工业机器人基础ppt课件

第一章产业机器人基础、1、作业空间、作业空间又称作作业范围、作业行程。 工业用机器人执行任务时，手腕的基准点或末端操作器的安装点(末端操作器除外)能够通过的空间一般不包含末端操作器自身能够到达的区域。 目前，单体工业机器人机身的工作范围达到3.5m左右。 2、MOTOMAN-EA1900N弧焊专用机器人为垂直多关节型机器人。 图2-6图2-7这类机器人的工作范围。 3、3、3,2.2.3额定速度相对于结构固定的机器人，由于最大行程一定，因此额定速度越高，运动周期时间越短，作业效率越高。 机器人各关节的运动过程有加速、等速运动、减速制动三个阶段。 机器人的负荷过大时，会产生较大的加速度，启动制动阶段的时间变长，会影响机器人的生产率。 与此相对，必须根据实际的动作周期平衡机器人的额定速度。 4、4、4,2.2.3装载能力、c、加速度的大小、装载能力是指机器人在作业范围内以何种姿势能够承受的最大重量，通常可以用质量、力矩、惯性力矩来表示。 负荷能力不仅与负荷的质量有关，还与机器人的速度、加速度的大小和方向有关。 一般在低速运行中，负荷能力较高。 为了安全起见，将装载能力这一指标决定为高速运行时的装载能力。 通常，装载能力不仅包括装载质量，还包括机器人末端操作器的质量。 5、分辨率、机器人的分辨率由系统设计检测参数决定，受位置反馈检测单元性能的影响。 分辨率包括编程分辨率和控制分辨率。 例如，电机旋转0.1度，机器人臂点(手的前端点)移动的直线距离为0.01mm时，其基准分辨率为0.01mm。 1、编程分辨率，6、编程分辨率与控制分辨率相等时，系统性能最高。 2、控制分辨率、7、7、7,2.2.5工业机器人精度、机器人精度主要体现在定位精度和重复定位精度两方面。 8、如图28所示，重复定位精度的几个典型情况：图a是重复定位精度的测量图b是合理的定位精度，作为良好的重复定位精度的图c是良好的定位精度，作为非常差的重复定位精度的图d是定位精度差，重复定位精度好。 9、此图处理的是概率分布函数问题，不要在中职和高职阶段多加介绍。 可以用投飞镖的例子来说明。这个定位精度差，但重复定位精度好。 虽然定位精度好，但是反复定位精度差。11、MOTOMAN-EA1900N弧焊专用机器人的各技术参数、12、2.1工业机器人的基本结构、第一代工业机器人主要由操作机、控制器和示教器构成。 第二代和第三代工业机器人包括感知系统和分析决策系统，它们分别由传感器和软件实现。操作机、控制器、示教器、13、2.1.1操作机(机器人主体)、操作机(或机器人主体)是工业用机器人的机械主体，是用于执行各种作业的执行机构。 它主要由臂、驱动装置、传动单元、内部传感器等构成。关节型机器人操作机基本构造、伺服电动机减速机、腕关节、小臂、肘关节、臂、大臂、连结凸缘、带传动、腰、肩关节、腰关节、基座、机器人操作机的各关节由交流伺服电动机驱动， 14机器人6个轴： J1:腰部马达J2:肩部马达J3:肘部间距马达J4:肘部间距马达J5:碗部间距马达J6:碗部旋转马达，15、2.1.2控制器(控制盘)工业用机器人控制器从机器人的作业指令程序及传感器进给这是机器人的重要部分和核心部分。 16、基本功能：示教、记忆、位置伺服、坐标设定等。 开发程度：封闭型、开放型、混合型。目前基本上是封闭型系统(例如日系)或混合型系统(例如欧洲系)的控制方式：集中控制和分散控制，也称为17、2.1.3示教盒、示教盒或示教盒，主要由液晶画面和操作按钮构成。 操作者可以用手移动。 在机器人的交互式界面中，机器人的所有操作基本上都是通过它完成的。 