工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)

工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日章節(jié)目錄思考練習(xí)2.1工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成2.1.1操作機(jī)2.1.2控制器2.1.3示教器2.2工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)入案例擴(kuò)展與提高本章小結(jié)課堂認(rèn)知2.3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制2.3.1機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)問題2.3.2機(jī)器人的點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)…2.3.3機(jī)器人的位置控制第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日學(xué)習(xí)目標(biāo)所處位置————

熟悉工業(yè)機(jī)器人的常見技術(shù)指標(biāo)能夠正確識(shí)別工業(yè)機(jī)器人的點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)和連續(xù)路徑運(yùn)動(dòng)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】返回目錄認(rèn)知目標(biāo)能力目標(biāo)了解工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制能夠掌握工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)的含義第三頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.2工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)反映機(jī)器人的適用范圍和工作性能。

所處位置————【課堂認(rèn)知自由度工作空間額定負(fù)載最大工作速度工作精度一般都有：第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日相關(guān)術(shù)語及性能指標(biāo)一、關(guān)節(jié)（Joint）：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)。第五頁，共三十七頁，2022年，8月28日第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日二、連桿（Link）：機(jī)器人手臂上被相鄰兩關(guān)節(jié)分開的部分。三、剛度（Stiffness）：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）之比來度量。第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日1、自由度（Degreeoffreedom）：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、合，以及手指關(guān)節(jié)的自由度一般不包括在內(nèi)。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)通常作為機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)，反映機(jī)器人動(dòng)作的靈活性，可用軸的直線移動(dòng)、擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的數(shù)目來表示。目前，焊接和涂裝作業(yè)機(jī)器人多為6或7自由度，而搬運(yùn)、碼垛和裝配機(jī)器人多為4~6自由度。第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日機(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。是不是自由度越多越好呢？第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日2、額定負(fù)載也稱持重。正常操作條件下，作用于機(jī)器人手腕末端，不會(huì)使機(jī)器人性能降低的最大載荷。3、工作精度

目前，工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)精度可達(dá)±0.01~±0.5mm。依據(jù)作業(yè)任務(wù)和末端持重不同，機(jī)器人重復(fù)精度亦不同。目前，使用的工業(yè)機(jī)器人負(fù)載范圍可從0.5kg直至800kg。第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日工業(yè)機(jī)器人典型行業(yè)應(yīng)用的工作精度所處位置————【課堂認(rèn)知】額定負(fù)載（kg）重復(fù)定位精度（mm）作業(yè)任務(wù)搬運(yùn)±0.2~±0.55~200碼垛±0.550~800點(diǎn)焊±0.2~±0.350~350弧焊±0.08~±0.13~20噴涂±0.2~±0.55~20±0.02~±0.032~5裝配±0.06~±0.086~10±0.06~±0.110~2019/30第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日4、工作空間也稱工作范圍、工作行程。工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)時(shí)，其手腕參考點(diǎn)或末端操作器安裝點(diǎn)（不包括末端操作器）所能掠過的空間，一般不包括末端操作器本身所能到達(dá)的區(qū)域。目前，單體工業(yè)機(jī)器人本體的工作范圍可達(dá)3.5m

左右。

第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日所處位置————【課堂認(rèn)知】b)水平串聯(lián)多關(guān)節(jié)機(jī)器人MOTOMANMPP3Sa)垂直串聯(lián)多關(guān)節(jié)機(jī)器人MOTOMANMH3F返回c)并聯(lián)多關(guān)節(jié)機(jī)器人MOTOMANMYS650L目錄不同本體結(jié)構(gòu)YASKAWA機(jī)器人工作范圍20/30第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日最大工作速度通常指機(jī)器人手腕中心的最大速度。這在生產(chǎn)中是影響生產(chǎn)效率的重要指標(biāo)。

5、工作速度機(jī)器人在工作載荷條件下、勻速運(yùn)動(dòng)過程中，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)的角度機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度是指單關(guān)節(jié)速度；第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制2.3.1機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)問題所處工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)可看作是一個(gè)開鏈?zhǔn)蕉噙B桿機(jī)構(gòu)，始端連桿就是機(jī)器人的基座，末端連桿與工具相連，相鄰連桿之間用一個(gè)關(guān)節(jié)（軸）連接在一起。對(duì)于一個(gè)6自由度工業(yè)機(jī)器人，它由6個(gè)連桿和6個(gè)關(guān)節(jié)（軸）組成。編號(hào)時(shí)，基座稱為連桿0，不包含在這6個(gè)連桿內(nèi)，連桿1與基座由關(guān)節(jié)1相連，連桿2通過關(guān)節(jié)2與連桿1相連，依此類推。

位置————【課堂認(rèn)知】返回目錄第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日a)實(shí)物圖連桿4連桿6連桿5連桿3關(guān)節(jié)6關(guān)節(jié)5關(guān)節(jié)4關(guān)節(jié)3連桿2關(guān)節(jié)2連桿1關(guān)節(jié)1連桿0b)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)第二十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.3.1機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)問題所處(1)運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題對(duì)給定的機(jī)器人操作機(jī)，己知各關(guān)節(jié)角矢量，求末端執(zhí)行器相對(duì)于參考坐標(biāo)系的位姿，稱之為正向運(yùn)動(dòng)學(xué)

（運(yùn)動(dòng)學(xué)正解或Where問題）。位置————【課堂認(rèn)知】Whereismyhand?返回目錄運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題（示教）機(jī)器人示教時(shí)，機(jī)器人控制器即逐點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)正解運(yùn)算。第二十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日(2)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題對(duì)給定的機(jī)器人操作機(jī)，已知末端執(zhí)行器在參考坐標(biāo)系中的初始位姿和目標(biāo)（期望）位姿，求各關(guān)節(jié)角矢量，稱之為逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)

