用于精加工的創(chuàng)新型精細耐用的成品或半成品通過采用自動化解決方案，生產工藝更高效、經濟可靠?；ば袠I(yè)是工業(yè)機器人主要應用領域之一。目前應用于化工行業(yè)的主要潔凈機器人及其自動化設備有大氣機械手、真空機械手、潔凈鍍膜機械手、潔凈AGV、RGV及潔凈物流自動傳輸系統(tǒng)等。,24,行業(yè)特制,4.工業(yè)機器人的發(fā)展,隨著制造業(yè)對機器人應用的擴

17、展，工業(yè)機器人亟須滿足高速度、高精度、重載荷、智能化、多機協(xié)調等要求，以適應更加復雜、精細、可靠、快節(jié)拍的作業(yè)。工業(yè)機器人與制造工藝、制造過程的融合、輔助系統(tǒng)的配合，也極大影響著制造系統(tǒng)的整體性能。同時，工業(yè)機器人從大規(guī)模生產線上封閉的工作站延伸到人和機器人緊密協(xié)作的共用開放作業(yè)空間時，人機協(xié)作和安全問題成為近年來新的熱點。目前智能機器人根據(jù)其智能程度的不同，又可分為三種：,25,行業(yè)特制,（1）傳感型機器人,機器人的本體上沒有智能單元只有執(zhí)行機構和感應機構，它具有利用傳感信息（包括視覺、聽覺、觸覺、接近覺、力覺和紅外、超聲及激光等）進行傳感信息處理、實現(xiàn)控制與操作的能力。,26,行業(yè)特制,（

18、2）交互型機器人,機器人通過計算機系統(tǒng)與操作員或程序員進行人機對話，實現(xiàn)對機器人的控制與操作。雖然具有了部分處理和決策功能，能夠獨立地實現(xiàn)一些諸如軌跡規(guī)劃、簡單的避障等功能，但是還要受到外部的控制。,27,行業(yè)特制,（3）自主型機器人,自主型機器人的本體上具有感知、處理、決策、執(zhí)行等模塊，可以就像一個自主的人一樣獨立地活動和處理問題。機器人世界杯的中型組 比賽中使用的機器人就屬于這一類型。全自主移動機器人的最重要的特點在于它的自主性和適應性。,28,行業(yè)特制,智能機器人的最終目標是仿人，這就要求人體醫(yī)學、生物學、和仿生學的發(fā)展。目前，智能機器人具有較好的運動能力，而心理活動方面技術的發(fā)展較難。

19、 目前，人類對智能機器人的研究在第三代的階段，第四代處于概念設計階段。真正意義上的第四代具有學習、思考、情感的智能機器人，而基礎學科的發(fā)展還沒有能力提供這樣的技術，因而，第四代機器人人還在概念設計階段。要使機器人成為我們生活中無處不在的東西，必須在下列方面取得技術進步：一是縮短實時系統(tǒng)的響應的總時間，以增強機器人的性能；二是具有先進的人工智能以增強自主決策能力；三是傳感器和執(zhí)行器更為小巧和輕便以減小機器人的體積并提高能效；四是具有能量監(jiān)測和發(fā)電能力以延長自主工作時間。 美國著名科普作家艾薩克 . 阿西莫夫為機器人提出了三條原則，即“機器人三定律”：第一定律機器人不得傷害人，或任人受到傷害而無所

20、作為； 第二定律機器人應服從人的一切命令，但命令與第一定律相抵觸時例外； 第三定律機器人必須保護自身的安全，但不得與第一、第二定律相抵觸。 這些“定律”構成了支配機器人行為的道德標準，機器人必須按人的指令行事，為人類生產和生活服務。,29,行業(yè)特制,四、工業(yè)機器人的組成和原理,機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。機械手主要由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關系如機器人組成模型圖1-7所示.,30,行業(yè)特制,圖1-7 機器人組成模型圖,31,行業(yè)特制,1.自動控制基本概念,（1）伺服與伺服系統(tǒng) 機器人是

21、集控制、驅動、執(zhí)行于一體的伺服系統(tǒng)?！八欧痹~源于希臘語“奴隸”的意思 。把“伺服機構”當個得心應手的馴服工具，服從控制信號的要求而動作。在信號來到之前，被控對象靜止不動;信號來到之后，被控對象立即動作;當信號消失，被控對象能即時自行停止。由于它的“伺服”性能，因此而得名伺服系統(tǒng)。 （2）控制系統(tǒng)分類 伺服系統(tǒng)是一種自動控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)分開環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)。,32,行業(yè)特制,開環(huán)控制系統(tǒng)：不將控制的結果反饋回來影響當前控制的系統(tǒng) 。舉例：打開燈的開關，按下開關后的一瞬間，控制活動已經結束，燈是否亮起已對按開關的這個活動沒有影響；投籃，籃球出手后就無法再繼續(xù)對其控制，無論球進與否，球出手的

