Ch第十七章關節(jié)式機器人系統(tǒng)設計

1、機械電子工程原理機械電子工程原理第十七章第十七章 關節(jié)式機器人設計關節(jié)式機器人設計217.1關節(jié)式機器人簡介關節(jié)式機器人簡介 n機器人是典型的機電一體化產(chǎn)品，一般由機械本機器人是典型的機電一體化產(chǎn)品，一般由機械本體，傳感器，控制器和功率驅動器組成。體，傳感器，控制器和功率驅動器組成。機械本體是機器人的執(zhí)行機構；機械本體是機器人的執(zhí)行機構；傳感器用于提供機器人本身或其所處環(huán)境的信息，從傳感器用于提供機器人本身或其所處環(huán)境的信息，從而對機械本體進行精確控制；而對機械本體進行精確控制；控制器用來產(chǎn)生指令信號，控制各關節(jié)運動坐標的驅控制器用來產(chǎn)生指令信號，控制各關節(jié)運動坐標的驅動器，使各臂桿端點按照要

2、求的軌跡、速度和加速度，動器，使各臂桿端點按照要求的軌跡、速度和加速度，以一定的姿態(tài)達到空間指定的位置；以一定的姿態(tài)達到空間指定的位置；功率驅動器是將控制器輸出的信號變換成大功率的信功率驅動器是將控制器輸出的信號變換成大功率的信號，以驅動執(zhí)行器工作。號，以驅動執(zhí)行器工作?，F(xiàn)代機器人系統(tǒng)還包括由許多精巧的傳感器以及各種現(xiàn)代機器人系統(tǒng)還包括由許多精巧的傳感器以及各種各樣的控制策略軟件。各樣的控制策略軟件。 3反映機器人特性的基本參數(shù)反映機器人特性的基本參數(shù) n反映機器人特性的基本參數(shù)主要有工作空間、自反映機器人特性的基本參數(shù)主要有工作空間、自由度、有效負載、運動精度、運動特性以及動態(tài)由度、有效負載

3、、運動精度、運動特性以及動態(tài)特性等。特性等。工作空間通常指末端執(zhí)行器中心點在空間所能達到的工作空間通常指末端執(zhí)行器中心點在空間所能達到的范圍。范圍。機器人的自由度數(shù)一般就等于它的關節(jié)數(shù)，工業(yè)機器機器人的自由度數(shù)一般就等于它的關節(jié)數(shù)，工業(yè)機器人大多具有人大多具有46個自由度。個自由度。機器人的運動自由度數(shù)越多，它的功能就越強，結構機器人的運動自由度數(shù)越多，它的功能就越強，結構也越復雜。對于關節(jié)式機器人，在工作空間的邊緣，也越復雜。對于關節(jié)式機器人，在工作空間的邊緣，可能存在自由度退化現(xiàn)象?？赡艽嬖谧杂啥韧嘶F(xiàn)象。4機器人的運動精度機器人的運動精度 n機器人的運動精度涉及位置精度機器人的運動精度涉

4、及位置精度h、重復位置精度、重復位置精度B和和系統(tǒng)分辨率。系統(tǒng)分辨率。位置精度位置精度h指機械本體的手臂端點實際到達的位置分布曲線指機械本體的手臂端點實際到達的位置分布曲線的中心和目標點之間坐標距離的大小。的中心和目標點之間坐標距離的大小。重復位置精度重復位置精度B是指手臂端點實際到達點分布曲線的寬度。是指手臂端點實際到達點分布曲線的寬度。系統(tǒng)分辨率是在機械系統(tǒng)設計時確定的。系統(tǒng)分辨率是在機械系統(tǒng)設計時確定的。 BhAA向(放大)517.2總體設計總體設計 n系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析 系統(tǒng)分析的主要目的是確定機器人系統(tǒng)的使用場合、系統(tǒng)分析的主要目的是確定機器人系統(tǒng)的使用場合、工作環(huán)境和工作要求。工作環(huán)

