機器人系統(tǒng)及設(shè)計方法

1、第章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)組成2.2 機器人系統(tǒng)設(shè)計(shj)方法 習(xí)題共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成操作機驅(qū)動器控制系統(tǒng)共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成 操作機也稱為執(zhí)行機構(gòu)、機械本體等，它具有和人手臂相似的功能，是可在空間抓放物體或進行其他操作的機械裝置。 2.1.1 操作機共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機 機器人的操作機就是通過活動關(guān)節(jié)（轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)或移動關(guān)節(jié)）連接在一起的空間開鏈機構(gòu)

2、，主要由手部、腕部、臂部和機座構(gòu)成。 1-手部 2-腕部 3-臂部 4-機座共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部1、手部的作用與分類2、機械夾持式3、吸附式4、專用手5、靈巧手6、換接器共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部1、手部的作用與分類作用：機器人的手部又稱為末端執(zhí)行器，它是機器人直接用于抓取和握緊（或吸附）工件或操持專用工具（如噴槍、扳手、砂輪、焊槍等）進行操作的部件，它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機器人手臂

3、的最前端。 分類：機械夾持式手吸附式手專用手靈巧手共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部2、機械夾持式手（1）組成 機械夾持式手由手指（或手爪）、傳動機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)及連接與支承元件組成，它通過手指的開、合動作實現(xiàn)對物體的夾持操作。 1-手指 2-傳動機構(gòu) 3-驅(qū)動機構(gòu) 4-支承元件 5-工件共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部2、機械夾持式手（1）組成 有時，手指的形狀與表面形式取決于工件及操作要求。共一百一十六頁第2章

4、機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部2、機械夾持式手（2）分類按手爪的運動方式分為回轉(zhuǎn)型和平移型。按夾持工件的方式分為外夾式和內(nèi)撐式。按驅(qū)動方式分為電動、液動、氣動和彈性力驅(qū)動。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部2、機械夾持式手（3）典型結(jié)構(gòu)彈性力手 彈性力手的特點是其夾持工件的抓力是由彈性元件提供的，不需要專門的驅(qū)動裝置，在抓取工件時需要一定的壓入力，而在取下時，則需要一定的拉力。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法

5、2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部2、機械夾持式手（3）典型結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)型手 楔塊杠桿式 楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型手當(dāng)驅(qū)動器推動楔塊前進時，通過楔塊的斜面與杠桿作用，使手爪產(chǎn)生夾緊動作和夾緊力，當(dāng)楔塊后退時，靠彈簧的拉力使手爪松開。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部2、機械夾持式手（3）典型結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)型手滑槽杠桿式 滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型手當(dāng)驅(qū)動器推動中心桿向上運動時，圓柱銷在兩杠桿的滑槽中移動，迫使與支架相鉸接的手爪產(chǎn)生夾緊動作和夾緊力，當(dāng)中心桿向下運動時，手抓松開。 共一百一十六頁第

6、2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部2、機械夾持式手（3）典型結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)型手連桿杠桿式 連桿杠桿式回轉(zhuǎn)型手當(dāng)驅(qū)動器推動中心桿上下運動時，由中心桿、連桿、手爪和支架就構(gòu)成四桿機構(gòu)，從而迫使手爪完成夾緊和松開動作。 注意：當(dāng)中心桿向下運動，兩個連桿處于一條水平線時，手爪已閉合到最小極限位置，當(dāng)中心桿繼續(xù)向下運動時，手爪不但不會閉合的更緊，反而會松開。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部2、機械夾持式手（3）典型結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)型手齒輪齒條式 齒輪

7、齒條式回轉(zhuǎn)型手中心桿的端部兩側(cè)有齒條，與固定在手爪上的齒輪相嚙合，當(dāng)中心桿上下運動時，在齒輪齒條的嚙合作用下就帶動兩個手爪回轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生夾緊和松開動作。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部2、機械夾持式手（3）典型結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)型手自重杠桿式 自重杠桿式回轉(zhuǎn)型手手爪的開合是由鉸接活塞油缸實現(xiàn)的。當(dāng)手爪閉合抓住工件時，由于工件對手爪的作用力方向位于手爪回轉(zhuǎn)軸垂直線的外側(cè)，所以手爪的夾緊是由工件自重產(chǎn)生的，工件越重，夾緊力越大。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組

8、成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部2、機械夾持式手（3）典型結(jié)構(gòu) 平移型手 平移型手的特點是兩個手爪做相對的往復(fù)平移運動，從而實現(xiàn)對工件的夾緊和松開動作，它分為直線式和圓弧式兩種。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部2、機械夾持式手（3）典型結(jié)構(gòu) 平移型手 齒輪齒條式 齒輪齒條式平移型手兩個手爪上都有齒條與過渡齒輪嚙合。當(dāng)拉動一個手爪時，另一個手爪就反向運動，如此反復(fù)運動，即可完成手爪的夾緊與松開動作，也可使過渡齒輪正、反旋轉(zhuǎn)來完成手爪的夾緊與松開動作。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(sh

9、j)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部2、機械夾持式手（3）典型結(jié)構(gòu)平移型手螺母絲杠式 螺母絲杠式平移型手螺桿分成左右兩段，其上螺紋旋向相反，兩手爪上有與其配合的螺紋孔（即為螺母）。當(dāng)螺桿正、反旋轉(zhuǎn)時，兩手爪就產(chǎn)生相對平移運動，從而實現(xiàn)加緊和松開動作。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部2、機械夾持式手（3）典型結(jié)構(gòu)平移型手凸輪式 凸輪式平移型手在與手爪連接的滑塊上有導(dǎo)向槽和凸輪槽。當(dāng)中心桿上下運動時，通過滾子對凸輪槽的作用使滑塊沿導(dǎo)向滾子做相對平移運動，從而實