22、一瞬間控制活動即結束反饋環(huán)節(jié)一個沒有反饋環(huán)節(jié)。 閉環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制是根據(jù)控制對象輸出反饋來進行校正的控制方式，它是在測量出實際與計劃發(fā)生偏差時，按定額或標準來進行糾正的。閉環(huán)控制，從輸出量變化取出控制信號作為比較量反饋給輸入端控制輸入量，一般這個取出量和輸入量相位相反，所以叫負反饋控制，自動控制通常是閉環(huán)控制。比如家用空調溫度的控制，達到預調溫度時自動停止。圖1-9 機器人組成模型圖是閉環(huán)控制系統(tǒng)，執(zhí)行機構的執(zhí)行情況通過位置檢測裝置判斷的結果通知控制系統(tǒng)如何調整驅動系統(tǒng)來糾正執(zhí)行機構的動作。,33,行業(yè)特制,2.機械手的組成,一般機械手有機械手本體、控制柜、示教器以及連接線纜組成，如圖1-

23、8所示。機械手本體既包括執(zhí)行機構（手爪、手腕、手臂），也包括位置檢測裝置和驅動系統(tǒng)（電機、減速器）。控制柜是系統(tǒng)的控制中樞，示教器是發(fā)令裝置。,34,行業(yè)特制,圖1-8 機器人組成實物圖,35,行業(yè)特制,3.執(zhí)行機構,包括手部（手爪） 、手腕、手臂（大臂、小臂）和立柱等部件組成的機械手本體，有的還增設行走機構。,36,行業(yè)特制,（1）手部,即與物件接觸的部件。該組件可以模擬手部動作，搭配夾具、焊槍或吸盤等完成工作流程；機器人通過安裝傳感器，能對周圍環(huán)境做出反應，如可以按照預設程序從多個零部件中抓取特定的零部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。 夾持式手部由手指(或手爪)和傳

24、力機構所構成。手指是與物件直接接觸的構件。,37,行業(yè)特制,圖1-9 夾持式手爪,38,行業(yè)特制,手指結構取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夾式和內撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。,39,行業(yè)特制,而傳力機構則通過手指產生夾緊力來完成夾放物件的任務。傳力機構型式較多，常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。 吸附式手部主要由吸盤等構成，它是靠吸附力(如吸盤內形成負壓或產生電磁力)吸附物件，相應的吸附式手部有負壓吸盤和電磁盤兩類。,40,行業(yè)特制,圖1-10

25、 負壓吸盤,41,行業(yè)特制,對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負壓吸盤吸料。造成負壓的方式有氣流負壓式和真空泵式。 對于導磁性的環(huán)類和帶孔的盤類零件，以及有網孔狀的板料等，通常用電磁吸盤吸料。電磁吸盤是一種用電磁原理，通過使內部線圈通電產生磁力，經過導磁面板，將接觸在面板表面的工件緊緊吸住的，通過線圈斷電，磁力消失實現(xiàn)退磁，取下工件。電磁吸盤的吸力由直流電磁鐵和交流電磁鐵產生。 用負壓吸盤和電磁吸盤吸料，其吸盤的形狀、數(shù)量、吸附力大小，根據(jù)被吸附的物件形狀、尺寸和重量大小而定。 此外，根據(jù)特殊需要，手部還有勺式(如澆鑄機械手的澆包部分)、托式(如冷齒輪機床上下料機械手的手部)等型式.,4

26、2,行業(yè)特制,（2）手腕,手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來調整被抓取物件的方位(即姿勢)。為了使手部能處于空間任意方向，要求腕部能實現(xiàn)對空間三個坐標軸X、Y、Z的旋轉運動。這便是腕部運動的三個自由度，分別稱為翻轉R（Roll）、俯仰P（Pitch）和偏轉Y（Yaw）。,43,行業(yè)特制,圖1-11 手腕坐標系與手腕動作,44,行業(yè)特制,注意，并不是所有的手腕都必須具備三個自由度，而是根據(jù)實際使用的工作性能要求來確定。,45,行業(yè)特制,（3）手臂,手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預定要求將其搬運到指定的位置. 工業(yè)機械手的手臂通常由驅動手臂運動的部

27、件(如齒輪齒條機構、連桿機構、螺旋機構和凸輪機構、油缸、氣缸、等)與驅動源(如電機、液壓、氣壓等)相配合，以實現(xiàn)手臂的各種運動。,46,行業(yè)特制,手臂可能實現(xiàn)的運動如下:,47,行業(yè)特制,手臂在進行伸縮或升降運動時，為了防止繞其軸線的轉動，都需要有導向裝置，以保證手指按正確方向運動。此外，導向裝置還能承擔手臂所受的彎曲力矩和扭轉力矩以及手臂回轉運動時在啟動、制動瞬間產生的慣性力矩，使運動部件受力狀態(tài)簡單。 導向裝置結構形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導向型式。,48,行業(yè)特制,（4）立柱,立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降(或俯仰)運動

28、均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立往通常為固定不動的，但因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。,49,行業(yè)特制,（5）行走機構,當工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安 裝滾輪、軌道等行走機構，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。滾滾輪輪式式布行走機構可分為有軌的和無軌的兩種。驅動滾輪運動則應另外增設機械傳動裝置。,50,行業(yè)特制,（6）機座,機座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。,51,行業(yè)特制,4.驅動系統(tǒng),驅動系統(tǒng)是驅動工業(yè)機械手執(zhí)行機構運動的動力裝置，通常由動力源、控制調節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅動

