14-15机械制造技术自动化-工业机器人要点

1、工业机春人组成:工业.程序、装置.(1)执行机构(2)控制系统(3)驱动系统(4)其它1 一机座2控制系统3执行机构X、Y、Z轴移动工业机器人分类按坐标形式、控制方式和信息输入方式分类直角坐标、圆柱坐标.极坐标、关节坐标 直角坐标机器人：用三根互 相垂直的轴线来完成末段执行器的移动。优点：位置精度高；控制无報合；避障性好。缺点：结构庞大；灵活性差。直角坐标机器人 桁架机器人 龙门机器人工业机器人分类直角坐标.圆柱坐标.极坐标.关节坐标按坐标形式、控制方式和信息输入方式分类X、Z轴移动，Z轴转动圆柱坐标机器人圆柱坐标机器人：用两个移 动一个转动完成末段执行器 的移动。优点：位置精度较高；控制 報

2、合简单；避障性好。缺点：结构庞大；灵活性较 差.X轴移动，Y、Z轴转动极坐标机器人基座移动，各关节轴转动关节坐标机器人工业机器人分类-一按坐标形式、控制方式和信息输入方式分类直角坐标.圆柱坐标.极坐标.关节坐标极坐标机器人：用一个移动 两个转动完成未端执行器的 移动。优点：位置精度尚可；控制 耦合简单；缺点：结构庞大；灵活性较 差。有平衡问题。工业机器人分类-一按坐标形式、控制方式和信息输入方式分类直角坐标.圆柱坐标.极坐标.关节坐标关节坐标机器人：用多个关 节的转动（配合基座移动） 完成末端执行器的移动.优点：灵活性高；避障性好; 工作范围大。缺点：控制耦合；复杂位置 精度较差；有平衡问题.

3、«r»工业机器人分类按坐标形式、控制方式和信息输入方式分类点位控制.连续轨迹控制10«r»#«r»只在目标点处控制末端执 行器的位置与姿态末端执行器在空间中任何位置与姿态都需控制#«r»#«r»11工业机器人分类按坐标形式、控制方式和信息输入方式分类入操作.示教再现.固定程序/可变程序.程序控制.智能机器人人操作机器人选择工业机器人性能指标(1) 自由度(2) 工作空间(3) 提取重力(4) 位置精度(5) 运动速度定程序/可变程序机器人无独立控制系统程序控制机器人有独立控 制系统一般机器人是指

4、不具有智能，只具有一 般编程能力和操作功能的机器人智能机器人：能感知环境 ,“思考”出采用什么样 的动作，做出皮血。传感型；交互型；自主型r指各关节在三维空间对于固定坐标系具有的独立运动。各关节自由度的总和就是工业机 器人的自由度数.自由度越多越好？央持器开合计自由度吗？选择工业机器人性能指标(1) 自由度指末端执行器能到达的空间范围.与(2) 工作空间1> 关节自由度及关节的运动范围有关.(3)提取重力(4) 位置精度(5) 运动速庚14#选择工业机器人性能指标(1)自由度(2)(3)(4)(5)工作空间提取重力 位置精度运动速度微型机器人，提取重力在10N以卜；ZX 小型机器人，提取

5、巫力为1050 N： 中型机器人，捉取重力为50300 N；vy 大型机器人，提取巫力为300500 N； 重型机器人，捉取重力在500N以上#选择工业机器人性能指标(1) 自由度(2) 工作空间(3) 提取重力|位置精度的离低取决于位置控制方式以及机(4) 位置精度1=9器人运动部件本身的精度和刚度，此外还与(5) 运动速度|提取重力和运动速度等因素有密切的关系。I运动速度高，效率高，但机器人所承受的动栽荷增大，必将在加减速时承受较大的惯性 力，影响机器人的工作平稳性和位査精度。机器人的发展趋势18二工业机器人的机械与驱动系统末端执行器：直接执行作 业的装置。手指式模拟人手抓取物料；适应复杂