10、現(xiàn)手爪的夾緊和松開動作。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部2、機械夾持式手（3）典型結(jié)構(gòu)平移型手平行連桿式 平行連桿式平移型手屬于圓弧式平移型式手，其原理是采用平行四邊形平動機構(gòu)，使手爪在加緊和松開的過程中保持方向不變，從而實現(xiàn)平行移動，但手爪上任一點的運動軌跡為圓弧擺動。需要注意的是，這種手爪在夾持工件的瞬時，對工件表面有一個切向分力。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部3、吸附式手（1）分類 吸附式手靠吸附力

11、抓取工件，特別適用于大平面（單面接觸無法抓?。?、易碎（玻璃制品）、微小（不易抓?。┑墓ぜ蛭矬w，與機械夾持式手相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、抓取力分布均勻的優(yōu)點，適用面較廣。 根據(jù)吸附力的產(chǎn)生方法不同，將其分為：氣吸式磁吸式 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部3、吸附式手（2）氣吸式 氣吸式手是利用吸盤內(nèi)的壓力與外界大氣壓之間形成的壓力差來工作的，根據(jù)壓力差形成的原理不同，可分為：擠壓排氣式氣流負(fù)壓式真空抽氣式 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.

12、1 操作機2.1.1.1 手部3、吸附式手（2）氣吸式擠壓排氣式 擠壓排氣式吸附式手當(dāng)抓取工件時，橡膠吸盤壓緊工件從而發(fā)生變形，擠出腔內(nèi)多余的空氣，當(dāng)手上升時，靠橡膠吸盤的恢復(fù)力是其腔內(nèi)與外界氣壓之間形成負(fù)壓，從而將工件吸住。釋放工件時，壓下拉桿，使吸盤腔與大氣相連通而失去負(fù)壓。擠壓排氣式吸附式手結(jié)構(gòu)簡單，但吸附力有限，吸附狀態(tài)不易長期保持。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部3、吸附式手（2）氣吸式氣流負(fù)壓式 氣流負(fù)壓式吸附式手利用流體力學(xué)中射流的原理，當(dāng)需要抓取工件時，高速高壓空氣流經(jīng)噴嘴時，其出口處

13、的氣壓低于吸盤腔內(nèi)的氣壓，于是腔內(nèi)的氣體被高速氣流帶走而形成負(fù)壓，由此產(chǎn)生吸力，完成抓取工件的動作，當(dāng)需要釋放工件時，切斷高速高壓空氣即可。氣流負(fù)壓式吸附式手容易取得高速高壓空氣，故成本低，且吸附可靠，控制簡單。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部3、吸附式手（2）氣吸式真空抽氣式 真空抽氣式吸附式手其真空是由真空泵抽氣產(chǎn)生的，真空度較高，所以吸附力最大。當(dāng)需要抓取工件時，碟形橡膠吸盤與工件表面接觸，然后真空泵抽氣，吸盤腔內(nèi)形成真空，產(chǎn)生吸力，從而完成抓取工件動作，當(dāng)需要釋放工件時，管路接通大氣，吸盤腔

14、內(nèi)失去真空即可。真空抽氣式吸附式手工作可靠，吸附力大，但需要真空系統(tǒng)，成本較高。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部3、吸附式手（3）磁吸式 磁吸式手是利用磁場產(chǎn)生的磁吸力來抓取工件的，因此只能對鐵磁性工件起作用（鋼、鐵等材料在溫度超過723時就會失去磁性），另外，對不允許有剩磁的工件要禁止使用，所以磁吸式手的使用有一定的局限性。 根據(jù)磁場產(chǎn)生的方法不同，磁吸式手可分為：永磁式電磁式 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1

15、手部3、吸附式手（3）磁吸式永磁式 永磁式磁吸式手是利用永久磁鋼的磁吸力來工作的，通過移動隔磁物體來改變改變吸盤內(nèi)的磁力線回路，從而達到吸住和釋放工件的目的（也可用外力強迫取下工件）。它具有不需電源，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠等優(yōu)點，缺點是長時間使用后會出現(xiàn)磁吸力減弱的現(xiàn)象，而且對同樣重量的吸盤來講，其吸力不及電磁式。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部3、吸附式手（3）磁吸式電磁式 電磁式磁吸式手是用接通和切斷電磁線圈中的電流（直流或交流），產(chǎn)生和消除磁吸力的方法來吸住和釋放工件的，當(dāng)銜鐵接觸鐵磁性工件時，工

16、件被磁化形成磁力線回路并受到電磁吸力而被吸住。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部3、吸附式手（3）磁吸式電磁式 電磁式吸附式手的各種形狀。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部4、專用手 機器人的專用手是指用來完成某一特定操作的、具有特殊功能的末端執(zhí)行器，其實質(zhì)就是各種各樣的專用工具，例如焊接機器人的焊槍、噴涂機器人的噴槍等。目前常用的機器人專用手有焊槍、噴槍、砂輪、擰螺母機、激光切割機等。 共一百一十六頁第2章 機器人