29、系統(tǒng)有電傳動、液壓傳動、氣壓傳動和機械傳動。,52,行業(yè)特制,表1-1 常用驅動方式性能比較,53,行業(yè)特制,（）驅動器的選擇：,驅動器的選擇應以作業(yè)要求、生產環(huán)境為先決條件，以價格高低、技術水平為評價標準。 一般說來，目前負荷為100 kg以下的,可優(yōu)先考慮電動驅動器，并根據(jù)機器人的用途選擇合適的電機。 只須點位控制且功率較小者，或有防暴、清潔等特殊要求者，可采用氣動驅動器。 負荷較大或機器人周圍已有液壓源的場合，可采用液壓驅動器。 對于驅動器來說，最重要的是要求起動力矩大，調速范圍寬，慣量小，尺寸小，同時還要有性能好的、與之配套的數(shù)字控制系統(tǒng)。,54,行業(yè)特制,（）驅動器的安裝,底座安裝較

30、大體積的驅動器。 法蘭安裝中小型驅動器。 卡箍安裝微小型驅動器。 臨時安裝微小型驅動器。,55,行業(yè)特制,（）電動驅動,電動驅動是利用各種電動機產生的力或力矩，直接或經過減速機構去驅動機器人的關節(jié)，以獲得所要求的位置，速度和加速度。電動機驅動可分為普通交流電機驅動，交、直流伺服電動機驅動和步進電動機驅動。 普通交、直流電機驅動需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機器人。 伺服電動機和步進電動機輸出力矩相對小，控制性能好，可實現(xiàn)速度和位置的精確控制，適用于中小型機器人。 交、直流伺服電動機一般用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，而步進電機主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)，一般用于速度和位置精度要求

31、不高的場合。,56,行業(yè)特制,1）步進電機驅動,步進電機是一種將電脈沖信號轉換成相應的角位移或直線位移的數(shù)字/模擬裝置。步進電機有回轉式步進電機和直線式步進電機，對于旋轉式步進電機而言，每當輸入一個電脈沖后，步進電機輸出軸就轉動一定角度，如果不斷地輸入電脈沖信號，步進電機就一步步地轉動，且步進電機轉過的角度與輸入脈沖個數(shù)成嚴格比例關系，能方便地實現(xiàn)正、反轉控制及調速和定位。步進電機不同于通用的直流和交流電動機，它必須與驅動器和直流電源組成系統(tǒng)才能工作，通常我們所說的步進電機，一般是指步進電機和驅動器的成套裝置，步進電機的性能在很大程度取決于“矩頻”特性，而“矩頻”特性又和驅動器的性能好壞密切相

32、關。,57,行業(yè)特制,58,行業(yè)特制,脈沖分配器是根據(jù)指令把脈沖信號按一定的邏輯關系加到功率放大器上，使各相繞組按一定的順序和時間導通和切斷，并根據(jù)指令使電機正轉、反轉。實現(xiàn)確定的運行方式。,特點： 輸出角與輸入脈沖嚴格成比例，且在時間上同步。步進電機的步距角不受各種干涉因素，如電壓的大小，電流的數(shù)值，波形等影響，轉子的速度主要取決于脈沖信號的頻率，總的位移量則取決于總脈沖數(shù)。 容易實現(xiàn)正反轉和啟、停控制，啟停時間短。 輸出轉角的精度高，無積累誤差。步進電機世紀步距角與理論步距角總有一定的誤差，且誤差可以累加，但當步進電機轉過一周后，總的誤差又回到零。 直接用數(shù)字信號控制，與計算機接口方便。

33、維修方便，壽命長。,59,行業(yè)特制,2）直流伺服電機驅動,在20 世紀80年代以前，機器人廣泛采用永磁式直流伺服電動機作為執(zhí)行機構，近年來，直流伺服電機受到無刷電動機的挑戰(zhàn)和沖擊，但在中小功率的系統(tǒng)中，永磁式直流伺服電動機還是常常使用的。 20世紀70年代研制了大慣量寬調速直流電動機，盡量提高轉矩，改善動態(tài)特性，既具有一般直流伺服電動機的優(yōu)點，又具有小慣量直流伺服動機的快速響應性能，易與大慣量負載匹配，能較好地滿足伺服驅動的要求，因而在高精度數(shù)控機床和工業(yè)機器人等機電一體化產品中得到了廣泛應用。 優(yōu)點：啟動轉矩大，體積小，重量輕，轉速易控制，效率高。 缺點：有電刷和換向器，需要定期維修、更換電

