機(jī)器人應(yīng)用-基礎(chǔ)知識(shí)3

1、機(jī)器人應(yīng)用機(jī)器人應(yīng)用-基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)32.3 機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)2.3.1 機(jī)器人的參數(shù)機(jī)器人的參數(shù)2.3.2 機(jī)器人的舉例機(jī)器人的舉例機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)一、機(jī)器人的參數(shù)一、機(jī)器人的參數(shù)二、機(jī)器人的舉例二、機(jī)器人的舉例Compiled by: Dong Chunli自由度自由度工作空間工作空間工作速度工作速度工作載荷工作載荷控制方式控制方式驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)方式重復(fù)精度重復(fù)精度 8精度、重復(fù)精度和分辨率精度、重復(fù)精度和分辨率2.3.1 機(jī)器人的參機(jī)器人的參數(shù)數(shù)Compiled by: Dong Chunli1自由度 自由

2、度是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。 2工作空間 機(jī)器人的工作空間是指機(jī)器人手臂或手部安裝點(diǎn)所能達(dá)到的所有空間區(qū)域，不包括手部本身所能達(dá)到的區(qū)域。 3工作速度 機(jī)器人在工作載荷條件下、勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械接口中心或工具中心點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)所移動(dòng)的距離或轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。2.3.1 機(jī)器人的參機(jī)器人的參數(shù)數(shù)Compiled by: Dong Chunli4工作載荷機(jī)器人在規(guī)定的性能范圍內(nèi)，機(jī)械接口處能承受的最大負(fù)載量（包括手部）。用質(zhì)量、力矩、慣性矩來(lái)表示。 5控制方式機(jī)器人用于控制軸的方式，是伺服還是非伺服，伺服控制方式是實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡還是點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。6驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)方式指關(guān)節(jié)執(zhí)行器的動(dòng)力源形式。7精

3、度、重復(fù)精度和分辨率精度、重復(fù)精度和分辨率用來(lái)定義機(jī)器人手部的定位能力。2.3.1 機(jī)器人的參機(jī)器人的參數(shù)數(shù)Compiled by: Dong Chunli自由度自由度自由度是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。機(jī)器人的自由度表示機(jī)器人動(dòng)作靈活的尺度，一般以軸的直線移動(dòng)、擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的數(shù)目來(lái)表示，手部的動(dòng)作不包括在內(nèi)。機(jī)器人的自由度越多，就越能接近人手的動(dòng)作機(jī)能，通用性就越好；但是自由度越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對(duì)機(jī)器人的整體要求就越高，這是機(jī)器人設(shè)計(jì)中的一個(gè)矛盾。工業(yè)機(jī)器人一般多為個(gè)自由度，個(gè)以上的自由度是冗余自由度，是用來(lái)避障礙物的。Compiled by: Dong Chunli自由度自由度機(jī)器

4、人臂部位置在xO1y面內(nèi)有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)升降(L1)、伸縮(L2)、和轉(zhuǎn)動(dòng)(1)，腕部在xO1y面內(nèi)有一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)(2)。機(jī)器人手部位置需要一個(gè)獨(dú)立變量手部繞自身軸線O3C的旋轉(zhuǎn)3。Compiled by: Dong Chunli工作空間工作空間機(jī)器人的工作空間是指機(jī)器人手臂或手部安裝點(diǎn)所能達(dá)到的所有空間區(qū)域，不包括手部本身所能達(dá)到的區(qū)域。機(jī)器人所具有的自由度數(shù)目及其組合不同，則其運(yùn)動(dòng)圖形不同；而自由度的變化量(即直線運(yùn)動(dòng)的距離和回轉(zhuǎn)角度的大小)則決定著運(yùn)動(dòng)圖形的大小。Compiled by: Dong Chunli工作速度工作速度工作速度是指機(jī)器人在工作載荷條件下、勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械接

5、口中心或工具中心點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)所移動(dòng)的距離或轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。確定機(jī)器人手臂的最大行程后，根據(jù)循環(huán)時(shí)間安排每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，并確定各動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行或順序進(jìn)行，就可確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度。分配動(dòng)作時(shí)間除考慮工藝動(dòng)作要求外，還要考慮慣性和行程大小、驅(qū)動(dòng)和控制方式、定位和精度要求。為了提高生產(chǎn)效率，要求縮短整個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)時(shí)間。運(yùn)動(dòng)循環(huán)包括加速度起動(dòng)，等速運(yùn)行和減速制動(dòng)三個(gè)過(guò)程。過(guò)大的加減速度會(huì)導(dǎo)致慣性力加大，影響動(dòng)作的平穩(wěn)和精度。為了保證定位精度，加減速過(guò)程往往占去較長(zhǎng)時(shí)間。Compiled by: Dong Chunli工作載荷工作載荷機(jī)器人在規(guī)定的性能范圍內(nèi)，機(jī)械接口處能承受的最大負(fù)載量(包括手部)。用質(zhì)量、