5、境和工作要求。本機器人系統(tǒng)主要作為教學研究用，其工作環(huán)境為教本機器人系統(tǒng)主要作為教學研究用，其工作環(huán)境為教學實驗室，要求它能夠進行連續(xù)軌跡控制，同時應具學實驗室，要求它能夠進行連續(xù)軌跡控制，同時應具有行程控制功能，在異常情況時能夠人工制動，保護有行程控制功能，在異常情況時能夠人工制動，保護電機、減速器以及手臂等。電機、減速器以及手臂等。6技術設計技術設計n機器人基本參數(shù)的確定機器人基本參數(shù)的確定 末端負載末端負載質量質量1kg允許轉矩允許轉矩腰關節(jié)（腰關節(jié)（S軸）軸）6Nm肩關節(jié)（肩關節(jié)（L軸）軸）6Nm肘關節(jié)（肘關節(jié)（U軸）軸）3Nm工作范圍工作范圍S軸軸-170+170L軸軸-45+150

6、U軸軸-170+170最大運動最大運動速度速度S軸（旋轉）軸（旋轉）210/sL軸（旋轉）軸（旋轉）170/sU軸（旋轉）軸（旋轉）225/s定位精度定位精度末端重復定位精度末端重復定位精度0.1mm7機器人運動形式的選擇機器人運動形式的選擇 n機器人的運動形式常見有五種：直角坐標型、圓柱坐機器人的運動形式常見有五種：直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標型、關節(jié)型和標型、球坐標型、關節(jié)型和SCARA型。型。n運動形式的選擇原則是，在滿足需要的情況下，使自運動形式的選擇原則是，在滿足需要的情況下，使自由度最少，結構最簡單。由度最少，結構最簡單。 (d)(e)(c)(b)(a)(a)直角坐標型(b)圓柱

7、坐標型 (c)球坐標型 (d)關節(jié)型 (e)SCARA型8機器人運動形式的選擇機器人運動形式的選擇n本章設計的機器人系統(tǒng)采用關節(jié)型三自由度的運動形本章設計的機器人系統(tǒng)采用關節(jié)型三自由度的運動形式。關節(jié)型結構形式的機器人動作靈活，工作空間大，式。關節(jié)型結構形式的機器人動作靈活，工作空間大，在作業(yè)空間內手臂的干涉最小，結構緊湊，占地面積在作業(yè)空間內手臂的干涉最小，結構緊湊，占地面積小，關節(jié)上相對部位容易密封防塵。小，關節(jié)上相對部位容易密封防塵。 n兩臺同型號的伺服電機對兩臺同型號的伺服電機對稱布置在腰座上，一臺驅動稱布置在腰座上，一臺驅動L臂，一臺驅動臂，一臺驅動L臂上的同步臂上的同步齒輪，經(jīng)同步

8、帶傳動齒輪，經(jīng)同步帶傳動U臂，臂，系統(tǒng)容易獲得靜態(tài)平衡，慣系統(tǒng)容易獲得靜態(tài)平衡，慣量減小，穩(wěn)定性得到提高。量減小，穩(wěn)定性得到提高。9確定控制系統(tǒng)總體方案確定控制系統(tǒng)總體方案 n本機器人系統(tǒng)的控本機器人系統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用制系統(tǒng)采用PC+DSP運動卡的控制模式，運動卡的控制模式，利用了以利用了以DSP為核心為核心的多軸運動控制技的多軸運動控制技術，實現(xiàn)對多軸伺術，實現(xiàn)對多軸伺服作業(yè)系統(tǒng)的直接服作業(yè)系統(tǒng)的直接控制，構成了新一控制，構成了新一代的開放式機器人代的開放式機器人通用控制系統(tǒng)。通用控制系統(tǒng)。10確定控制系統(tǒng)總體方案確定控制系統(tǒng)總體方案nPMAC（Programmable Multi-Axis

9、 Controller）是美國是美國DELTA TAU公司九十年代推出的基于公司九十年代推出的基于DSP的開放式可編程多軸運動控制器，提供多軸插補的開放式可編程多軸運動控制器，提供多軸插補計算、運動控制、用戶輔助計算、運動控制、用戶輔助PLC編程以及數(shù)據(jù)采編程以及數(shù)據(jù)采集處理等功能。集處理等功能。 n設計的基于設計的基于PC+PMAC運動卡的開放式三關節(jié)機運動卡的開放式三關節(jié)機械手控制器采用標準工業(yè)械手控制器采用標準工業(yè)PC機作為硬件平臺，處機作為硬件平臺，處理機械手控制中的非實時任務；實時任務由理機械手控制中的非實時任務；實時任務由PMAC運動控制卡處理。運動控制卡可控制伺服運動控制卡處理。