17、系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部5、靈巧手 機器人的靈巧手是為了適應(yīng)被抓取工件的不規(guī)則外形變化，并可使工件表面承受到比較均勻的抓取力。機器人常用的靈巧手有柔性手和多指靈巧手。柔性手共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部5、靈巧手多指靈巧手共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部6、換接器 換接器一般由兩部分組成：換接器插座和換接器插頭。 它們分別裝在機器人的手

18、部和機器人的腕部，能夠使機器人快速自動的更換手部。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.1 手部6、換接器 對換接器的要求：同時具備氣源、電源和信號的快速聯(lián)接與切斷；能承受手部的工作載荷；在失電、失氣的情況下，機器人停止工作時不會自行脫離；具有一定的換接精度等。多工位換接器如下圖所示： 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.2 腕部1、腕部的作用與自由度 2、腕部的典型結(jié)構(gòu) 3、柔順腕部結(jié)構(gòu) 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及

19、設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.2 腕部1、腕部的作用與自由度（1）作用：改變或調(diào)整機器人手部在空間的姿態(tài) (方向)，并連接機器人的手部和臂部。（2）自由度： 分別為回轉(zhuǎn)（x） 俯仰（y） 偏擺（z） 由三個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組合而成。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.2 腕部2、腕部的典型結(jié)構(gòu)（1）液壓擺動缸共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.2 腕部2、腕部的典型結(jié)構(gòu)（2）輪系機構(gòu)2自由度（誘導(dǎo)運動）

20、共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.2 腕部2、腕部的典型結(jié)構(gòu)（2）輪系機構(gòu)2自由度（差動式）回轉(zhuǎn)偏擺共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.2 腕部2、腕部的典型結(jié)構(gòu)（2）輪系機構(gòu) 3自由度 (正交）共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.2 腕部2、腕部的典型結(jié)構(gòu)（2）輪系機構(gòu) 3自由度 (正交）共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器

21、人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.2 腕部2、腕部的典型結(jié)構(gòu)（2）輪系機構(gòu) 3自由度 (斜交）共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.2 腕部3、柔順腕部結(jié)構(gòu)（1）作用：消除機器人在進行裝配作業(yè)時的裝配誤差。（2）裝配誤差：角度誤差 位置誤差 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.2 腕部3、柔順腕部結(jié)構(gòu)（3）解決辦法 主動柔順 邊檢測，邊修正。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng

22、)組成2.1.1 操作機2.1.1.2 腕部3、柔順腕部結(jié)構(gòu)（3）解決辦法 被動柔順 角度誤差回轉(zhuǎn)運動 -回轉(zhuǎn)機構(gòu) 位置誤差平移運動 -平移機構(gòu)共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.2 腕部3、柔順腕部結(jié)構(gòu)（3）解決辦法 被動柔順典型結(jié)構(gòu)共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.3 臂部1、臂部的作用與關(guān)節(jié)類型 2、臂部的平移運動機構(gòu) 3、臂部的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu) 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組

23、成2.1.1 操作機2.1.1.3 臂部1、臂部的作用與關(guān)節(jié)類型（1）作用：改變機器人手在空間的位置。（2）關(guān)節(jié)類型：平移關(guān)節(jié)和回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.3 臂部2、臂部的平移運動機構(gòu) 機器人臂部的伸縮、升降和縱（橫）向的移動均屬于平移運動，其實現(xiàn)的典型機構(gòu)主要有： （1）活塞油缸、活塞氣缸 （2）齒輪齒條機構(gòu) （3）絲杠螺母機構(gòu) （4）曲柄滑塊機構(gòu) （5）凸輪機構(gòu)共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.3 臂部3、

24、臂部的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu) 機器人臂部回轉(zhuǎn)運動常用的典型機構(gòu)有： （1）油馬達、氣馬達、擺動液壓缸 （2）各種輪系機構(gòu) （3）齒條齒輪機構(gòu) （4）滑塊曲柄機構(gòu) （5）活塞缸加連桿機構(gòu) （機器人臂部的俯仰運動） 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.4 機座1、機座的作用與分類 2、固定式機座 3、移動式機座共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.4 機座1、機座的作用與分類（1）作用：支承著機器人自身重量及作業(yè)時的負(fù)載。（2）分類：固定式和移動式

25、共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.4 機座2、固定式機座 固定式機座一般直接聯(lián)接在地面基礎(chǔ)上，或與機身固定在一起，它通過活動關(guān)節(jié)與機器人臂部相連。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機2.1.1.4 機座3、移動式機座 機器人的移動式機座是一個由驅(qū)動裝置、傳動機構(gòu)和檢測元件等組成可以移動的平臺。 按其運動軌跡可分為固定軌跡式和無固定軌跡式。 按其運動實現(xiàn)的方式可分為輪式、履帶式和行走式。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2

26、.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機機構(gòu)簡圖 機器人的機構(gòu)運動簡圖是為了用簡潔的線條和符號來表達機器人的各種運動及結(jié)構(gòu)特征。在國標(biāo)GB/T12643-90中規(guī)定了機器人有關(guān)的各種運動功能的圖形符號。 機座：手部：關(guān)節(jié)平移回轉(zhuǎn)共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.1 操作機機構(gòu)簡圖直角坐標(biāo)式圓柱坐標(biāo)式球坐標(biāo)式關(guān)節(jié)坐標(biāo)式共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器 驅(qū)動器是用來驅(qū)動機器人操作機工作的動力裝置。 常見的驅(qū)動器主要有電動驅(qū)動器、液壓驅(qū)動器和氣動驅(qū)動器。