（運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解或How問題）。

HowdoIputmyhandhere?運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題（再現(xiàn)）機(jī)器人再現(xiàn)時(shí)，機(jī)器人控制器即逐點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解運(yùn)算，并將矢量分解到操作機(jī)各關(guān)節(jié)。第二十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.3.2機(jī)器人的點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)和連續(xù)路徑運(yùn)動(dòng)所處位(1)點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)（PointtoPoint,PTP）PTP運(yùn)動(dòng)只關(guān)心機(jī)器人末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)位姿，不關(guān)心這兩點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡。

置————(2)連續(xù)路徑運(yùn)動(dòng)（ContinuousPath,CP）CP運(yùn)動(dòng)不僅關(guān)心機(jī)器人末端執(zhí)行器達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的精度，而且必須保證機(jī)器人能沿所期望的軌跡在一定精度范圍內(nèi)重復(fù)運(yùn)動(dòng)?！菊n堂認(rèn)知】ZYAX①②③EDBC工業(yè)機(jī)器人PTP運(yùn)動(dòng)和CP運(yùn)動(dòng)第三十頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.3.2機(jī)器人的點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)和連續(xù)路徑運(yùn)動(dòng)所

機(jī)器人CP運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是以點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，通過在相鄰兩點(diǎn)之間采用滿足精度要求的直線或圓弧軌跡插補(bǔ)運(yùn)算即可實(shí)現(xiàn)軌跡的連續(xù)化。機(jī)器人再現(xiàn)時(shí)主控制器（上位機(jī)從）存儲(chǔ)器中逐點(diǎn)取出各示教點(diǎn)空間位姿坐標(biāo)值，通過對(duì)其進(jìn)行直線或圓弧或插補(bǔ)運(yùn)算，生成相應(yīng)路徑規(guī)劃，然后把各插補(bǔ)點(diǎn)的位姿坐標(biāo)值通過運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解運(yùn)算轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)角度值，分送機(jī)器人各關(guān)節(jié)或關(guān)節(jié)控制器（下位機(jī)）。

處位置————

【課堂認(rèn)知】第三十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日關(guān)節(jié)控制器1（下位機(jī)）機(jī)器人主控制器（上位機(jī)）關(guān)節(jié)控制器2（下位機(jī)）機(jī)器人關(guān)節(jié)軌跡角度值θi示教點(diǎn)位姿中間位姿直線/圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題…

關(guān)節(jié)控制器n（下位機(jī)）工業(yè)機(jī)器人的連續(xù)路徑運(yùn)動(dòng)第三十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.3.3機(jī)器人的位置控制所處位實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的位置控制是工業(yè)機(jī)器人的基本控制任務(wù)。關(guān)節(jié)控制器（下位機(jī)）是執(zhí)行計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)伺服電機(jī)的閉環(huán)控制及實(shí)現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動(dòng)作協(xié)調(diào)。置

————【課堂認(rèn)知】關(guān)節(jié)控制器位置調(diào)節(jié)器

速度調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器

功率放大給定+期望++M位置位置---電流反饋光電碼盤位置反饋速度反饋工業(yè)機(jī)器人的位置控制第三十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)及驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的核心技術(shù)是運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，目前工業(yè)機(jī)器人采用的電氣驅(qū)動(dòng)主要有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)兩類。

所處位1．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)置————步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制精密驅(qū)動(dòng)元件，分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁式步進(jìn)電機(jī)和混合式步進(jìn)電機(jī)三種，其中混合式步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，是一種精度高、控制簡(jiǎn)單、成本低廉的驅(qū)動(dòng)方案。

【擴(kuò)展與提高】步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器

第三十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日2．伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)所處伺服電機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸上的角位移或角速度輸出，可分為直流和交流伺服電機(jī)兩大類。

位置————特點(diǎn)：當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。優(yōu)點(diǎn)：①無電刷和換向器，工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低；②定子繞組散熱比較方便；③慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性；④適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)；⑤同功率下有較小的體積和重量。

【擴(kuò)展與提高】伺服電機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器第三十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日本章小結(jié)所

工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分稱為操作機(jī)。通常用自由度、工作空間、額定負(fù)載、定位精度、重復(fù)定位精度和最大工作速度等技術(shù)指標(biāo)來表征工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)的性能。處位

置————

工業(yè)機(jī)器人通常由操作機(jī)、控制器和示教器三部分組成。操作機(jī)是機(jī)器人賴以完成各種作業(yè)的主體部分，一般由機(jī)械臂、驅(qū)動(dòng)-傳動(dòng)裝置以及內(nèi)部傳感器等組成?？刂破魇峭瓿蓹C(jī)器人控制功能的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，一般由控制計(jì)算機(jī)和伺服控制器組成。示教器是機(jī)器人的人機(jī)交互接口，主要由顯示屏和按鍵組成。【

本章小結(jié)

】

工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制是指工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)的過程中，常采用點(diǎn)位（PTP）控制和連續(xù)路徑（CP）控制兩種方式。

第三十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日思考練習(xí)1、填空所(1)______通常作為機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)，反映了機(jī)器人動(dòng)作的靈活性，可處用軸的直線移動(dòng)、擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的數(shù)目來表示。位置(2)工業(yè)機(jī)器人主要由________、_______和_______組成。下圖中1表示————_______；2表示_______；