10、運動控制卡可控制伺服電機驅動機械手的各個關節(jié)，使機械手末端按預電機驅動機械手的各個關節(jié)，使機械手末端按預定的軌跡運動。定的軌跡運動。 11機械結構設計機械結構設計 n機械結構設計的目的是確定驅動方式，選擇運動機械結構設計的目的是確定驅動方式，選擇運動部件和設計具體結構，繪制機器人總裝圖及主要部件和設計具體結構，繪制機器人總裝圖及主要部件零件圖。部件零件圖。n各關節(jié)上采用的電機及驅動器型號如下表所示各關節(jié)上采用的電機及驅動器型號如下表所示 伺服驅伺服驅動系動系統(tǒng)統(tǒng)關節(jié)部位關節(jié)部位電機電機驅動器驅動器腰關節(jié)腰關節(jié)MSMA022C1HMSDA023D1A肩關節(jié)、肘肩關節(jié)、肘關節(jié)關節(jié)MSMA5AZC1

11、HMSDA5A3D1A諧波減諧波減速器速器腰關節(jié)腰關節(jié)XB3-80-100I肩關節(jié)、肘肩關節(jié)、肘關節(jié)關節(jié)XB3-50-100I12機器人系統(tǒng)本體裝配圖機器人系統(tǒng)本體裝配圖 n與傳統(tǒng)的機械機與傳統(tǒng)的機械機構相比，機器人構相比，機器人的本體集支撐、的本體集支撐、連接和執(zhí)行三大連接和執(zhí)行三大功能于一身，它功能于一身，它是機器人設計的是機器人設計的重要部分。重要部分。 1-基座基座 2-電機電機 3-減速器減速器 4-軸承軸承 5-腰關節(jié)腰關節(jié) 6-腰部腰部 7-肩關節(jié)肩關節(jié) 8-電機電機 9-法蘭法蘭 10-同步帶同步帶 11-臂板臂板 12-小臂主體小臂主體 13-小臂擴展體小臂擴展體13仿真分析

12、仿真分析 n仿真分析的目的是：仿真分析的目的是：（1）運動學計算。分析是否能夠達到要求的速度、加）運動學計算。分析是否能夠達到要求的速度、加速度和位置；速度和位置；（2）動力學計算。計算關節(jié)驅動力的大小，分析驅動）動力學計算。計算關節(jié)驅動力的大小，分析驅動裝置是否滿足要求；裝置是否滿足要求；（3）運動的動態(tài)仿真。將每一位姿用三維圖形連續(xù)顯）運動的動態(tài)仿真。將每一位姿用三維圖形連續(xù)顯示出來，實現(xiàn)機器人的運動仿真；示出來，實現(xiàn)機器人的運動仿真；（4）性能分析。建立機器人數(shù)學模型，對機器人動態(tài)）性能分析。建立機器人數(shù)學模型，對機器人動態(tài)性能進行仿真計算；性能進行仿真計算；（5）方案和參數(shù)修改。運用仿

13、真分析的結果對所設計）方案和參數(shù)修改。運用仿真分析的結果對所設計的方案、結構、尺寸和參數(shù)進行修改，加以完善。的方案、結構、尺寸和參數(shù)進行修改，加以完善。14仿真分析仿真分析n機器人的本體可以看作由幾個獨立運動桿件以旋機器人的本體可以看作由幾個獨立運動桿件以旋轉或位移的關節(jié)組成的機構，每一個關節(jié)上安裝轉或位移的關節(jié)組成的機構，每一個關節(jié)上安裝有傳感器檢測各個關節(jié)的位移有傳感器檢測各個關節(jié)的位移qi(t)。機器人的運。機器人的運動學分析涉及到兩個問題：動學分析涉及到兩個問題：(1) 對一給定的機器人，已知桿件的幾何參數(shù)和關節(jié)位對一給定的機器人，已知桿件的幾何參數(shù)和關節(jié)位移矢量移矢量Q(t)=q1(