27、共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器 電動驅(qū)動器是利用電能來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動器，常見主要有： 步進電機（stepping motor) 直流（DC）伺服電機 交流（AC）伺服電機 直接驅(qū)動（Direct Drive）電機 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器1、步進電機（stepping motor) 步進電機軸按照與脈沖頻率成正比的速度旋轉(zhuǎn)?？刂齐娐方o電機輸入一個脈沖，電機軸僅僅旋轉(zhuǎn)一定的角度，旋轉(zhuǎn)角叫

28、做步距角（step angle)。步進電機的控制較為簡單，適用于開環(huán)回路驅(qū)動器。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器1、步進電機（stepping motor) （1）步進電機驅(qū)動方法 定電壓驅(qū)動方法：施加在繞組上的電壓固定，改變脈沖頻率，電機轉(zhuǎn)速就改變，改變電流，轉(zhuǎn)矩就改變。 定電流驅(qū)動方法：固定繞組電流或讓電流按照指令值發(fā)生變化。適用于高速運轉(zhuǎn)的場合。 單相勵磁和二相勵磁：單相勵磁這會引起低頻電氣振動，步距角的偏差很大，因此通常都采用二相勵磁運轉(zhuǎn)方式，即始終對A相、B相同時勵磁，通過控制勵磁極性

29、的組合順序產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器1、步進電機（stepping motor) （2）步進電機基本特性 平衡點與制動位置：被勵磁的電機在無載荷時停止的位置稱為平衡點或穩(wěn)定點（equilibrium position)，無勵磁時停止的位置稱為制動位置（detent position)。 定位精度：步距角誤差（step position error)：讓轉(zhuǎn)子一步步轉(zhuǎn)動從某一個平衡點到達相鄰平衡點時，實際轉(zhuǎn)動角度與步距角的位置誤差的最大值。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng

30、)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器1、步進電機（stepping motor) （2）步進電機基本特性 靜止角度誤差（positional accuracy)：從某一個基準(zhǔn)點所觀察到的所有穩(wěn)定點與理論穩(wěn)定點（步距角的整數(shù)倍）相比的偏差的最大值。 保持力與停止轉(zhuǎn)矩：給處于勵磁狀態(tài)的電機施加的外力使電機軸轉(zhuǎn)動的最小值就是保持力（也稱作最大靜止轉(zhuǎn)矩，holding torque) 。在無勵磁狀態(tài)下，僅靠永久磁鐵的磁力穩(wěn)固位置的極限值叫做停止轉(zhuǎn)矩（detent torque)。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)

31、(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器1、步進電機（stepping motor) （2）步進電機基本特性 步進電機加減速運轉(zhuǎn)：步進電機從靜止?fàn)顟B(tài)一下子用高頻脈沖啟動比較困難，為了使它能高速運轉(zhuǎn)，可以通過調(diào)整脈沖間隔達到加速、等速、減速運轉(zhuǎn)的目的。脈沖變化如圖所示。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器2、直流（DC）伺服電機 直流電機最適合工業(yè)機器人的試制階段或競技用。（1）直流伺服電機的特點 直流伺服電機的轉(zhuǎn)矩T基本與電流i成比例，其比例常數(shù)KT叫做轉(zhuǎn)矩常數(shù)，即 直流伺服電機的

32、無負(fù)載速度 與電壓e成比例，比例系數(shù)是KE，即共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器2、直流（DC）伺服電機（2）直流伺服電機的運轉(zhuǎn)方式 線性驅(qū)動：即給電機施加的電壓以模擬量的形式連續(xù)變化，是電機理想驅(qū)動方式，但在電子線路中易產(chǎn)生大量熱損耗。 PWM驅(qū)動：也稱脈寬調(diào)制方法（pulse-width-modulation），特點是在低速時轉(zhuǎn)矩大，速度快時，轉(zhuǎn)矩急速下降。因此，常用于競技機器人的驅(qū)動器。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2

33、.1.2.1 電動驅(qū)動器2、直流（DC）伺服電機（3）直流伺服電機的控制方法 直流伺服電機利用速度傳感器和位置傳感器，采用閉環(huán)實現(xiàn)速度和位置的控制。直流伺服電機的速度控制有以下兩種基本方式： 電壓控制：向電機施加與速度偏差成比例的電壓?？刂齐娐泛唵巍?電流控制：向電機供給與速度偏差成比例的電流。 控制具有較好的穩(wěn)定性。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器3、交流（AC）伺服電機 交流伺服電機常見的有三類：鼠籠式感應(yīng)型電機、交流整流子型電機和同步電機。 交流伺服電機可以實現(xiàn)精確的速度控制和定位功能。

34、 交流伺服電機還具備直流伺服電機的基本性質(zhì)，又可以理解為是把電刷和整流子換為半導(dǎo)體元件的裝置，所以它也叫做無刷直流伺服電機。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器3、交流（AC）伺服電機（1）交流伺服電機的特點 交流伺服電機轉(zhuǎn)子的位置信息和施加在繞組上的電壓或電流的關(guān)系至關(guān)重要。為了向繞組配電，有兩種檢測轉(zhuǎn)子位置的方法：一種是用霍爾元件等，把轉(zhuǎn)動一圈分解為三相；另一種是借助于編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器進一步提高分辨率。前者給電機繞組施加方波電壓或電流；后者跟傳統(tǒng)的交流電機一樣，供給近似于正弦波那樣的電流，應(yīng)用