6、力矩、慣性矩來(lái)表示。負(fù)載大小主要考慮機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)軸上的受力和力矩，包括手部的重量、抓取工件的重量，以及由運(yùn)動(dòng)速度變化而產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩。一般低速運(yùn)行時(shí)，承載能力大，為安全考慮，規(guī)定在高速運(yùn)行時(shí)所能抓取的工件重量作為承載能力指標(biāo)。工業(yè)機(jī)器人承載能力范圍較大，目前最大可達(dá)1000KgCompiled by: Dong Chunli分辨率分辨率p機(jī)器人的分辨率由系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)參數(shù)決定，并受到位置反饋檢測(cè)單元性能的影響。p分辨率是指機(jī)器人每根軸能夠?qū)崿F(xiàn)的最小移動(dòng)距離或最小轉(zhuǎn)動(dòng)角度。p精度和分辨率不一定相關(guān)。p一臺(tái)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)精度是指命令設(shè)定的運(yùn)動(dòng)位置與該設(shè)備執(zhí)行此命令后能夠達(dá)到的運(yùn)動(dòng)位置之間的差距，

7、p分辨率則反映了實(shí)際需要的運(yùn)動(dòng)位置和命令所能夠設(shè)定的位置之間的差距。p分辨率分為編程分辨率與控制分辨率，統(tǒng)稱為系統(tǒng)分辨率。p編程分辨率是指程序中可以設(shè)定的最小距離單位，又稱基準(zhǔn)分辨率。Compiled by: Dong Chunli6精度精度p精度是一個(gè)位置量相對(duì)于其參照系的絕對(duì)度量，指機(jī)器人手部實(shí)際到達(dá)位置與所需要到達(dá)的理想位置之間的差距。p機(jī)器人的精度主要依存于機(jī)械誤差、控制算法誤差與分辨率系統(tǒng)誤差。p機(jī)械誤差主要產(chǎn)生于傳動(dòng)誤差、關(guān)節(jié)間隙與連桿機(jī)構(gòu)的撓性。p傳動(dòng)誤差是由輪齒誤差、螺距誤差等所引起的；p關(guān)節(jié)間隙是由關(guān)節(jié)處的軸承間隙、諧波齒隙等引起的；p連桿機(jī)構(gòu)的撓性隨機(jī)器人位形、負(fù)載的變化而

8、變化。p分辨率系統(tǒng)誤差可取1/2基準(zhǔn)分辨率。其理由是基準(zhǔn)分辨率以下的變位既無(wú)法編程又無(wú)法檢測(cè)，故誤差的平均值可取1/2基準(zhǔn)分辨率。p機(jī)器人的精度可認(rèn)為是1/2基準(zhǔn)分辨率與機(jī)構(gòu)誤差之和，即：機(jī)器人的精度=1/2基準(zhǔn)分辨率 + 機(jī)構(gòu)誤差Compiled by: Dong Chunli7重復(fù)精度重復(fù)精度p 重復(fù)精度指在相同的運(yùn)動(dòng)位置命令下，機(jī)器人連續(xù)若干次運(yùn)動(dòng)軌跡之間的誤差度量。p 如果機(jī)器人重復(fù)執(zhí)行某位置給定指令，它每次走過(guò)的距離并不相同，而是在一平均值附近變化，該平均值代表精度，而變化的幅度代表重復(fù)精度。p 所以，重復(fù)定位精度是關(guān)于精度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。Compiled by: Dong Chunli

9、8精度、重復(fù)精度和分辨率精度、重復(fù)精度和分辨率精度：精度：一個(gè)位置相對(duì)于其參照系的絕對(duì)度量，指機(jī)器人手部實(shí)際到達(dá)位置與所需要到達(dá)的理想位置之間的差距。重復(fù)精度：重復(fù)精度：在相同的運(yùn)動(dòng)位置命令下，機(jī)器人連續(xù)若干次運(yùn)動(dòng)軌跡之間的誤差度量。如果機(jī)器人重復(fù)執(zhí)行某位置給定指令，它每次走過(guò)的距離并不相同，而是在一平均值附近變化，該平均值代表精度，而變化的幅度代表重復(fù)精度。分辨率：分辨率：指機(jī)器人每根軸能夠?qū)崿F(xiàn)的最小移動(dòng)距離或最小轉(zhuǎn)動(dòng)角度。精度和分辨率不一定相關(guān)。一臺(tái)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)精度是指命令設(shè)定的運(yùn)動(dòng)位置與該設(shè)備執(zhí)行此命令后能夠達(dá)到的運(yùn)動(dòng)位置之間的差距，分辨率則反映了實(shí)際需要的運(yùn)動(dòng)位置和命令所能夠設(shè)定的位置之