14、t), q2(t), , qn(t)(n為自由度數(shù)為自由度數(shù))，求機，求機器人操作器相對于參考坐標系的位置和姿態(tài)（器人操作器相對于參考坐標系的位置和姿態(tài)（運動學運動學正問題正問題）；）；(2) 已知機器人的桿件幾何參數(shù)，給定機器人的末端操已知機器人的桿件幾何參數(shù)，給定機器人的末端操作器相對于參考坐標系的期望位姿，求解其對應的關作器相對于參考坐標系的期望位姿，求解其對應的關節(jié)位移矢量（節(jié)位移矢量（運動學逆問題運動學逆問題）。）。15位姿矩陣與逆陣位姿矩陣與逆陣 n機器人是通過控制關節(jié)位移矢量，來實現(xiàn)和操作機器人是通過控制關節(jié)位移矢量，來實現(xiàn)和操作本體完成要求的作業(yè)的。而作業(yè)通常在參考坐標本體完成

15、要求的作業(yè)的。而作業(yè)通常在參考坐標系中說明，因此要頻繁地求解運動學逆問題。在系中說明，因此要頻繁地求解運動學逆問題。在大量的機器人問題中，涉及到用不同的參考坐標大量的機器人問題中，涉及到用不同的參考坐標系表示同一位姿的問題。系表示同一位姿的問題。 n剛體的位置、姿態(tài)可用其上的任一基準點（通常剛體的位置、姿態(tài)可用其上的任一基準點（通常為物體的質心）和過該點的坐標系相對于參考坐為物體的質心）和過該點的坐標系相對于參考坐標系的相對關系來確定。引進齊次坐標標系的相對關系來確定。引進齊次坐標(X,Y,Z,1)T，可用四階方陣表示兩坐標系間的關系，即可用四階方陣表示兩坐標系間的關系，即位姿矩位姿矩陣與逆陣

16、陣與逆陣 。16兩剛體間的坐標變換兩剛體間的坐標變換 n設有一剛體設有一剛體A，選其上的，選其上的P為基準點，為基準點，P在剛體在剛體A上上的直角坐標系的直角坐標系Oi Xi Yi Zi中的齊次坐標為中的齊次坐標為(Xi1 Xi2 Xi3 Xi4)T，P在另一剛體在另一剛體B上直角坐標系上直角坐標系Oj Xj Yj Zj中的中的齊次坐標為齊次坐標為(Xj1 Xj2 Xj3 Xj4)T。 AXjYjZjXiYiPBOjOiZi17兩剛體間的坐標變換兩剛體間的坐標變換n坐標系坐標系j可以看作坐標系可以看作坐標系i的原點的原點Oi沿沿Zi移動移動di到達到達Oi，然后繞軸轉然后繞軸轉角，再沿角，再沿

17、Xj軸移動距離軸移動距離aj到達原點到達原點Oj，再，再繞繞Xj軸轉軸轉角。角。n利用空間坐標系的變換關系，可以得到兩坐標系間的利用空間坐標系的變換關系，可以得到兩坐標系間的變換矩陣為：變換矩陣為： cossin cossin coscossincos coscos sinsin0sincos00010001jijijjijiaooadqqaqaqqqaqaqaa輊-犏輊 輊犏-犏犏 臌犏=犏犏犏犏臌犏臌RTcossin0sin coscos cossincossin coscos sincoscos00010001jjijiijiiao oddqqqaqaaaqaqaaa輊-犏輊 輊犏-犏犏

