工業(yè)機(jī)器人的基本參數(shù)和性能指標(biāo)

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流工業(yè)機(jī)器人的基本參數(shù)和性能指標(biāo).精品文檔.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、運動精度、運動特性、動態(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，要注意以下幾點：    1)通常工業(yè)機(jī)器人說明書中表示的工作空間指的是手腕上機(jī)械接口坐

2、標(biāo)系的原點在空間能達(dá)到的范圍，也即手腕端部法蘭的中心點在空間所能到達(dá)的范圍，而不是末端執(zhí)行器端點所能達(dá)到的范圍。因此，在設(shè)計和選用時，要注意安裝末端執(zhí)行器后，機(jī)器人實際所能達(dá)到的工作空間。    2)機(jī)器人說明書上提供的工作空間往往要小于運動學(xué)意義上的最大空間。這是因為在可達(dá)空間中，手臂位姿不同時有效負(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題，此時的位姿稱為奇異位形，而且在奇異位形周圍相當(dāng)大的范圍內(nèi)都會出現(xiàn)自由度進(jìn)化現(xiàn)象，這部分工作空間在機(jī)器人

3、工作時都不能被利用。    3)除了在工作守聞邊緣，實際應(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)到的完全封閉空間。而空洞是指在沿轉(zhuǎn)軸周圍全長上臂端都不能達(dá)到的空間。    (2)運動自由度是指機(jī)器人操作機(jī)在空間運動所需的變量數(shù)，用以表示機(jī)器人動作靈活程度的參數(shù)，一般是以沿軸線移動和繞軸線轉(zhuǎn)動的獨立運動的數(shù)目來表示。    自由物體在空間自六個自由度（三個轉(zhuǎn)動自由度和三個移

4、動自由度）。工業(yè)機(jī)器人往往是個開式連桿系，每個關(guān)節(jié)運動副只有一個自由度，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個自由度。當(dāng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)數(shù)（自由度）增加到對末端執(zhí)行器的定向和定位不再起作用時，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復(fù)雜。    工業(yè)機(jī)器人在運動方式上，總可以分為直線運動（簡記為P）和旋轉(zhuǎn)運動（簡記為R）兩種，應(yīng)用簡記符號P和R可以表示操作機(jī)運動自由度的特點，如RPRR表示機(jī)器人操作機(jī)具有四個自由度，從基座開始到臂端，關(guān)節(jié)運動的方式依次為旋

5、轉(zhuǎn)-直線-旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)。此外，工業(yè)機(jī)器人的運動自由度還有運動范圍的限制。    (3)有效負(fù)載(Payload)  有效負(fù)載是指機(jī)器人操作機(jī)在工作時臂端可能搬運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，允許的最大可搬運質(zhì)量是不同的，因此機(jī)器人的額定可搬運質(zhì)量是指其臂桿在工作空間中任意位姿時腕關(guān)節(jié)端部都能搬運的最大質(zhì)量。    (4)運動精度(Accurucy)  機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的精度主要涉及位姿

6、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各實到位置中心之間的偏差。重復(fù)位姿精度是指對同指令位姿從同一方向重復(fù)響應(yīng)n次后實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)精度是指對一給定軌跡在同方向跟隨n次后實到軌跡之間的不一致程度。    (5)運動特性（Sped）  速度和加速度是表明機(jī)器人運動特性的主要指標(biāo)。在機(jī)器人說明書中，通常提供了主要

7、運動自由度的最大穩(wěn)定速度，但在實際應(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。最大加速度則要受到驅(qū)動功率和系統(tǒng)過度的限制。    (6)動態(tài)特性結(jié)構(gòu)動態(tài)參數(shù)主要包括質(zhì)量、慣性矩、剛度、阻尼系數(shù)、同有頻率和振動模態(tài)。    設(shè)計時應(yīng)該盡量減小質(zhì)量和慣量。對于機(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)動態(tài)不穩(wěn)定；但對于某些作業(yè)（如裝配操作），適當(dāng)?shù)卦黾尤犴樞允怯欣模罾硐氲那闆r是希望機(jī)器人臂桿的剛度可調(diào)。增加系統(tǒng)的阻尼對于縮短振蕩的衰減時間、提高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性是有利

8、的。提高系統(tǒng)的固有頻率，避開工作頻率范圍，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。手部又稱為末端執(zhí)行器，是工業(yè)機(jī)器人對目標(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?？梢酝D(zhuǎn)。臂和腰的共同作用使得機(jī)器人的腕部可以做空間

9、運動?；钦麄€機(jī)器人的支撐部分，有固定式和移動式兩種。    控制系統(tǒng)實現(xiàn)塒操作機(jī)的控制，一般由控制計算機(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)動器之間的運動，后者控制各關(guān)節(jié)驅(qū)動器，使各個桿件按一定的速度、加速度和位置要求進(jìn)行運動。    驅(qū)動系統(tǒng)包括驅(qū)動器和傳動機(jī)構(gòu)，常和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)成一體，驅(qū)動臂桿 完成指定的運動。常用的驅(qū)動器有電動機(jī)、液壓和氣動裝置等，目前使用最多的是交流伺服電動機(jī)。傳動機(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

10、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（如各類傳感器）實現(xiàn)，后者則主要靠軟件（如專家系統(tǒng)）實現(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)計相比，工業(yè)機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上有很多獨特之處，主要可以歸納為以下幾點：    1)工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)可以簡化成各連桿首尾相接，末端開放的一個開式連桿系（也可能存在部分閉鏈結(jié)構(gòu)），連桿末端一般無法加以支撐，因而操作機(jī)的結(jié)構(gòu)剛度差。    2)在組成操作機(jī)的開式連桿系中，每根連桿都其有獨立的驅(qū)動器，因而屬于主動連桿系。不同連桿之間的運動沒有依從關(guān)系，操作機(jī)的運動更為靈話，但控制起來也更復(fù)雜