34、刷，電動機使用壽命短、噪聲大。,60,行業(yè)特制,3）無刷伺服電動機驅動,直流電動機在結構上存在機械換向器和電刷，使它具有一些難以克服的固有缺點，如維護困難，壽命短，轉速低（通常低于2000r/min），功率體積比不高等。將直流電動機的定子和轉子互換位置，形成無刷電動機。轉子由永磁鐵組成，定子繞有通電線圈，并安裝用于檢測轉子位置的霍爾元件、光碼盤或旋轉編碼器。無刷電動機的檢測元件檢測轉子的位置，決定電流的換向。 無刷直流電動機在運行過程中要進行轉速和換向兩種控制，控制提供給定子線圈的電流，就可以控制轉子的轉速：在轉子到達指定位置時，霍爾元件檢測到該位置并改變定子導通相，實現(xiàn)定子磁場改變，從而實現(xiàn)

35、無接觸換向。同直流電動機相比，無刷電動機具有以下優(yōu)點： 無刷電動機沒有電刷，不需要定期維護，可靠性更高。沒有機械換向裝置，因而它有更高轉速?？朔箅娏髟跈C械式換向器換向時易產生火花，電蝕，因而可以制造更大容量的電動機。,61,行業(yè)特制,62,行業(yè)特制,無刷直流電動機迅速推廣應用的重要因素之一是近10多年來大功率集成電路的技術進步，特別是無刷直流電機專用的控制集成電路出現(xiàn)，緩解了良好控制性能和昂貴成本的矛盾。 近年來，在機器人中，交流伺服電電機正在取代傳統(tǒng)的直流伺服電動機。 交流伺服電電機的發(fā)展速度取決于PWM控制技術，告訴運算芯片（如DSP）和先進的控制理論，如矢量控制，直接轉矩控制等。電機控

36、制系統(tǒng)通過引入微處理芯片實現(xiàn)模擬控制向數(shù)字控制的轉變，數(shù)字控制系統(tǒng)促進了各種現(xiàn)代控制理論的應用，非線性解耦控制，人工神經網絡，自適應控制、模糊控制等控制策略紛紛引入電機控制中，由于微處理器的處理速度和存儲容量都有大幅度的提高，一些復雜的算法也能實現(xiàn)，原來由硬件實現(xiàn)的任務在通過算法實現(xiàn)，不僅提高了可靠度，還降低了成本。,63,行業(yè)特制,4）制動器,許多機器人的機械臂都需要愛各關節(jié)處安裝制動器，其作用是：在機器人停止工作時，保持機械臂的位置不變，在電源發(fā)生故障時，保護機械臂和它周圍的物體不發(fā)生碰撞。 例如，齒輪、諧波齒輪機構和滾珠絲杠等元件的質量較高，一般其摩擦力都很小，在驅動器停止工作的時候，它

37、們是不能承受負載的。如果不采用如制動器、加緊器或止擋等裝置，一旦電源關閉，機器人的各個部件就會在重力的作用下滑落。 制動器通常是按失效抱閘方式工作的，即要放松制動器就必須接通電源，否則，各關節(jié)不能產生相對運動。它的主要目的是在電源出現(xiàn)故障時起保護作用。其缺點是在工作期間要不斷花費電力使制動器放松。 為了使關節(jié)定位準確，制動器必須有足夠的定位精度，制動器應當盡可能地放在系統(tǒng)的驅動輸入端，這樣利用傳動鏈速比，能夠減小制動器的輕微滑動所引起的系統(tǒng)移動，保證了在承載條件下具有較多的定位精度。,64,行業(yè)特制,5.控制系統(tǒng),圖1-12 機器人控制系統(tǒng),65,行業(yè)特制,機器人控制系統(tǒng)包括控制柜（電源模塊、

38、中央處理器CPU、接口模塊、數(shù)字量模塊、模擬量模塊、位置控制模塊、通信模塊等）、伺服系統(tǒng)（伺服電機、伺服電機驅動器、編碼器）、示教器、PC機、人機交互設備（觸摸屏等）、現(xiàn)場數(shù)字量輸出設備及安防系統(tǒng)。如圖1-12所示。 工業(yè)機器人的控制器在要求完成特定作業(yè)時，需要做下述幾件事： 示教：通過計算機來接受機器人將要去完成什么作業(yè)。也就是給機器人的作業(yè)命令，這個命令實質上是人發(fā)出的。,66,行業(yè)特制,計算：這一部分實際上就是機器人控制系統(tǒng)中的計算機來完成的，它通過獲得的示教信息要形成一個控制策略，然后再根據(jù)這個策略（也稱之為作業(yè)軌跡的規(guī)劃）細化成各軸的伺服運動的控制的策略。同時計算機還要擔負起對整個機

39、器人系統(tǒng)的管理，采集并處理各種信息。因此，這一部分是非常重要的核心部分。 伺服驅動：就是通過機器人控制器的不同的控制算法將機器人控制策略轉化為驅動信號，驅動伺服電動機，實現(xiàn)機器人的高速、高精度運動，去完成指定的作業(yè)。 反饋：機器人控制中的傳感器對機器人完成作業(yè)過程中的運動狀態(tài)、位置、姿態(tài)進行實時地反饋，把這些信息反饋給控制計算機，使控制計算機實時監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行情況，及時做出各種決策。,67,行業(yè)特制,圖1-13 機器人控制基本原理圖,68,行業(yè)特制,控制系統(tǒng)可以有四種不同分類方法：按控制運動方式、控制系統(tǒng)信號類型、控制機器人的數(shù)目以及人機的相互關系等分類。 （1）、按控制運動方式進行分類可