35、最普遍。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器3、交流（AC）伺服電機（2）交流伺服電機的特征 交流伺服電機的形式：無刷電機的形狀變化很多，大體分為內(nèi)轉(zhuǎn)子型結(jié)構(gòu)和外轉(zhuǎn)子型結(jié)構(gòu)。 內(nèi)轉(zhuǎn)子型又有細(xì)長型電機和扁平型電機之分。外轉(zhuǎn)子型結(jié)構(gòu)電機轉(zhuǎn)動慣量大，由于增大了永久磁鐵的體積，適用于小型高轉(zhuǎn)矩電機。 除了商品電機之外，有時電機還與機器人合起來進行一體化設(shè)計，此時外轉(zhuǎn)子型比較適用。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動

36、器3、交流（AC）伺服電機（2）交流伺服電機的特征 槽數(shù)與磁極級數(shù)的選擇：小型高轉(zhuǎn)矩電機與增加轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)目有關(guān)。即使轉(zhuǎn)子極數(shù)一定，也有幾種選擇槽數(shù)的方法。 磁鐵材料與磁化模式：選擇平均轉(zhuǎn)矩高的電機，這樣雖然會稍微犧牲一些平均轉(zhuǎn)矩，但是卻能獲得平滑的運轉(zhuǎn)。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器4、直接驅(qū)動（Direct Drive：DD）電機 DD電機沒有減速器，但要求能提供大輸出轉(zhuǎn)矩(推力)，可控性好。 它被廣泛地應(yīng)用于裝配SCARA機器人、自動裝配機、加工機械、檢測機器及印刷機械等中。（1）工作原

37、理與特點 DD電機分為基于電磁鐵原理的VR（Variable Reluctance可變磁阻）電機及基于永久磁鐵的HB（hybrid）電機。VR電機的磁路具有非線性，控制性能比較差。HB電機轉(zhuǎn)矩大，缺點是轉(zhuǎn)速波動大。在商用機器中，大多使用VR或HB電機。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器4、直接驅(qū)動（Direct Drive：DD）電機（2） DD電機的類型 轉(zhuǎn)動型DD電機 直線型DD電機 平面型DD電機 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.

38、2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器4、直接驅(qū)動（Direct Drive：DD）電機（2） DD電機的類型 轉(zhuǎn)動型DD電機分為：HB型轉(zhuǎn)動DD電機和VR型轉(zhuǎn)動DD電機。 轉(zhuǎn)動型DD電機能夠在精確定位的自動機械中代替減速器加伺服電機的傳動系統(tǒng)。以卡耐基梅隆大學(xué)為首，世界上已經(jīng)開發(fā)出多種關(guān)節(jié)型的DD機器人，不過目前除了用其進行高速搬運作業(yè)外，它尚未達到普及的程度。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器4、直接驅(qū)動（Direct Drive：DD）電機（2） DD電機的類型 直線型DD電機是把轉(zhuǎn)動型DD電

39、機展開成直線的結(jié)構(gòu)，傳感器為玻璃刻度尺。 直線型DD電機的精度高，重復(fù)性好，速度快，用它代替滾珠絲杠傳動的機器人運動單元的事例日益增多。最近，裝備直線型DD電機的機床數(shù)量急速增加。這種機床的最大特點是速度快，使生產(chǎn)效率得到大幅度提高。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器4、直接驅(qū)動（Direct Drive：DD）電機（2） DD電機的類型 平面型DD電機是人們將兩個直線型DD電機以直角形式組合起來，并且用三軸位置傳感器組成全閉環(huán)控制的超高精度平面DD電機。 平面型DD電機能在500mm500mm

40、的平面內(nèi)達到0.1um分辨率和1um精度，性能非常好。由于它的摩擦力非常小，可以在15ms的調(diào)整時間內(nèi)達到土1um的定位精度，因此其在高精度的檢測裝置中得到應(yīng)用。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器比較步進電機DC電機AC電機直接驅(qū)動電機基本性質(zhì)轉(zhuǎn)速與脈沖信號同步，與脈沖頻率成正比轉(zhuǎn)矩與電流成比例，無負(fù)載轉(zhuǎn)速與電壓成比例相似于電機可控性依磁路產(chǎn)生方式差異而不同精度高，尚未普及驅(qū)動方式驅(qū)動控制電路加電可動，可控要相應(yīng)控制電路用逆變器將直流驅(qū)動變?yōu)榻涣黩?qū)動要位置傳感器與控制電路配合共一百一十六頁第2章

41、 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器比較步進電機DC電機AC電機直接驅(qū)動電機逆轉(zhuǎn)方法顛倒勵磁順序調(diào)換兩個端子極性調(diào)整位置信號與逆變元件開關(guān)順序位置控制由脈沖序列最后脈沖的位置決定用位置傳感器反饋控制用位置傳感器反饋控制用位置傳感器反饋控制共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器比較步進電機DC電機AC電機直接驅(qū)動電機速度控制轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比反饋控制反饋控制反饋控制轉(zhuǎn)矩控制使電流保持一定轉(zhuǎn)矩與電流成正比轉(zhuǎn)矩與電流成正比由磁阻產(chǎn)生