18、 臌犏=犏犏-犏犏臌犏臌RT18n齊次坐標矩陣可以分解為一個平移和一個旋轉矩齊次坐標矩陣可以分解為一個平移和一個旋轉矩陣之積，即陣之積，即 式中，式中，Trans(px ,py, pz)為平移齊次坐標變換矩陣，平移為平移齊次坐標變換矩陣，平移矢量為矢量為px, py, pzT；Rot(k,)為旋轉齊次坐標變換矩陣；為旋轉齊次坐標變換矩陣；k為表示旋轉軸線方向的單位矢量；為表示旋轉軸線方向的單位矢量；為轉角。為轉角。 兩剛體間的坐標變換兩剛體間的坐標變換3 300Trans(,)Rot( , )0010001xxxxyyyyijxyzzzzzpnoapnoapppkpnoaq輊輊犏犏犏犏犏犏=犏

19、犏犏犏犏犏臌臌IT19兩剛體間的坐標變換兩剛體間的坐標變換n平移變換用于兩個矢量的相加。繞齊次坐標軸的平移變換用于兩個矢量的相加。繞齊次坐標軸的旋轉變換如下：旋轉變換如下：10000cossin0Rot( , )0sincos00001xqqqqq輊犏犏-犏=犏犏犏臌cos0sin00100Rot( , )sin0cos00001yqqqqq輊犏犏犏=犏-犏犏臌cossin00sincos00Rot( , )00100001zqqqqq輊-犏犏犏=犏犏犏臌20多剛體間的位姿關系及矩陣方程多剛體間的位姿關系及矩陣方程 n由于機器人是由多個剛體（連桿）組成的，在進行機由于機器人是由多個剛體（連桿）

20、組成的，在進行機器人運動分析時，常要用到合成齊次變換。齊次變換器人運動分析時，常要用到合成齊次變換。齊次變換矩陣可以表示一連串旋轉和平移的最終結果。矩陣可以表示一連串旋轉和平移的最終結果。n合成齊次變換矩陣相乘的法則如下：合成齊次變換矩陣相乘的法則如下：(1) 兩坐標系最初相重合，因此齊次變換矩陣是兩坐標系最初相重合，因此齊次變換矩陣是44的單位的單位矩陣矩陣I44;(2) 若動坐標系若動坐標系B繞（沿）固定的基礎參考系繞（沿）固定的基礎參考系A的軸轉動的軸轉動（平移），則用相應的基本齊次旋轉（平移）矩陣左乘原有（平移），則用相應的基本齊次旋轉（平移）矩陣左乘原有的齊次變換矩陣；的齊次變換矩陣

21、；(3) 若動坐標系若動坐標系B繞（沿）它自己的移動軸轉動（平移），繞（沿）它自己的移動軸轉動（平移），則用相應的基本齊次旋轉（平移）矩陣右乘原有的齊次變換則用相應的基本齊次旋轉（平移）矩陣右乘原有的齊次變換矩陣。矩陣。n上述規(guī)律可簡單地記作上述規(guī)律可簡單地記作“左基右移左基右移”。 21n例如，已知例如，已知B坐標系是與固定的參考系坐標系是與固定的參考系A重合重合的坐標系，需要經(jīng)過以下處理的坐標系，需要經(jīng)過以下處理 (1) 繞參考系繞參考系A的的YA軸轉過軸轉過角；角；(2) 再繞動坐標系的當前再繞動坐標系的當前ZB轉過轉過角；角；(3) 再繞參考系再繞參考系A的的ZA軸轉過軸轉過角；角；(

22、4) 最后繞動坐標系的當前最后繞動坐標系的當前XA軸轉過軸轉過角。角。n相應的合成齊次變換矩陣為相應的合成齊次變換矩陣為多剛體間的位姿關系及矩陣方程多剛體間的位姿關系及矩陣方程 (3) (1) (2) (4) 4 4 (, ) (, ) ( , ) (, )ABAABATT R ZT R YIT R ZT R Xbfqa=販販22機器人的位姿方程機器人的位姿方程n上面的變換矩陣是由上面的變換矩陣是由J.Denavit 和和R.S.Harterberg在在1955年年提出的齊次坐標變換矩陣方法，也稱作提出的齊次坐標變換矩陣方法，也稱作D-H矩陣法，它可矩陣法，它可以同時表示剛體的位置、姿態(tài)，在機