40、分為程序控制系統(tǒng)、自適應控制系統(tǒng)和組合控制系統(tǒng)。 程序控制系統(tǒng)：絕大多數(shù)商品機器人是屬于這種控制系統(tǒng)，主要用于搬運、裝配、點焊等點位控制，以及弧焊、噴涂機器人的輪廓控制。 程序控制可以使各關節(jié)的運動是連續(xù)的，也可以是離散的，通過各個關節(jié)的連續(xù)運動的合成，實現(xiàn)輪廓控制，也可用點位控制，用不連續(xù)的點位實現(xiàn)連續(xù)輪廓控制。 自適應控制系統(tǒng)：自適應是根據(jù)環(huán)境的變化，不斷地給出后續(xù)運動軌跡的控制。環(huán)境的變化是通過傳感器來感知，也就是根據(jù)檢測到的信息來決策。這個決策是控制系統(tǒng)中的核心問題。要有很復雜的計算方法。對環(huán)境的感知是實時的，要求是高精度和高速度的運算處理。硬件邏輯復雜。 這一類控制系統(tǒng)也是以程序控制

41、為基礎，僅是根據(jù)外界環(huán)境的變化來及時修改原有的程序。目前對于這一類智能機器人的各種感覺的研究尚處于探索階段，特別是視覺，要求靈敏度高的視覺裝置且可對圖象處理和識別能力。 組合控制系統(tǒng)：它兼有程序控制和自適應控制兩種功能，它具有利用已知的基本上由工作性質和環(huán)境條件決定的信息實現(xiàn)程序控制，還可以在執(zhí)行過程中根據(jù)工作條件的變化而改變控制過程并保證最佳的控制品質。所以，這是應用最廣的控制系統(tǒng)。,69,行業(yè)特制,（2）、按控制系統(tǒng)的信號形式分類：可分為連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)。連續(xù)控制系統(tǒng)貫穿系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入/輸出信號量是時間的連續(xù)函數(shù)。離散控制系統(tǒng)全部或部分信號是以離散形式出現(xiàn)和產生所需要的控制。通

42、常系統(tǒng)既有連續(xù)又有離散的信息，根據(jù)一個一定的閥值來進行兩類信號的轉換實現(xiàn)這種控制。 例如： a弧焊控制：對焊接電流的控制是連續(xù)控制，當發(fā)生短路時，立刻切斷電源這又是離散控制。 b生產線加工部件由傳送帶送到固定加工位置，同時發(fā)出到位信號，用來啟動機器人控制程序的連續(xù)控制，從而由離散到連續(xù)。一般離散信號是繼電器的動作，脈沖或數(shù)字信號。,70,行業(yè)特制,（3）、根據(jù)控制機器人的數(shù)目分類：可分為單機系統(tǒng)和群控系統(tǒng)。 單機就是指控制系統(tǒng)僅對本機進行自主的控制。集中或分散的或兩者結合的，同時控制多個機器人的控制系統(tǒng)稱之為群控系統(tǒng)。群控系統(tǒng)也容許每個機器人有自己獨立的控制系統(tǒng)，但每一個機器人的控制系統(tǒng)要接受

43、總的控制系統(tǒng)的命令，或在系統(tǒng)之間有通信，以便能使所有機器人協(xié)調工作。 實際上群控系統(tǒng)是一個多級系統(tǒng)，每一級系統(tǒng)或者模塊要接受上一級系統(tǒng)下達的指令與任務命令，使本級機器人執(zhí)行上述的命令，并要向上一級反饋執(zhí)行的結果的信息。,71,行業(yè)特制,（4）、按人機關系分類：自動控制系統(tǒng)完全自治操作，操作人員不必干予。但有一些系統(tǒng)要求部分控制功能由操作人員來完成。,72,行業(yè)特制,6.位置檢測裝置,控制機械手執(zhí)行機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置。位置檢測裝置實時檢測機器人的運動及工作情況，根據(jù)需要

44、反饋給控制系統(tǒng)，與設定信息進行比較后，對執(zhí)行機構進行調整，以保證機器人的動作符合預定的要求。作為檢測裝置的傳感器大致可以分為兩類：一類是內部信息傳感器，用于檢測機器人各部分的內部狀況，如各關節(jié)的位置、速度、加速度等，并將所測得的信息作為反饋信號送至控制器，形成閉環(huán)控制。一類是外部信息傳感器，用于獲取有關機器人的作業(yè)對象及外界環(huán)境等方面的信息，以使機器人的動作能適應外界情況的變化，使之達到更高層次的自動化，甚至使機器人具有某種“感覺”，向智能化發(fā)展，例如視覺、聲覺等外部傳感器給出工作對象、工作環(huán)境的有關信息，利用這些信息構成一個大的反饋回路，從而將大大提高機器人的工作精度。,73,行業(yè)特制,7.