6、表面的抓取 及一些复杂动作的执行。的抓取机械夹持器结构与被夹零件的关系有驱动装置21回转型传动机构m 2 !5 回动机构)紅杆式b)册哺式杠秆1特苏)«a点iiH*【秤式d) *条侍佗“林成 )1一斤休 2，壇子 4 mHjn 3nil 6n«i ?t» sxh b) l-K«fF 2 H住)3-ti« 4r« S-V VfS &-T.件e) 12杆 1? 4逵杆 , TWlrtn 6-于拾 « V lift 9一丄件 d) I売悴 2-总仟 AM* AHMJ絵 5-T» 6-vnm 丁件0平移型传动机构图

7、2-16 平移型传动机构a)四连杆机构平移电于部b)血线平移取手部结构1骡动器 2驱动元件 3主动摇杆4从动摇杆* 5丁井手腕：改变.调整末端执行器的方位。原则:(1)尽可能减少手腕的自由度(可 以为0)。：手腕Xco(2)结构紧凑0二工业机器人的机械与驱动系统执行机一机器人机械操作手臂：末端执行器、手腕.手臂、机座图8 7机器人手臂运动示意图手臂：影响工作范围的主要因素。作用：(1) 承重(2) 工作范围内完成工件运送二工业机器人的机械与驱动系统机械式、液压式.气压式、电气式机械式驱动：可靠性高、成本低；重量大、动作平滑性差、噪声大。 液压式驱动：抓取能力大、传动平稳；密封性要求较高、不宜在

8、高 温或低温现场工作。气压式驱动动作迅速、.价格低廉稳定性差二抓取能力小.电气式驱动：目前多釆用交流伺服电机驱动，可以直接驱动机构运动，也可以通过谐波减速器装置减速后驱动机构运动。三工业机器人控制技术工业机器人控制的特点：机器人的负载、惯量、 重心都随时间发生变化+非线性、多变耦合+优化、决策的问题+动作要求精确和可重复1工业机器人控制方式的分类:(1) 按运动轨迹分类：点位控制、连续轨迹控制 u(2) 按是否反馈分类：非伺服控制、伺服控制 二(3) 按发展阶段分类:程序控制二适应性控制二人工智能控制 匚二(4) 按运动方式分类：直角坐标控制、极坐标控制、关节控制(5) 按速度控制分类：速度控

9、制、加速度控制、力控制目的：关节、手在特定的时间到达特定的位置, 由谁来给定指令？31(1)按运动轨迹分类：点位控制.连续轨迹控制。匸J特点：只控制机器人手部在作业 空间中某些规定的离散点上的位 姿特点：连续的控制机器人手部在 作业空间中的位姿，要求其严格 的按照预定的路径和速度在一定 的精度范围内运动技术指标：定位精度和运动所需的时间点位控有多快?应用：上下料、搬运、点焊等技术指标：部位姿的轨迹跟踪 精度及平稳性应用：弧焊.喷漆、涂胶等(2)按是否反馈分类：非伺服控制、伺服控制。匚二特点：严格预先编制的控制程序 来控制机器人的动作顺序，在控 制过程中没有反馈信号，不能对 机器人的作业进展及作

10、业的质量 好坏进行监测特点：釆用内部传感器连续测量 机器人的关节位移.速度、加速 度等运动参数，并反馈到驱动单 元构成闭环伺服控制可扩展成 适应型、智能型机器人应用：作业相对固定、作业程序 简单.运动精度要求不高的场合33(3) 按发展阶段分类：程序控制.适应性控制、人工智能控制 二程序控制：按照事先设定的程 序(色括顺序.条件及位置等) 逐步动作的机器人，用于完成单 调、重复的作业，如机床的上下 料、工件搬运等.大批量少品种 的生产系统。人工智能控制：Sophia (机器人)与上扌予人入寸话人工智能会取代人类吗适应性控制：能感知周围环境 ,对环境的改变进行适应，并改 变工作执行过程，需通过传