示教器基本上是专用的智能终端。18、示教器、S6、S0、S6、S5、S1、S2、S3、S4、主控制模块、运动控制模块、驱动模块、操作器、示教器的数据流关系、19、机器人的技术参数为机器人的有能力机器人的主要技术参数有自由度、分辨率、作业空间、作业速度、作业负荷等。 2.2工业用机器人的主要技术参数，20，2.2.1自由度，1 .机器人自由度定义机器人的自由度是决定机器人手的空间位置和姿势所需的独立运动参数的数量，不包括手开闭自由度。 在三维空间中表现一个物体的位置和姿势需要6个自由度，自由度的数量越多，机器人的构造就越复杂，控制变得困难，因此，当前机器人中经常使用的自由度的数量一般在7个自由度以下。 自由度是机器人的重要技术指标，可以用轴的直线移动、摆动或旋转动作的数量来表示。 21、2 .机器人的自由度的选择(1)一般自由度的选择机器人的自由度是根据机器人的用途设计的，希望机器人以正确的方位将其末端致动器和与其连接的工具移动到指定点。 如果机器人的用途未知，则需要具有6个自由度。机器人的自由度数量越多，运动越灵活，通用性越高。但是，如果结构复杂，刚性也差的工具本身具有某种特别的结构，则可能不需要6个自由度。22、(2)在冗馀自由度机器人的自由度比完成任务所需的自由度多的情况下，将冗馀自由度称为冗馀自由度。 设置冗馀自由度主要是使机器人具有一定的避障能力。 理论上，具有6个自由度的机器人可以实现该工作空间内的任意位置和姿势，但是由于存在特殊位置，因此如果某些关节移动到相应位置，则机器人的自由度退化，一个或多个自由度丢失，并且除了可能存在于工作空间内的障碍物之外，机器人还满足工作要求具有冗馀自由度的机器人具有克服特殊位置、避免障碍、克服关节运动限制、改善动态特性的功能，能够充分提高机器人的工作能力，在运动和动态性能方面具有无与伦比的优势。 如图2-5所示，是臂型的7自由度关节型机器人。 23、24、2.2.2工作空间、工作空间也称为工作范围、工作日程表。 工业用机器人执行任务时，手腕的基准点或末端操作器的安装点(末端操作器除外)能够通过的空间一般不包含末端操作器自身能够到达的区域。 目前，单体工业机器人机身的工作范围达到3.5m左右。 25、MOTOMAN-EA1900N弧焊专用机器人为垂直多关节型机器人。 图2-6图2-7这类机器人的工作范围。 26、2.3坐标系、机器人由运动轴和连杆构成，其运动方式在不同的坐标系中进行，为了掌握机器人的示教方法，首先必须理解机器人的坐标系和各运动轴在不同坐标系中的运动。 主要是关节坐标系绝对坐标系(直角坐标系)圆柱坐标系工具坐标系用户坐标系、2.3.1轮廓、27、关节坐标系机器人的各轴能够独立地向正方向或反方向旋转，关节坐标系是固定于机器人的各关节的坐标系，决定机器人的关节角。 基础坐标系基础坐标系是机器人基础上的固定定义的正交坐标系。 最便于机器人从一个位置移动到另一个位置的坐标系。世界坐标系世界坐标系是固定定义的正交坐标系，缺省世界坐标系与基础坐标系一致。 世界坐标系可以定义机器人单元，所有其它坐标系直接或间接相关于世界坐标系。 适用于微动控制、一般移动以及具有几个机器人和外轴移动机器人的工作站和作业单元。 28、刀具坐标系刀具坐标系是刀具上的直角坐标系。 与机器人工具相连的正交坐标系，随机器人的动作而变化。 通常是机器人编程的最佳坐标系。 用户坐标系用户坐标系是描述工件位置的直角坐标系。 根据29、2.3.2分类，关节坐标系机器人由多个运动关节构成，机器人的各轴能够进行独立的操作，各关节能够进行独立的运动。 运动范围广，不要求机器人的末端姿势时，建议选择关节坐标系。 