45、伺服系統(tǒng),（1）伺服系統(tǒng)的作用 一是以小功率指令信號去控制大功率負載；二是在沒有機械連接的情況下，由輸入軸控制位于遠處的輸出軸，實現(xiàn)遠距同步傳動；三是使輸出機械位移精確地跟蹤電信號，如記錄和指示儀表等。 （2）伺服系統(tǒng)分類 從系統(tǒng)組成元件的性質來看，有電氣伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)和電氣-液壓伺服系統(tǒng)及電氣-電氣伺服系統(tǒng)等。 從系統(tǒng)輸出量的物理性質來看，有速度或加速度伺服系統(tǒng)和位置伺服系統(tǒng)等； 從系統(tǒng)中所包含的元件特性和信號作用特點來看，有模擬式伺服系統(tǒng)和數(shù)字式伺服系統(tǒng)； 從系統(tǒng)的結構特點來看，有單回伺服系統(tǒng)、多回伺服系統(tǒng)和開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 伺服系統(tǒng)按其驅動元件劃分，有步進式伺服系統(tǒng)、

46、直流電動機（簡稱直流電機）伺服系統(tǒng)、交流電動機（簡稱交流電機）伺服系統(tǒng)。 按控制方式劃分，有開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)等。,74,行業(yè)特制,（3）伺服系統(tǒng)基本要求 對伺服系統(tǒng)的基本要求有穩(wěn)定性、精度和快速響應性。 穩(wěn)定性好：作用在系統(tǒng)上的擾動消失后，系統(tǒng)能夠恢復到原來的穩(wěn)定狀態(tài)下運行或者在輸入指令信號作用下，系統(tǒng)能夠達到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)的能力，在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調節(jié)過程后到達新的或者回復到原有平衡狀態(tài)； 精度高：伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能跟隨輸入量的精確程度。 快速響應性好：有兩方面含義，一是指動態(tài)響應過程中，輸出量隨輸入指令信號變化的迅速程度，二是指動態(tài)響

47、應過程結束的迅速程度?？焖夙憫允撬欧到y(tǒng)動態(tài)品質的標志之一，即要求跟蹤指令信號的響應要快，一方面要求過渡過程時間短，一般在200ms以內，甚至小于幾十毫秒；另一方面，為滿足超調要求，要求過渡過程的前沿陡，即上升率要大。 節(jié)能高：由于伺服系統(tǒng)的快速相應，能夠根據(jù)自身的需要對供給進行快速的調整，能夠有效提高機器人的電能的利用率，從而達到高效節(jié)能。,75,行業(yè)特制,（4）伺服系統(tǒng)的組成 伺服系統(tǒng)主要由三部分組成：控制器，功率驅動裝置，反饋裝置和電動機。控制器按照機器人系統(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測的實際運行值的差，調節(jié)控制量；功率驅動裝置作為系統(tǒng)的主回路，一方面按控制量的大小將電網中的電能作用到電

48、動機之上，調節(jié)電動機轉矩的大小，另一方面按電動機的要求把恒壓恒頻的電網供電轉換為電動機所需的交流電或直流電；電動機則按供電大小拖動機械運轉。,76,行業(yè)特制,8機器人傳動系統(tǒng),（）驅動器與傳動裝置的連接 機器人操作機有兩種運動關節(jié)轉動關節(jié)和移（直）動關節(jié)。對電動系統(tǒng)來說，常見的驅動傳動形式如圖1-14所示。,77,行業(yè)特制,a一轉動系統(tǒng) b一移（直）動系統(tǒng) 1一碼盤 2一測速機 3一電機 4一聯(lián)軸器 5傳動裝量 6一轉動關節(jié) 7一桿 8一電機 9一聯(lián)軸器 10一螺旋副 11移動關節(jié)，12一電位器（或光柵尺）,圖1-14驅動-傳動系統(tǒng)的組成,78,行業(yè)特制,在系統(tǒng)中，驅動器通過聯(lián)軸器帶動傳動裝置

49、(一般為減速器)，再通過關節(jié)軸帶動桿件運動。為了進行使置和速度控制，驅動系統(tǒng)中還包括位置和速度檢測元件。檢測元件類型很多，但都要求有合適的精度、連接方式以及有利于控制的輸出方式。對于伺服電機，檢測元件常與電機直接相聯(lián)；對于液壓驅動，則常通過聯(lián)軸器或銷軸與被驅動的桿件相聯(lián)。,79,行業(yè)特制,（）機器人專用減速器,）諧波傳動 諧波傳動是利用一個構件的可控制的彈性變形來實現(xiàn)機械運動的傳遞。諧波傳動通常由三個基本構件(俗稱三大件)組成，如圖1-15所示，包括一個有內齒的剛輪，一個工作時可產生徑向彈性變形并帶有外齒的柔輪和一個裝在柔輪內部、呈橢圓形、外圈帶有滾動軸承的波發(fā)生器。柔輪的外齒Zg少于剛輪的內