42、電機轉(zhuǎn)矩控制磁路控制轉(zhuǎn)矩共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.1 電動驅(qū)動器比較步進電機DC電機AC電機直接驅(qū)動電機可靠性與壽命步進電機具有良好的可靠性。DC伺服電機在長時間使用條件下可靠性將下降。AC伺服電機具有良好的可靠性。效率比電機低，越是小型效率越低有效利用反電動勢，效率高，尤其在高速區(qū)域差相似于電機高共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.2 液壓驅(qū)動器 液壓伺服系統(tǒng)主要由液壓源、驅(qū)動器、伺服閥、傳感器、控制器等構(gòu)成。液壓傳動的特

43、點是轉(zhuǎn)矩與慣性比大，也就是單位重量的輸出功率高?？刂破魉欧糯笃魑恢脗鞲衅?共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.2 液壓驅(qū)動器 電動驅(qū)動器與液壓驅(qū)動器的比較如表所示：電動驅(qū)動器液壓驅(qū)動器優(yōu)點 維護簡單、控制手段先進、速度反饋容易 液壓系統(tǒng)具有高剛性、力保持性可靠、小型輕質(zhì)、轉(zhuǎn)矩慣性比大缺點重量大、不直接產(chǎn)生直線運動、需要減速器，不具有力保持性液壓系統(tǒng)易漏油，故必須配置液壓源，閥等液壓元件的非線性、壓縮性共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1

44、.2.3 氣動驅(qū)動器（1）氣動系統(tǒng)的基本組成 典型的氣壓驅(qū)動系統(tǒng)由氣壓發(fā)生裝置、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件四個部分組成。氣壓發(fā)生裝置控制元件執(zhí)行元件輔助元件共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.3 氣動驅(qū)動器（2）氣動驅(qū)動器的特點優(yōu)點： 能量儲蓄簡單易行，可以獲得短時間的高速動作。 可以進行細(xì)微的力控制。 夾緊時無能量消耗，不發(fā)熱。 柔軟，安全性高。 體積小、重量輕，輸出質(zhì)量比高。 處理簡便，低成本。缺點： 不易實現(xiàn)高精度、快速響應(yīng)的位置和速度控制，控 制性能易受摩擦和載荷的影響。 共一百一十六頁第2章 機器人系

45、統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.2 驅(qū)動器2.1.2.3 氣動驅(qū)動器（3）氣動驅(qū)動器的應(yīng)用 氣動驅(qū)動器是一種簡易的驅(qū)動元件，主要用于既要求定位，又要對作用力實施控制，或者在半導(dǎo)體裝置等的特殊應(yīng)用場合。 在引入伺服技術(shù)后，氣壓驅(qū)動系統(tǒng)的性能變得更好，功能更強，擴大了其應(yīng)用范圍。目前，面向康復(fù)、護理、助力工具等與人類共存、協(xié)作型的機器人已嶄露頭角。如何構(gòu)建柔軟機構(gòu)，積極地發(fā)揮氣壓柔軟性的特點是今后氣壓驅(qū)動器應(yīng)用的一個重要方向。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.3 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是控制機器人按要求動作的

46、裝置，控制系統(tǒng)的作用是根據(jù)用戶的指令對機器人操作機進行操作和控制，完成作業(yè)的各種動作?，F(xiàn)在的機器人都采用計算機控制。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.3 控制系統(tǒng) 機器人的控制系統(tǒng)主要是由硬件系統(tǒng)、控制軟件、輸入/輸出設(shè)備、傳感器等構(gòu)成。硬件包括控制器、執(zhí)行器、伺服驅(qū)動器。軟件包括各種控制算法。傳感器操作機驅(qū)動器計算機軟硬件指令I(lǐng)/O設(shè)備共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.3 控制系統(tǒng)2.1.3.1 傳感器 傳感器的主要作用就是給機器人輸入必要的信息。根據(jù)輸人信息源是位于機

47、器人的內(nèi)部還是外部，傳感器可以分為兩大類：一類是為了感知機器人內(nèi)部的狀況或狀態(tài)的內(nèi)部測量傳感器（簡稱內(nèi)傳感器）。它是在機器人本身的控制中不可缺少的部分，雖然與作業(yè)任務(wù)無關(guān)，卻在機器人制作時將其作為本體一個組成部分，并進行組裝；另一類是為了感知外部環(huán)境的狀況或狀態(tài)的外部測量傳感器（簡稱外傳感器）。它是機器人適應(yīng)外部環(huán)境所必需的傳感器，按照機器人作業(yè)的內(nèi)容分別將其安裝在機器人的頭部、肩部、腕部、臀部、腿部、足部等。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.3 控制系統(tǒng)2.1.3.1 傳感器 傳感器的劃分：傳感器位置檢測傳感器運動檢測傳感器內(nèi)部傳

48、感器外部傳感器速度、加速度角速度、角加速度姿態(tài)視覺傳感器觸覺傳感器力覺傳感器距離傳感器聽覺傳感器味覺傳感器嗅覺傳感器溫度傳感器濕度傳感器平面立體特定位置或角度任意位置或角度共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.3 控制系統(tǒng)2.1.3.1 傳感器 內(nèi)傳感器的劃分：檢測內(nèi)容傳感器的方式和種類角度旋轉(zhuǎn)編碼器角速度內(nèi)置微分電路的編碼器角加速度壓電式、振動式、光相位差式位置電位計、直線編碼器速度陀螺儀加速度應(yīng)變儀式、伺服式傾斜度靜電容式、導(dǎo)電式、鉛垂振子式、浮動磁鐵式、滾動球式方位陀螺儀式、地磁鐵式、浮動磁鐵式共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(x