23、器人運動學和動力學以同時表示剛體的位置、姿態(tài)，在機器人運動學和動力學分析得到了廣泛的應用。分析得到了廣泛的應用。 關節(jié)軸(i)關節(jié)軸（i1）平行于關節(jié)軸i的直線連桿(i)長度(i)扭度(i)YiZiXiOiZi+1Oi+1Yi+1Xi+123機器人的位姿方程機器人的位姿方程 n采用采用D-H方法，對上頁圖示的用回轉副連接的兩桿件，方法，對上頁圖示的用回轉副連接的兩桿件，連桿附體坐標系的選擇及參數(shù)的規(guī)定如下：連桿附體坐標系的選擇及參數(shù)的規(guī)定如下：(1) Zi坐標軸是沿著坐標軸是沿著i+1關節(jié)的運動軸。關節(jié)的運動軸。(2) Xi軸是沿著軸是沿著Zi和和Zi-1的公法線，指向離開的公法線，指向離開Z

24、i-1軸的方向；軸的方向；(3) Yi軸的方向是按使軸的方向是按使Xi Yi Zi構成右手直角坐標系來建立；構成右手直角坐標系來建立；(4) 兩公法線兩公法線ai-1和和ai之間的距離稱為連桿距離之間的距離稱為連桿距離di；(5) 公法線長度公法線長度ai是是Zi-1和和Zi兩軸間的最小距離，兩軸間的最小距離，ai被定義為被定義為連桿的長度；連桿的長度；(6) Xi-1軸與軸與Xi軸間的夾角為軸間的夾角為i，以繞，以繞Zi-1軸右旋為正，軸右旋為正，i為二為二連桿夾角。連桿夾角。(7) Zi-1軸與軸與Zi軸間的夾角為軸間的夾角為i，以繞，以繞Xi軸右旋為正，軸右旋為正，i為連為連桿桿i的扭歪

25、角。的扭歪角。24機器人的位姿方程機器人的位姿方程n按照按照D-H法對每一連桿建立了坐標系后，便可建立相鄰兩連法對每一連桿建立了坐標系后，便可建立相鄰兩連桿間的相對位姿矩陣桿間的相對位姿矩陣 ，它是相鄰坐標系，它是相鄰坐標系i-1和和i之間的位姿之間的位姿矩陣，稱為相鄰坐標系矩陣，稱為相鄰坐標系i-1和和i的的D-H變換矩陣，表示為變換矩陣，表示為n這個矩陣稱為這個矩陣稱為Ai矩陣。它的逆矩陣為矩陣。它的逆矩陣為 A1ii-111 (, ) (,) ( ,) ( ,)iiiiiiiiiT R zT trans zdT trans x aT R xiqa-=Acoscossinsinsincos

26、sincoscossincossin0sincos0001iiiiiiiiiiiiiiiiiaadqaqaqqqaqaqqaa輊-犏犏-犏=犏犏犏臌11cossin0cossincoscossinsinsinsinsincoscoscos0001iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiaddqqaqaqaaaqaqaa-輊-犏犏-犏=犏-犏犏臌AA25機器人的位姿方程機器人的位姿方程 n第第i坐標系相對與機座坐標系的位姿齊次矩陣坐標系相對與機座坐標系的位姿齊次矩陣 是是各坐標系變換矩陣各坐標系變換矩陣Ai的連乘積，即的連乘積，即 =A1(q1)A2(q2)A3(q3)Ai(qi)式中，式中，q

27、i為關節(jié)變量。為關節(jié)變量。對轉動關節(jié)，對轉動關節(jié)，qi= i。當。當i=6時，時， 便是六自由度機器便是六自由度機器人的端部相對于機座坐標系的位置和姿態(tài)。人的端部相對于機座坐標系的位置和姿態(tài)。n上式稱為機器人的位姿方程。上式稱為機器人的位姿方程。T0i06T0iT26機器人的位姿方程機器人的位姿方程 n對于三關節(jié)式機械手，設置的機械手本體坐標系對于三關節(jié)式機械手，設置的機械手本體坐標系如圖示。如圖示。27機器人的位姿方程機器人的位姿方程n采用采用D-H方法建立系統(tǒng)的位姿矩陣方法建立系統(tǒng)的位姿矩陣 ，具體表示，具體表示為：為：式中，式中，si=sini，ci=cosi，i=1,2,3。T031