50、齒Zb。在波發(fā)生器轉動時，相應于長軸方向的柔輪外齒正好完全嚙入剛輪的內齒；在短軸方向，則外齒全脫開內齒。當剛輪固定，波發(fā)生器轉動時，柔輪的外齒將依次嚙入和嚙出剛輪的內齒，柔輪齒圈上的任一點的徑向位移將呈近似于余弦波形的變化，所以這種傳動稱作諧波傳動。,80,行業(yè)特制,圖1-15 諧波傳動,81,行業(yè)特制,可以看出，由于ZgZb，故當波發(fā)生器轉過一周時，柔輪相對剛輪反方向轉過ZZg周(ZZgZb)。如果波發(fā)生器與主動軸(電機)相聯(lián)，柔輪與從動軸相連，在剛輪固定時，就可得到減速比為iZZg的減速傳動，由于Z很小(通常為2，4)，故i很大，一般為50300，減速效果可與少齒行星傳動相媲美。 若柔輪固

51、定，剛輪主動，則波發(fā)生器可得到iZbZ的同向增速運動。同樣，若剛輪固定，柔輪主動，波發(fā)生器也可得到增速運動，但增速運動常需一個最小的轉動力矩。這一轉矩與構件之間的摩擦以及三大件和輪齒的幾何參數(shù)有關。只有參數(shù)適當，且很好地跑合之后才能降低這一轉矩。對于手把手示教的機器人，必須充分注意這一特性，如果最小的反力距太大，就很難實現(xiàn)手把手示教。,82,行業(yè)特制,在商品化生產中，還有用三大件制成的各類減速器，有單級、雙級；臥式、立式等，供設計者選用。 與一股齒輪傳動相比，諧波傳動有如下主要特點。 傳動比大，單叔傳動比可為50300，雙級傳動比可達2106。 傳動乎穩(wěn)，承載能力高。在傳動時同時參與嚙合的齒數(shù)

52、多，故傳動平穩(wěn)，承載能力高，傳遞單位扭矩的體積和重量小。在相同的工作條件下，體積可減小2050。 齒面磨損小而均勻，傳動效率高。若正確選擇嚙合參數(shù)，則齒面的相對滑動速度很低，因此磨損小、效率高。當結構合理，潤滑良好時，對i100的傳動，效率可達0.85；對i75的傳動，效率可達0.92。傳動效率隨著扭矩的增加而增加。而當傳遞的扭矩比額定值小20時，效率很快降低。 傳動精度高。在制造精度相同的情況下，諧波傳動的精度可比普通齒輪傳動高一級。若齒面經過很好的研磨，則諧波齒輪傳動的傳動精度要比普通齒輪傳動高4倍。 回差小。精密諧波傳動的回差一般可小于31，甚至可以實現(xiàn)無回差傳動。 可以通過密封壁傳遞運

53、動。當采用長杯式柔輪固定傳動時，可實現(xiàn)向密封箱內傳遞運動，這是其他傳動機構很難實現(xiàn)的。 諧波傳動不能獲得中間輸出，并且杯式柔輪剛度較低。,83,行業(yè)特制,2）RV擺線針輪傳動,RV減速機由一個行星齒輪減速機的前級和一個擺線針輪減速機的后級組成，RV減速器具有結構緊湊，傳動比大，以及在一定條件下具有自鎖功能的傳動機械，是最常用的減速機之一而且振動小，噪音低，能耗低。如圖1-17所示。RV傳動是新興起的一種傳動，它是在傳統(tǒng)針擺行星傳動的基礎上發(fā)展出來的，不僅克服了一般針擺傳動的缺點，而且因為具有體積小、重量輕、傳動比范圍大、壽命長、精度保持穩(wěn)定、效率高、傳動平穩(wěn)等一系列優(yōu)點。日益受到國內外的廣泛關

54、注。RV減速器是由擺線針輪和行星支架組成以其體積小，抗沖擊力強，扭矩大，定位精度高，振動小，減速比大等諸多優(yōu)點被廣泛應用于工業(yè)機器人，機床，醫(yī)療檢測設備，衛(wèi)星接收系統(tǒng)等領域。它較機器人中常用的諧波傳動具有高得多的疲勞強度、剛度和壽命，而且回差精度穩(wěn)定，不像諧波傳動那樣隨著使用時間增長運動精度就會顯著降低，故世界上許多國家高精度機器人傳動多采用RV減速器，因此，該種RV減速器在先進機器人傳動中有逐漸取代諧波減速器的發(fā)展趨勢。,84,行業(yè)特制,圖1-16 RV減速器,85,行業(yè)特制,RV減速機的傳動裝置是由第一級漸開線圓柱齒輪行星減速機構和第二級擺線針輪行星減速機構兩部分組成，為一封閉差動輪系如圖

55、1-17為其結構示意圖。主動的太陽輪1與輸入軸相連，如果漸開線中心輪1順時針方向旋轉，它將帶動三個呈120布置的行星輪2在繞中心輪軸心公轉的同時還有逆時針方向自轉，三個曲柄軸3與行星輪2相固連而同速轉動，兩片相位差180的擺線輪4鉸接在三個曲柄軸上，并與固定的針輪相嚙合，在其軸線繞針輪軸線公轉的同時，還將反方向自轉，即順時針轉動。輸出機構(即行星架)6由裝在其上的三對曲柄軸支撐軸承來推動，把擺線輪上的自轉矢量以1:1的速比傳遞出來。,86,行業(yè)特制,圖1-17 RV加速器結構示意圖,87,行業(yè)特制,3）滾動螺旋傳動,滾動螺旋傳動是在具有螺旋槽的絲杠與螺母之間放入適當?shù)臐L珠。使絲杠與螺母之間由滑