49、tng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.3 控制系統(tǒng)2.1.3.1 傳感器 外傳感器的劃分：檢測內(nèi)容傳感器的方式和種類視覺傳感器單目、雙目、主動、被動、實時視覺觸覺傳感器位移、壓力、速度力覺傳感器單軸、三軸、六軸力力矩(轉(zhuǎn)矩)傳感器接近覺傳感器接觸式、電容式、電磁式、STM、AFM、流體、超聲波、光學(xué)測距距離傳感器超產(chǎn)波、激光和紅外傳感器聽覺傳感器語音、聲音傳感器嗅覺傳感器氣體識別傳感器溫度傳感器電阻、熱敏電阻、紅外、IC溫度傳感器共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.3 控制系統(tǒng)2.1.3.2 最基本的控制方法（1）

50、關(guān)節(jié)的運動控制及轉(zhuǎn)矩（力）控制 這種控制是分別對各個關(guān)節(jié)的運動（位置及速度）通過安裝在各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動電機進行PID控制來實現(xiàn)。實現(xiàn)時需要根據(jù)運動學(xué)理論將整個機器人的運動分解為各個自由度的運動來進行控制。 這種控制系統(tǒng)常由上、下位機構(gòu)成。上位機做運動規(guī)劃，將要執(zhí)行的運動轉(zhuǎn)化為各個關(guān)節(jié)的運動，按控制周期傳給下位機。下位機進行運動的插補運算及對關(guān)節(jié)進行伺服，所以常用多軸運動控制器作為機器人的關(guān)節(jié)控制器。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.3 控制系統(tǒng)2.1.3.2 最基本的控制方法（2）軌跡控制 如果要求機器人沿著一定的目標(biāo)軌跡運動則是軌跡控

51、制。對于工業(yè)生產(chǎn)線上的機械臂，軌跡控制常用示教再現(xiàn)方式。示教再現(xiàn)分兩種：點位控制（），用于點焊、更換刀具等情況；連續(xù)路徑控制（），用于弧焊、噴漆等作業(yè)。如果機器人本身能夠主動地決定運動，那么可經(jīng)常使用路徑規(guī)劃加在線路徑跟蹤方式進行控制。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.3 控制系統(tǒng)2.1.3.2 最基本的控制方法（3）利用傳感器反饋的運動調(diào)整 借助于力傳感器反饋力信息，機器人在與環(huán)境之間可能出現(xiàn)臂和手受到環(huán)境約束而發(fā)生過大的力而造成損壞的狀態(tài)下，機器人就可以適應(yīng)環(huán)境，修改預(yù)先規(guī)劃的軌跡，并調(diào)整運動，最終讓整個機器人的行動符合任務(wù)的需

52、求。 機器人靠腿、腳進行移動時，若地面的平整度有尺寸誤差，機器人則可能失去平衡。在這種情況下，也需要通過將著地點的力加以反饋，以調(diào)整運動，實現(xiàn)適應(yīng)地面的平穩(wěn)步行。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.3 控制系統(tǒng)2.1.3.3 現(xiàn)代控制方法（1）自適應(yīng)控制 當(dāng)機器人的動力學(xué)模型存在非線性和不確定因素，含未知的系統(tǒng)因素（如摩擦力）和非線性動態(tài)特性（重力、哥氏力、向心力的非線性），以及機器人在工作過程中環(huán)境和工作對象的性質(zhì)和特征的變化時，機器人在運行過程中不斷測量受控對象的特征，根據(jù)測量的信息使控制系統(tǒng)按新的特性實現(xiàn)閉環(huán)最優(yōu)控制，稱為自適應(yīng)

53、控制（adaptive control ）。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.3 控制系統(tǒng)2.1.3.3 現(xiàn)代控制方法（1）自適應(yīng)控制 自適應(yīng)控制分為模型參考自適應(yīng)控制（model reference adaptive control）和校正自適應(yīng)控制（self turning adaptive control）。 模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輸入r(t)可調(diào)節(jié)控制器參考模型自適應(yīng)算法機器人動力學(xué)輸出x(t)uy(t)輸入r(t)可調(diào)節(jié)控制器控制器參數(shù)修正系統(tǒng)辨識機器人動力學(xué)輸出x(t)自校正自適應(yīng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)共一百一十六頁第2章 機器

54、人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.3 控制系統(tǒng)2.1.3.3 現(xiàn)代控制方法（2）智能控制技術(shù) 智能機器人系統(tǒng)具有以下特征： 模型的不確定性; 系統(tǒng)的高度非線性; 控制任務(wù)復(fù)雜性。 學(xué)習(xí)控制是人工智能技術(shù)應(yīng)用到機器人領(lǐng)域的一種智能控制方法。已提出多種機器人控制方法，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、基于感知器的學(xué)習(xí)控制、基于小腦模型的學(xué)習(xí)控制等。 共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.1 機器人系統(tǒng)(xtng)組成2.1.3 控制系統(tǒng)2.1.3.4 其他控制 除了上述控制方法之外，人們也正在模仿生物體的控制機理，研究仿生型的而非模型的控制法，目前基

