工業(yè)機(jī)器人的基本參數(shù)和性能指標(biāo)知識(shí)講解

1、工業(yè)機(jī)器人的基本參數(shù)和性能指標(biāo)工業(yè)機(jī)器人的基本參數(shù)和性能指標(biāo)表示機(jī)器人特性的基本參數(shù)和性能指標(biāo)主要有工作空間、自由度、有效負(fù)載、 運(yùn)動(dòng)精度、運(yùn)動(dòng)特性、動(dòng)態(tài)特性等。(1)工作空間(Work space )工作空間是指機(jī)器人臂桿的特定部位在一定條 件下所能到達(dá)空間的位置集合。工作空間的性狀和大小反映了機(jī)器人工作能力 的大小。理解機(jī)器人的工作空間時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：1)通常工業(yè)機(jī)器人說(shuō)明書(shū)中表示的工作空間指的是手腕上機(jī)械接口坐標(biāo)系的 原點(diǎn)在空間能達(dá)到的范圍，也即手腕端部法蘭的中心點(diǎn)在空間所能到達(dá)的范 圍，而不是末端執(zhí)行器端點(diǎn)所能達(dá)到的范圍。因此，在設(shè)計(jì)和選用時(shí)，要注意 安裝末端執(zhí)行器后，機(jī)器人實(shí)際所

2、能達(dá)到的工作空間。2)機(jī)器人說(shuō)明書(shū)上提供的工作空間往往要小于運(yùn)動(dòng)學(xué)意義上的最大空間。這 是因?yàn)樵诳蛇_(dá)空間中，手臂位姿不同時(shí)有效負(fù)載、允許達(dá)到的最大速度和最大 加速度都不一樣，在臂桿最大位置允許的極限值通常要比其他位置的小些。此 外，在機(jī)器人的最大可達(dá)空間邊界上可能存在自由度退化的問(wèn)題，此時(shí)的位姿 稱(chēng)為奇異位形，而且在奇異位形周?chē)喈?dāng)大的范圍內(nèi)都會(huì)出現(xiàn)自由度進(jìn)化現(xiàn) 象，這部分工作空間在機(jī)器人工作時(shí)都不能被利用。3)除了在工作守聞邊緣，實(shí)際應(yīng)用中的工業(yè)機(jī)器人還可能由于受到機(jī)械結(jié)構(gòu) 的限制，在工作空間的內(nèi)部也存在著臂端不能達(dá)到的區(qū)域，這就是常說(shuō)的空洞 或空腔?？涨皇侵冈诠ぷ骺臻g內(nèi)臂端不能達(dá)到的完全封

3、閉空間。而空洞是指在 沿轉(zhuǎn)軸周?chē)L(zhǎng)上臂端都不能達(dá)到的空間。（2）運(yùn)動(dòng)自由度是指機(jī)器人操作機(jī)在空間運(yùn)動(dòng)所需的變量數(shù)，用以表示機(jī)器人 動(dòng)作靈活程度的參數(shù)，一般是以沿軸線移動(dòng)和繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目來(lái) 表小0自由物體在空間自六個(gè)自由度（三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和三個(gè)移動(dòng)自由度）。工業(yè) 機(jī)器人往往是個(gè)開(kāi)式連桿系，每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)副只有一個(gè)自由度，因此通常機(jī)器 人的自由度數(shù)目就等于其關(guān)節(jié)數(shù)。機(jī)器人的自由度數(shù)目越多，功能就越強(qiáng)。日 前工業(yè)機(jī)器人通常具有46個(gè)自由度。當(dāng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)數(shù)（自由度）增加到對(duì) 末端執(zhí)行器的定向和定位不再起作用時(shí)，便出現(xiàn)了冗余自由度。冗余度的出現(xiàn) 增加了機(jī)器人工作的靈活型，但也使控制變得更加

4、復(fù)雜。工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)方式上，總可以分為直線運(yùn)動(dòng)（簡(jiǎn)記為 P）和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（簡(jiǎn)記為R）兩種，應(yīng)用簡(jiǎn)記符號(hào)P和R可以表示操作機(jī)運(yùn)動(dòng)自由度的特點(diǎn)， 如RPRR表示機(jī)器人操作機(jī)具有四個(gè)自由度，從基座開(kāi)始到臂端，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的 方式依次為旋轉(zhuǎn)-直線-旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)。止匕外，工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度還有運(yùn)動(dòng)范 圍的限制。（3）有效負(fù)載（Payload）有效負(fù)載是指機(jī)器人操作機(jī)在工作時(shí)臂端可能搬運(yùn)的 物體重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作機(jī)的負(fù)荷能力。機(jī)器人在不同位姿時(shí)，允許的最大可搬運(yùn)質(zhì)量是不同的，因此機(jī)器人的額定 可搬運(yùn)質(zhì)量是指其臂桿在工作空間中任意位姿時(shí)腕關(guān)節(jié)端部都能搬運(yùn)的最大質(zhì) 量。(4)運(yùn)動(dòng)精度(Acc