11、感器 反馈系统实现。目的：关节、手在特定的时间到达特定的位置, 由谁来给定指令？由人来给定指令：工业机器人示教再现控制人关节手（实际位置）由计算机计算出指令：工业机器人控制系统手（理论位置）计算机关节工业机器人示教再现控制:记忆控制过程:示教人员将机器人作业任务中要求手的运动预先教给机器 人，在示教的过程中，机器人控制系统就将关节运动状态参数 记忆存储在存储器中。当需要机器人工作时，机器人的控制系 统就调用存储器中存储的各项数据，驱动关节运动，使机器人 再现示教过的手的气动，由此完成要求的作业任务。仄茲照经验进行示教I工业机器人示教再现控制:示教方式机器人示教的方式种类繁多，总的可以分为集中示

12、教方式 和分离示教方式。1. 集中示教方式将机器人手部在空间的位姿、速度、动作顺序等参数同时 进行示教的方式，示教一次即可生成关节运动的伺服指令。2、分离示教方式将机器人手部在空间的位姿.速度、动作顺序等参数分开 单独进行示教的方式，一般需要示教多次才可生成关节运动的 伺服指令，但其效果要好于集中示教方式。工业机器人示教再现控制:示教方式当对用点位控制的点焊、搬运机器人进行示教时，可 以分散示教，且能进行编辑、修改等工作，但是机器人手 部在作曲线运动而且位置精度要求较高时，示教点数就会 较多，示教时间就会拉长，且在每一个示教点处都要停止 和启动，因此就很难进行速度的控制。当对用连续轨迹控制的弧

13、焊、喷漆机器人进行示教时 ,示教操作一旦开始就不能中途停止，必须不中靳的连续 进行到底，且在示教途中很难进行局部的修改。工业机器人示教再现控制:记忆过程40401记忆速度取决于传感器的检测速度.变换装置的转换速度和控 制系统存储器的存储速度。2.记忆容量取决于控制系统存储器的容量。工业机器人控制系统：由于机器人的控制过程中涉及大量的坐标变换和插补运算 以及较氐层的实时控制，所以，目前的机器人控制系统在结构 上大多数采用分层结构的微型计算机控制系统，通常釆用的是 两级伺服控制系统一一关节运动伺服命令的生成.关节运动的 伺服控制。4040数学运算全局丿403 关节驱动器将此信号D/A转换后驱动各个

14、关节产生运动驱动动三年;I叨机器人各 曲遍鸟畸翕二步卜空 词场运运动位匸还驱动装置二二控制系统第二步人机对话一级（上位机）輕型计算机通信二圾（下位机） 单片机 运动控制国I伺昭驱动装关节运动手的运动工业机器人控制系统:数学运算内部传感爲数据存储全局反馈硬件组成控制器彳上位机：个人微机.小型计算机2人机对话数学运算通信数据存储运动控制器-伺服驱动检测传感器下位机：单片机、'内部传感器：自身关超动状态检测外部传感器：外部环境参数变化检测工业机器人控制系统:数学运算软件组成系统软计算机操作系统-> 个人微机、小型计算机系统初始化程序单片机.运动控制器动作控制软件T实时动作解释执行程序应

15、用软件运算软件T运动学.动力学和插那锂序 编程软件-> 作业任务程序编制环瞬序 监控软件T实时监视.故障报警等程序如何用计算机来生成关节运动伺服指令?机器人手机器人各关节运动变化规律运动变化规律首先要对机器人的作业任务进行描述，得到机器人手 部在空间的位姿变化，然后根据机器人运动学方程及其逆 解并通过适当的插补运算求出机器人各个关节的位移、速 度等运动参数的变化，再通过动力学运算最终生成机器人 关节运动所需的伺服指令。点位控制下的轨迹规划实现过程?第一步：已知机器人手起点和终点的位姿mbQiA9iB得到机器人对应的关节变量的取值。实现方法第二步：已知机器人起点和终点的关节变量取值QiAQiB问题：起点的变量取值如何变化到终点的变量取值?点位控制下的轨迹规划实现过程？第二步：已知机器人起点和终点的关节变量取值QiA IIIB QiB问题：起点的变量取值如何变化到终点的变量取值?线性变化加速度无冲击W) q(tyX%)0円 0(010：11aJ弛）K !ir 、点位控制下的轨迹规划实现过程?第三步：已知机器人关节的运动速度和加速度么 9么J求关节的驱动力（耘）。实现方法连续控制下的轨迹规