28、2 31 2 311 2 31 2 31 2 31 2 31 21231 2 311 2 31 231 2 31 2 31 2032 32 3232 32 3232260()260()0260()3000001s s ss c ccs s cs c ss s cs c ss sc s sc c csc s cc c csc s cc c sc sc ss cc cs sc cs sc輊-+-+犏犏-+-+犏=犏-+犏犏臌T28機器人的工作空間機器人的工作空間 n機器人的工作空間可用幾何計算法得到。機器人的工作空間可用幾何計算法得到。（1）以）以3為參量，為參量，2為變量，得到以為變量，得到以(

29、0, 300)為圓心，為圓心，半徑為半徑為 的圓族。的圓族。 （2）以）以2為參量，為參量，3為變量，得到以為變量，得到以(260sin2, 300+cos2)為圓心，半徑為為圓心，半徑為260的圓族。的圓族。 3520cos2ZYZOOXTT33322322310260sinsin()260coscos()3001oooxyzqqqqqq=+2917.3 機器人本體系統(tǒng)設計機器人本體系統(tǒng)設計 n本體設計包括確定機器人驅動方式、關節(jié)驅動方本體設計包括確定機器人驅動方式、關節(jié)驅動方式、材料選擇、平衡系統(tǒng)設計以及零部件設計。式、材料選擇、平衡系統(tǒng)設計以及零部件設計。機器人驅動方式有電動、液壓和氣動

30、三種。電動驅動機器人驅動方式有電動、液壓和氣動三種。電動驅動系統(tǒng)適合于中等負載、動作復雜以及運動軌跡嚴格的系統(tǒng)適合于中等負載、動作復雜以及運動軌跡嚴格的場合。場合。關節(jié)驅動方式有直接驅動和間接驅動兩種。關節(jié)直接關節(jié)驅動方式有直接驅動和間接驅動兩種。關節(jié)直接驅動機器人（驅動機器人（DDR）將電機直接做在關節(jié)上。目前大）將電機直接做在關節(jié)上。目前大部分機器人的關節(jié)是間接驅動，即電機通過減速裝置部分機器人的關節(jié)是間接驅動，即電機通過減速裝置與關節(jié)軸相連。與關節(jié)軸相連。在選擇機器人的制造材料時要綜合考慮材料的強度、在選擇機器人的制造材料時要綜合考慮材料的強度、剛度、比重、彈性、抗振性、可加工性、外觀及

31、價格剛度、比重、彈性、抗振性、可加工性、外觀及價格等。常用的材料有碳素結構鋼、合金結構鋼、鋁、鋁等。常用的材料有碳素結構鋼、合金結構鋼、鋁、鋁合金及其它輕合金，纖維增強合金等等。本系統(tǒng)采用合金及其它輕合金，纖維增強合金等等。本系統(tǒng)采用鋁合金材料鑄造殼體。鋁合金材料鑄造殼體。30機器人本體系統(tǒng)設計機器人本體系統(tǒng)設計n在機器人的設計中，在機器人的設計中，可選擇通用的標準可選擇通用的標準零部件，如伺服電零部件，如伺服電機、減速器、傳感機、減速器、傳感器和手爪等。對一器和手爪等。對一些專用部件則需要些專用部件則需要自行設計，如底座、自行設計，如底座、手臂和交叉滾子軸手臂和交叉滾子軸承等。承等。 3117.4 機器人控制系統(tǒng)設計機器人控制系統(tǒng)設計 n本系統(tǒng)采用分散控制方式，由一臺工業(yè)控制計算機，進行本系統(tǒng)采用分散控制方式，由一臺工業(yè)控制計算機，進行大間隔的插補指令值的計算，在各個關節(jié)軸上用大間隔的插補指令值的計算，在各個關節(jié)軸上用PMAC多多軸運動控制卡進行小間隔的插補運算和伺服系統(tǒng)的處理。軸運動控制卡進行小間隔的插補運算和伺服系統(tǒng)的處理。系統(tǒng)由鼠標和鍵盤擔任輸入、輸出控制等功能，如圖所示系統(tǒng)由鼠