56、動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的一種螺旋傳動，如圖1-18所示。滾珠在工作過程中順螺旋槽(滾道)滾動，故必須設置滾珠的返回通道，才能循環(huán)使用。內循環(huán)是在螺母體內返回，外循環(huán)最常見的。,88,行業(yè)特制,圖1-18 外循環(huán)滾珠絲杠,89,行業(yè)特制,滾動螺旋傳動主要有以下一些特點。,摩擦小、效率高。一般情況下，滾動螺旋傳動的效率在90以上。在同樣的負荷下，驅動權矩較滑動螺旋傳動減少2334。滾動螺旋傳動的逆?zhèn)鲃有室埠芨?，接近于正傳動效率，故可作為直線運動變旋轉運動的傳動裝置。也正是這原因，該種傳動不能自鎖，必須有防止逆轉的制動或自鎖機構才能安全地用于有自重下降的場合。 靈敏度高，傳動乎穩(wěn)。由于是滾動摩擦，動、

57、靜摩擦系數(shù)相差極小，無論是靜止，還是高、低速傳動，摩擦權矩幾乎不變，故靈敏度高、傳動乎穩(wěn)。 磨損少、壽命長。滾珠螺旋副中的主要零件均經熱處理，并有很高的表面光潔度，再加上滾動摩擦的磨損很小，因而有良好的耐磨性， 可消除油向間隙，提高鈾向剛度。由于該種傳動效率高，預緊后仍能輕快地工作，所以可以通過預緊完全消除間隙，使反向時無空行程，并可通過預緊施加一定的預應力來提高傳動剛度。 波動螺旋傳動最怕落入灰塵、鐵屑、砂粒。通常，螺母兩端必須密封，絲杠的外露部分必須用“風箱”套或鋼帶卷套加以密封。,90,行業(yè)特制,(3)驅動-傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性,驅動傳動系統(tǒng)是驅動器和傳動裝置兩子系統(tǒng)的合成。下面分別討論其

58、動態(tài)特性。 (1)電驅動器的動態(tài)特性 電動操作機的每個主動關節(jié)都有伺服電機驅動?，F(xiàn)以直流水磁電機為例進行討論。該類電機的特點是； 1)力矩功率比高，平滑，低速運轉，力矩速度持性是線性的，時間常數(shù)??； 2)采用永磁磁場和直流供電，能以最小的輸入功率提供最大的力矩； 3)電機電感很小，電氣時間常數(shù)很低。,91,行業(yè)特制,(2) 液壓驅動系統(tǒng)的動態(tài)特性,1962年比現(xiàn)的第一臺工業(yè)機器人就是采用液壓驅動的。由于液壓驅動結構簡單(省去了各種減速傳動裝置)，便于控制，在機器人發(fā)展的最初年代里，液壓驅動系統(tǒng)得到了廣泛的應用。后來，由于隨著直、交流伺服系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，才使液壓驅動系統(tǒng)在工業(yè)機器人中處于次要地位

59、。但目前液壓驅動在大負荷的操作機以及噴涂作業(yè)用機器人中仍占有較大的比例。 工業(yè)機器人用液壓驅動系統(tǒng)有點位程序控制和電液伺服控制兩大類別。前者多用于簡單的搬運機器人或某些專用機器人中；后者用于既要點位控制又要連續(xù)軌跡控制功能的機器人，特別是大負荷(5000N)機器人。,92,行業(yè)特制,9.機器人主要部件及成本,工業(yè)機器人成本結構大致如下：本體22、伺服系統(tǒng)25、減速器38、控制系統(tǒng)10、其他5。簡單拆分國內6軸工業(yè)機器人成本（總成本25萬元），可以看出減速器和伺服電機兩項成本接近13萬元。,93,行業(yè)特制,10.工業(yè)機器人的分類,按工業(yè)機器人按臂部的運動形式（圖1-19所示）分為四種。 直角坐標

60、型。臂部可沿三個直角坐標移動。 圓柱坐標型。臂部可作升降、回轉和伸縮動作。 球坐標型。 臂部能回轉、俯仰和伸縮。 關節(jié)型。 臂部有多個轉動關節(jié)。 （2）按工業(yè)機器人按執(zhí)行機構運動的控制機能，又可分點位型和連續(xù)軌跡型。 點位型：只控制執(zhí)行機構由一點到另一點的準確定位，適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業(yè)。,94,行業(yè)特制,圖1-19 機械手運動,連續(xù)軌跡型：可控制執(zhí)行機構按給定軌跡運動，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。,95,行業(yè)特制,（3）按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類,編程輸入型是將計算機上已編好的作業(yè)程序文件，通過RS232串口或者以太網等通信方式傳送到機器人控制柜。