55、于神經(jīng)振子所生成和引入的節(jié)奏模式已經(jīng)實現(xiàn)了穩(wěn)定的四足機器人、雙足機器人的步行控制，基于行為的控制方法已和集中式控制方法相結(jié)合，應(yīng)用到足球機器人的控制系統(tǒng)中。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.2 機器人系統(tǒng)(xtng)的設(shè)計方法2.2.1 機器人系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 機器人系統(tǒng)是一個典型的完整機電一體化系統(tǒng)，是一個包括機械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、傳感器等的整體。對于機器人這樣一個結(jié)合了機械、電子、控制的系統(tǒng)，在設(shè)計時首先要考慮的是機器人的整體性、整體功能和整體參數(shù)，然后再對局部細(xì)節(jié)進行設(shè)計。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.2 機器人系統(tǒng)(xtng)的設(shè)計方法

56、2.2.1 機器人系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 機器人設(shè)計的整體性原則： （1）機器人系統(tǒng)任何一個部件或者子模塊的設(shè)計都會對機器人的整體功能和性能產(chǎn)生重要的影響。 （2）機器人的工作環(huán)境對機器人的整體設(shè)計也有較大影響。如果機器人用在宇宙空間的環(huán)境里，那么無論是機械結(jié)構(gòu)設(shè)計還是控制系統(tǒng)都要考慮溫度的變化、重力的影響或者電磁干擾強度等；若機器人工作在顛簸的環(huán)境，那么機械結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)的整體抗振則是設(shè)計時要注意的；若機器人用于醫(yī)療領(lǐng)域，則對機器人的噪聲污染有著嚴(yán)格的要求。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.2 機器人系統(tǒng)(xtng)的設(shè)計方法2.2.1 機器人系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 控制系統(tǒng)設(shè)

57、計優(yōu)先于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計（理論設(shè)計優(yōu)先于實際設(shè)計）原則： 設(shè)計機器人之初，首先考慮的是機器人要實現(xiàn)的功能，然后根據(jù)功能要求來設(shè)計機器人的性能參數(shù)?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計更多的是對現(xiàn)有資源的整合和集成，總體方案設(shè)計完成之后，先確定控制系統(tǒng)的基本方案，在進行理論推導(dǎo)及實驗仿真等驗證是否滿足設(shè)計要求后，根據(jù)控制硬件的尺寸才能進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。 這一設(shè)計原則的缺點是機械設(shè)計部分放在最后，機械加工周期影響了機器人的總體研制進度，總體設(shè)計周期比較長。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.2 機器人系統(tǒng)(xtng)的設(shè)計方法2.2.2 機器人系統(tǒng)設(shè)計的階段 機器人系統(tǒng)的設(shè)計一般可以分成以下三個階段：（

58、1）總體方案設(shè)計 首先明確機器人的設(shè)計目的，根據(jù)設(shè)計目的確定機器人的功能要求。 然后由功能要求設(shè)計者就可以明確機器人的設(shè)計參數(shù)。設(shè)計參數(shù)對機器人而言是表征設(shè)計方案的關(guān)鍵物理參數(shù)，其可以表示為機器人的各個子模塊組件。將設(shè)計參數(shù)以集合的方式表示則可以表述為總體的設(shè)計方案。 最后是進行方案比較，在初步提出的若干方案中通過對工藝生產(chǎn)、技術(shù)和價值分析之后選擇最佳方案。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.2 機器人系統(tǒng)的設(shè)計(shj)方法2.2.2 機器人系統(tǒng)設(shè)計的階段 機器人系統(tǒng)的設(shè)計一般可以分成以下三個階段：（2）詳細(xì)設(shè)計 在總體方案確定之后，根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)先于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

59、，首先要做的就是根據(jù)總體的功能要求選擇合適的控制方案。 從控制器所能配置的資源來說，有兩種控制方式：集中式和分布式。集中式是將所有的資源都集中在一個控制器上，而分布式則是讓不同的控制器負(fù)責(zé)機器人不同的功能。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)及設(shè)計(shj)方法2.2 機器人系統(tǒng)的設(shè)計(shj)方法2.2.2 機器人系統(tǒng)設(shè)計的階段 機器人系統(tǒng)的設(shè)計一般可以分成以下三個階段：（2）詳細(xì)設(shè)計 在控制方案確定之后，根據(jù)選定的控制器方案選擇驅(qū)動方式。 機器人的驅(qū)動方式主要有液壓、氣動和電動這三種，設(shè)計者可以根據(jù)機器人的負(fù)載要求來進行選擇。 電動驅(qū)動方式還可分為伺服電機、步進電機和普通電機等。根據(jù)機器人上的

60、電源類型選擇交流電機或者直流電機。在確定電機之后，可以選擇相應(yīng)廠家提供的配套驅(qū)動器，也可以選擇通用驅(qū)動器。正確選擇驅(qū)動器能夠給電機提供足夠大的電流和對電機進行保護。共一百一十六頁第2章 機器人系統(tǒng)(xtng)及設(shè)計方法2.2 機器人系統(tǒng)(xtng)的設(shè)計方法2.2.2 機器人系統(tǒng)設(shè)計的階段 機器人系統(tǒng)的設(shè)計一般可以分成以下三個階段：（2）詳細(xì)設(shè)計 控制系統(tǒng)的設(shè)計以及驅(qū)動方式確定以后就可以開始機械部分的設(shè)計。 機器人的機械設(shè)計一般包括末端執(zhí)行器、臂部、腕部、機座和行走機構(gòu)等的設(shè)計，在設(shè)計過程中可以采用模塊化設(shè)計，這樣做不但可以使整個機器人的設(shè)計采用并行設(shè)計，大大縮短設(shè)計和加工時間，而且即使機器人