10、間的差距。Compiled by: Dong Chunli8精度、重復(fù)精度和分辨率精度、重復(fù)精度和分辨率圖2-4給出了分辨率精度和重復(fù)精度的關(guān)系。工業(yè)機(jī)器人的精度、重復(fù)精度和分辨率要求是根據(jù)其使用要求確定的。機(jī)器人本身所能達(dá)到的精度取決于機(jī)器人結(jié)構(gòu)的剛度、運(yùn)動(dòng)速度控制和驅(qū)動(dòng)方式、定位和緩沖等因素。由于機(jī)器人有轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，不同回轉(zhuǎn)半徑時(shí)其直線分辨率是變化的，因此造成了機(jī)器人的精度難以確定。由于精度一般難測(cè)定，通常工業(yè)機(jī)器人只給出重復(fù)精度。Compiled by: Dong Chunli8精度、重復(fù)精度和分辨率精度、重復(fù)精度和分辨率表2-3為不同作業(yè)機(jī)器人要求的重復(fù)精度。Compiled by: D

11、ong Chunli1. 美國(guó)DENSO公司的XYC4-G系列直角坐標(biāo)機(jī)器人。2. 美國(guó) Unimation公司的VERSATRAN系列圓柱坐標(biāo)機(jī)器人3. L-1000型CO2激光切割機(jī)器人是典型的極坐標(biāo)型機(jī)器人4. 日本安川公司生產(chǎn)的MOTOMAN UP6型通用工業(yè)機(jī)器人典型的多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人5. 深圳市眾為興數(shù)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的ADT-6004G 300-5機(jī)器人是典型的平面多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人。2.3.2 實(shí)用機(jī)器人舉例分析實(shí)用機(jī)器人舉例分析直角坐標(biāo)機(jī)器人o美國(guó)DENSO公司的XYC4-G系列直角坐標(biāo)機(jī)器人。o適用于小型工作空間的緊湊尺寸。o寬泛的變化：左臂類型、右臂

12、類型。48種行程。o利用高強(qiáng)度滑動(dòng)單元可獲得最大負(fù)載：10kg的物體。o用于大功率或精細(xì)任務(wù)的兩種驅(qū)動(dòng)功率模式o標(biāo)準(zhǔn)配置：6套空氣管線系統(tǒng)，10個(gè)信號(hào)閥和電磁閥。Compiled by: Dong Chunli直角坐標(biāo)機(jī)器人Compiled by: Dong Chunli直角坐標(biāo)機(jī)器人Compiled by: Dong ChunliCompiled by: Dong Chunlip 美國(guó) Unimation公司的VERSATRAN系列圓柱坐標(biāo)機(jī)器人，見(jiàn)圖2-19所示。p 為一臺(tái)持重30kg，供搬運(yùn)、檢測(cè)、裝配用的圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人圓柱坐標(biāo)機(jī)器人Compiled by: Dong Chunli

13、p自由度：共有三個(gè)基本關(guān)節(jié)1,2,3和兩個(gè)選用關(guān)節(jié)4,5；p工作范圍：見(jiàn)圖b所示；p關(guān)節(jié)移動(dòng)范圍及速度：p A1 3000 2.10r/s p A2 500mm 600mm/sp A3 500mm 1200mm/s p A4 3600 2.10r/sp A5 1900 1.05r/sp重復(fù)定位誤差：+/-0.05mmp控制方式：五軸同時(shí)可控，點(diǎn)位控制；p持重（最大伸長(zhǎng)、最高速度下）：30kgp驅(qū)動(dòng)方式：三個(gè)基本關(guān)節(jié)由交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并采用增量式角位移檢測(cè)裝置。圓柱坐標(biāo)機(jī)器人極坐標(biāo)機(jī)器人o 激光切割機(jī)器人有CO2氣體激光和YAG固體激光切割機(jī)器人。o 通常激光切割機(jī)器人既可進(jìn)行切割又能用于焊

14、接。Compiled by: Dong Chunli項(xiàng)目技術(shù)參數(shù)動(dòng)作形態(tài)極坐標(biāo)式控制軸數(shù)5軸（、W、R、）設(shè)置狀態(tài)固定在地面或懸掛在門架上工作范圍軸（）200W軸（）60R軸（mm）1200軸（）360軸（）280最大動(dòng)作速度軸（/s）90W軸（/s）70R軸（mm/s）90軸（/s）360軸（/s）360手臂前段可攜帶質(zhì)量（kg）5驅(qū)動(dòng)方式交流伺服電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)控制方式數(shù)字伺服控制位置重復(fù)精度（mm）0.5激光反射鏡數(shù)量4激光進(jìn)入口直徑（mm）62輔助氣體管路系統(tǒng)2套光路清潔用空氣管路系統(tǒng)1套激光反射鏡冷卻水系統(tǒng)進(jìn)、出水各1套機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的質(zhì)量（kg）580Compiled by: Dong