在关节坐标系中，可以按轴分别移动，用示教器上的相应键控制机器人的按轴示教，其移动方法如表4-1所示。 此外，图4-14的关节坐标系中的各轴的运动、30、表4-1的关节坐标系中的机器人的运动方式、31、2 .绝对坐标系如图4-15所示，将绝对坐标系的原点定义为机器人的安装面与第一旋转轴的交点。 x轴方向前、z轴方向上、y轴由右手定律定义。 在绝对坐标系中，机器人的末端轨迹沿着定义的x、y、z方向运动，其运动方法如表4-2所示。图4-15工业机器人绝对坐标系、32、表4-2绝对坐标系下的机器人的运动方式、33、3 .世界坐标系如图4-16所示，世界坐标系默认与基础坐标系一致，位于机器人的底部，可通过配置软件进行变更。 其运动方式如表4-30所示。 另外，如图4-16工业用机器人的世界坐标系、34、4 .工具坐标系图4-17所示，假定工具坐标系是在工具的前端定义的，工具的有效方向是z轴，x轴垂直于工具平面，y轴是根据右手的法则生成的。 刀具相对于法兰的相对位置和姿势如图4-18所示。 在这里要特别注意，姿势永远不能忘记。 在工具坐标系中，机器人的末端轨迹沿着工具坐标的x、y、z轴方向运动，机器人的运动方式是表4-40、图4-17工具坐标系和各轴的运动、35、表4-4工具坐标系中的机器人的运动方式、36、5 .用户坐标系用户坐标系是根据工作需要自己定义的坐标系，用户使用者可以轻松量测工作区间各点的位置，排定作业，直观地适应人员。 在用户坐标系中，机器人的末端轨迹沿着用户定义的坐标轴方向运动，其运动方法如表4-5所示。 另外，图4-19的用户坐标系和各轴的运动、37、表4-5的用户坐标系中的机器人的运动方式、38、2.3.3TCP运动轨迹、TCP是添加了工具的末端机器人的功能是实现TCP点在空间上预定或指定的运动轨迹TCP。 (工具控制点)固定功能：在关节坐标系以外的坐标系中，具有不改变工具控制点的位置而仅改变工具的朝向(姿势)的TCP固定功能。 TCP固定功能下各轴的运动方式如下表所示。 39、2.3.4奇点、1、奇点形及其不良影响又称特殊位形，是机器人机构的重要运动学特性，是指在机器人作业空间中，手的基准点无法实现任意方向的微小位移或旋转时所对应的机器人位形。 机械手移动到特殊位置时，发生的不良影响主要表现在以下三个方面： (1)减少了机械手的实际操作自由度，在机械手不能向某个方向移动的同时，减少了独立的内部关节变量的数量。 (2)某关节的角速度变得无限大，引起机器人的失控，驱动器脱离了规定的轨迹。(3)由于雅可比矩阵退化，不能实现包括雅可比在内的所有求逆控制方案，特异性是机器人作业空间不可忽视的问题。 40、2、奇异点的本质机器人运动是电机旋转驱动机械运动，重要的问题是将电机旋转转换为机器人TCP点的空间运动的方法。 从机器人的每个轴的角度计算出的TCP点的位置坐标是正解、反解。 奇异点是机器人进行逆解过程时出现的矩阵退化导致多解。 简单理解的话，就不能从TCP点算出关节角。 41、3、3种特异位置应用标准轴运动学系统来区分3个不同的特异位置，它们为上部特异点、完全伸展位置、臂部轴特异点。 最上面的奇点位于A4、A5、A6轴交点处的根节点正好在A1轴上。 如图4-20所示的六轴机器人的四轴和六轴相交(由于大多数机器人的四轴和六轴相交，所以很多机器人存在该奇异点，与机器人的品牌无关，仅与构造有关)。图4-20上部特异点、42、完全延伸特异点图所示的六轴机器人、A2-A3的延长线直接通过A4、A5、A6轴交点处的臂部根节点。 另外，图4-21完全伸出奇点，43、臂的奇点如图所示通