5、urucy)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的精度主要涉及位姿精度、重復(fù)位 姿精度、軌跡精度、重復(fù)軌跡精度等。位姿精度是指指令位姿和從同一方向接近該指令位姿時(shí)各實(shí)到位置中心之間的偏差。重復(fù)位姿精度是指對(duì)同指令位姿從同一方向重復(fù)響應(yīng)n次后實(shí)到位姿的不一致程度。軌跡精度是指機(jī)器人機(jī)械接口從同一方向 n次跟隨指令軌跡的接近程度。軌 跡重復(fù)精度是指對(duì)一給定軌跡在同方向跟隨 n次后實(shí)到軌跡之間的不一致程 度。(5)運(yùn)動(dòng)特性(Sped)速度和加速度是表明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的主要指標(biāo)。在 機(jī)器人說(shuō)明書(shū)中，通常提供了主要運(yùn)動(dòng)自由度的最大穩(wěn)定速度，但在實(shí)際應(yīng)用 中單純考慮最大穩(wěn)定速度是不夠的，還應(yīng)注意其最大允許加速度。最大加速度 則

6、要受到驅(qū)動(dòng)功率和系統(tǒng)過(guò)度的限制。(6)動(dòng)態(tài)特性結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)參數(shù)主要包括 質(zhì)量、慣性矩、剛度、阻尼系數(shù)、同有頻 率和振動(dòng)模態(tài)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量減小質(zhì)量和慣量。對(duì)于機(jī)器人的剛度，若剛度差，機(jī)器人的 位姿精度和系統(tǒng)固有頻率將下降，從而導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定；但對(duì)于某些作業(yè)(如裝配操作)，適當(dāng)?shù)卦黾尤犴樞允怯欣?，最理想的情況是希望機(jī)器人臂 桿的剛度可調(diào)。增加系統(tǒng)的阻尼對(duì)于縮短振蕩的衰減時(shí)間、提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn) 定性是有利的。提高系統(tǒng)的固有頻率，避開(kāi)工作頻率范圍，也有利于提高系統(tǒng) 的穩(wěn)定性。工業(yè)機(jī)器人的基本組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)介紹現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人一般由機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)智能系統(tǒng)四人部分組 成。機(jī)械系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器

7、人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即操作機(jī)），一般由于部、腕部、臂 部、腰部和基座組成。手部又稱(chēng)為末端執(zhí)行器，是工業(yè)機(jī)器人對(duì)目標(biāo)直接進(jìn)行 操作的部分，如各種夾持器，有人也把焊接機(jī)器人的焊槍和噴漆機(jī)器人的油漆 噴頭等劃歸機(jī)器人的手部；腕部 足臂和手的連接部分，主要功能是改變手的姿 態(tài)；臂部用以連接腰部和腕部；腰部是連接臂和基座的部件，通常可以同轉(zhuǎn)。臂和腰的共同作用使得機(jī)器人的腕部可以做空間運(yùn)動(dòng)?；钦麄€(gè)機(jī)器人的支 撐部分，有固定式和移動(dòng)式兩種?？刂葡到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)冊(cè)操作機(jī)的控制，一般由控制計(jì)算機(jī)和伺服控制器組成。前者 發(fā)出指令協(xié)調(diào)各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器之間的運(yùn)動(dòng)，后者控制各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，使各個(gè)桿件 按一定的速度、加速度和位置要求進(jìn)行

8、運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，常和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)成一體，驅(qū)動(dòng)臂桿完成指定的運(yùn)動(dòng)。常用的驅(qū)動(dòng)器有電動(dòng)機(jī)、液壓和氣動(dòng)裝置等，目前使用最多的是交 流伺服電動(dòng)機(jī)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)常用的有諧波減速器、RV減速器、絲杠、鏈、帶以及片他各種齒輪輪系。智能系統(tǒng)是機(jī)器人的感受系統(tǒng)，由感知和決策兩部分組成。前者主要靠硬件（如各類(lèi)傳感器）實(shí)現(xiàn)，后者則主要靠軟件（如專(zhuān)家系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)。智能系統(tǒng)是 目前機(jī)器人學(xué)中不夠完善但發(fā)展很快的子系統(tǒng)，和其他機(jī)器設(shè)計(jì)相比，工業(yè)機(jī) 器人在結(jié)構(gòu)上有很多獨(dú)特之處，主要可以歸納為以下幾點(diǎn)：1）工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)可以簡(jiǎn)化成各連桿首尾相接，末端開(kāi)放的一個(gè)開(kāi)式連桿 系（也可能存在部分閉鏈結(jié)構(gòu)），連桿末端一般無(wú)法加以支撐，因而操作機(jī)的 結(jié)構(gòu)剛度差。2）在組成操作機(jī)的開(kāi)式連桿系中，每根連桿都具有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器，因而屬于 主動(dòng)連桿系。不同連桿之間的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有依從關(guān)系，操作機(jī)的