15、Chunli多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人o 日本安川公司生產(chǎn)的MOTOMAN UP6型通用工業(yè)機(jī)器人Compiled by: Dong Chunli基本參數(shù)機(jī)械結(jié)構(gòu)垂直多關(guān)節(jié)型自由度數(shù)6載荷質(zhì)量6kg重復(fù)定位精度0.08mm本體質(zhì)量130kg安裝方式地面安裝電源容量1.5kVA最大動(dòng)作范圍S軸（回旋）170L軸（下臂傾動(dòng)）+155、90U軸（上臂傾動(dòng)）+190、170R軸（手臂橫擺）180B軸（手腕俯仰）+225、45T軸（手腕回旋）360最大速度S軸2.44rad/s（140/s）L軸2.79rad/s（160/s）U軸2.97rad/s（170/s）R軸5.85rad/s（335/

16、s）B軸5.85rad/s（335/s）T軸8.37rad/s（500/s）容許力矩R軸11.8Nm（1.2kgfm）B軸9.8Nm（1.0kgfm）T軸5.9Nm（0.6kgfm）容許轉(zhuǎn)動(dòng)慣量R軸0.24kgm2B軸0.17kgm2T軸0.06kgm2標(biāo)準(zhǔn)涂色活動(dòng)部位：淡灰色固定部位：深灰色電動(dòng)機(jī)：黑色安裝環(huán)境溫度045C濕度（2080）%RH（不能結(jié)露）振動(dòng)4.9m/s2以下其他避免接觸易燃及腐蝕性氣體或液體；不可接近水、油、粉塵等；遠(yuǎn)離電氣噪聲源Compiled by: Dong Chunli多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人Compiled by: Dong Chunli平面多關(guān)節(jié)坐

17、標(biāo)型機(jī)器人平面多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人o 深圳市眾為興數(shù)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的ADT-6004G300-5機(jī)器人是典型的平面多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器Compiled by: Dong Chunli型號(hào)ADT-600X4G100ADT-600X4G200ADT-600X4G300軸規(guī)格X軸手臂長(zhǎng)度350mmY軸手臂長(zhǎng)度250mmZ軸行程100mm200mm300mmX軸旋轉(zhuǎn)范圍115Y軸旋轉(zhuǎn)范圍145R軸旋轉(zhuǎn)范圍360電機(jī)規(guī)格X軸400WY軸200WZ軸（帶剎車）200WR軸100W最高速度X速度225/sY速度225/sX、Y軸合成3.3m/sZ速度0.8m/sR速度360/s重復(fù)定位精度X、Y軸0.05mm

18、Z0.02mmR0.02最大負(fù)載3KG/5KG用戶用信號(hào)線0.12sq25用戶配管63線限位保護(hù)1.軟件限位2.機(jī)械限位（X、Y、Z軸）重量40KGCompiled by: Dong ChunliCompiled by: Dong Chunli關(guān)節(jié)（關(guān)節(jié)（Joint）：即運(yùn)動(dòng)副，）：即運(yùn)動(dòng)副，允許機(jī)器人手臂各零件之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。允許機(jī)器人手臂各零件之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。Compiled by: Dong Chunli連桿連桿（Link）：）：機(jī)器人手臂上被相鄰兩關(guān)節(jié)分開(kāi)的部分。機(jī)器人手臂上被相鄰兩關(guān)節(jié)分開(kāi)的部分。Compiled by: Dong Chunli剛度（剛度（Stiffn

19、ess）：）：機(jī)身或臂部在外力作用下抵抗變形的能力機(jī)身或臂部在外力作用下抵抗變形的能力。它是用外力和在外力作用方向上的變形量（位移）之比來(lái)度量它是用外力和在外力作用方向上的變形量（位移）之比來(lái)度量。Compiled by: Dong Chunli自由度（自由度（Degree of freedom） ：或者稱坐標(biāo)軸數(shù)，：或者稱坐標(biāo)軸數(shù)，是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。手指的開(kāi)、合，以及手是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。手指的開(kāi)、合，以及手指關(guān)節(jié)的自由度一般不包括在內(nèi)。指關(guān)節(jié)的自由度一般不包括在內(nèi)。Compiled by: Dong Chunli機(jī)器人的自由度1）剛體的自由度o 任何空間剛體具有6個(gè)自由度，即可任意運(yùn)動(dòng)。2）機(jī)器人的自由度o 機(jī)器人靠末端執(zhí)行器工作，o 末端執(zhí)行器具有6