1工业机器人的基本知识ppt课件

1、1、工业机器人的根本知识.主要内容机器人的开展概略机器人的定义国际上的主要机器人消费厂家机器人的运用领域机器人的分类机器人系统的根本构造机器人的技术参数机器人运动学机器人动力学机器人的控制. 1920年，捷克剧作家卡里洛奇别克在其科幻剧本(Rossums Universal Robots)初次运用了ROBOT这个名词，意思是“人造的人。如今已被人们作为机器人的公用名词。“机器人一词的由来第一部分机器人的开展概略.第一代机器人 19世纪50、60年代，随着机构实际和伺服实际的开展，机器人进入了适用阶段。1954年美国的G. C. Devol发表了“通用机器人专利；1960年美国AMF公司消费了柱

2、坐标型Versatran机器人，可进展点位和轨迹控制，这是世界上第一种运用于工业消费的机器人。 70年代，随着计算机技术、现代控制技术、传感技术、人工智能技术的开展，机器人也得到了迅速的开展。1974年Cincinnati Milacron公司胜利开发了多关节机器人；1979年，Unimation公司又推出了PUMA机器人，它是一种多关节、全电机驱动、多CPU二级控制的机器人，采用VAL公用言语，可配视觉、触觉、力觉传感器，在当时是技术最先进的工业机器人。如今的工业机器人在构造上大体都以此为根底。这一时期的机器人属于“示教再现Teach-in / Playback型机器人，只具有记忆、存储才干

3、，按相应程序反复作业，对周围环境根本没有感知与反响控制才干。 机器人的开展概略.第二代机器人 进入80年代，随着传感技术，包括视觉传感器、非视觉传感器力觉、触觉、接近觉等以及信息处置技术的开展，出现了第二代机器人有觉得的机器人。它可以获得作业环境和作业对象的部分相关信息，进展一定的实时处置，引导机器人进展作业。第二代机器人已进入了运用化，在工业消费中得到了广泛运用。 机器人的开展概略第三代机器人 目前正在研讨的“智能机器人，它不仅具有比第二代机器人更加完善的环境感知才干，而且还具有逻辑思想、判别和决策才干，可根据作业要求与环境信息自主地进展任务。 .美国机器人协会(RIA):机器人是一种用于挪

4、动各种资料、零件、工具或公用安装，经过程序动作来执行各种义务，并具有编程才干的多功能操作机。可见，这里的机器人是指工业机器人。日本工业机器人协会(JIRA):工业机器人是一种配备有记忆安装和末端执行安装的、可以完成各种挪动来替代人类劳动的通用机器。国际规范化组织(ISO):机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程才干的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，可以借助可编程操作来处置各类资料、零件、工具和公用安装，以执行各种义务。第二部分机器人的定义 机器人集中了机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制原理以及人工智能等多学科的最新研讨成果，代表了机电一体化的最高成就，是当代科学技术开展最活泼的领域

5、之一。工程技术人员了解和学习机器人学具有重要的意义。.第三部分国际上的主要机器人消费厂家Motoman UP500有效载荷500kg，最大可达长度2542mm，6轴驱动，高可靠性52000小时MTBF，反复定位精度0.5 mm ABB IRB 340专为快速的拾取和放置动作而设计，适用于包装工业中快速而准确地挪动物体.国际上的主要机器人消费厂家多功能，6轴驱动，可运用于焊接、等离子切割、物料保送，64位的CPU，构造紧凑，任务范围广。Panasonic VR-006ALIIFanuc ArcMate 50iB6轴驱动，安装灵敏方便，与主要品牌的焊接设备兼容，先进的运动控制减少了机械磨损。.国际

6、上的主要机器人消费厂家Nachi SH133 高速，分量1260kg，最大载荷133kg，最大可达长度2654mm，6轴驱动，适用于拾取和放置操作。 PI M-840 HexaLight 6轴驱动，低惯量，动态特性好，刚度高，无位置累计误差，高反复定位精度和可靠性。.第四部分机器人的运用领域弧焊机器人 激光焊机器人 电阻焊机器人 自动化焊接机器人 点焊机器人 等离子切割机器人 .机器人的运用领域清洁机器人 上料机器人 物料保送机器人 资料去除机器人 包装机器人 喷漆机器人 .机器人的运用领域部件挪动机器人 装配机器人 打保险机器人 自动钻孔机器人 设备维护机器人 包装机器人 .堆跺机器人 机器

7、人的运用领域涂层机器人 去毛刺机器人 磨销机器人 高温喷涂机器人 .机器人的运用领域医用并联机器人 .机器人的运用领域天文望远镜 绳索机器人 .机器人的运用领域三杆并联机床 .机器人的运用领域Tricept 1005机器人机构简图固定平台框架万向铰链伸缩杆动平台高速铣头机构简图框 架Tricept 1005 机器人及主轴部件高速铣头伸缩杆伺服 电动机.机器人的运用领域六杆并联机床 .机器人的运用领域六足行走机器人 .第五部分机器人的分类串联机器人和并联机器人串联机器人直角坐标系机器人 . 两种根本关节方式 挪动关节Prismatic joint 旋转关节Revolute joint 回转和旋转

8、 典型的关节自在度种类和图形符号挪动关节P回转关节R旋转关节R.机器人的分类串联机器人圆柱坐标系机器人 .机器人的分类串联机器人程度多关节机器人 .机器人的分类并联机器人 .25 并联机构在1965年由Stewart提出原是作为飞行模拟器用于训练飞行员的。机舱由6个液压缸支撑和驱动，可以使机舱获得任何需求的位姿。 澳大利亚著名机构学教授Hunt 在1978年提出。可以运用6自在度的Stewart平台机构作为机器人机构。到80年代末，特别是90年代以来，并联式机器人才被广为主意，并成为了新的热点。.26.27.28.293RPS机构6RSS机构6SPS机构6SPS双三角机构.306RSS机构6P

9、SS机构6SPS单三角机构3RRR球面机构.31机器人本体的资料 制造机器人的资料是多种多样的。选择制造资料时，主要思索以下几个方面： 1资料要能满足机器人的强度和刚度要求； 2资料的加工工艺性好； 3资料的稳定性好； 4资料的密度尽量小； 5资料的本钱尽能够低； 6机器人的用途。 此外，对于一些特殊环境下的机器人，还要思索环境对资料性能的要求和影响。 .32 关节是空间机械臂运动的执行部件, 一个空间机械臂少那么 34 个关节,多那么十几个关节，每个关节要完成产生与传送动力、运动感知、机械衔接三个义务。它通常包括：驱动器多为电机、传动安装、传感器、线束管理安装、数据采集处置电路等部分。 每个

10、关节上还有热控需求的温度传感器、自动控温安装等,以及涂层、包覆、导热、绝热等措施；也要有抗辐照加固和电磁性能控制手段。 在有限的体积和分量下集成如此繁复的功能，多学科一体化设计是处理关节设计与制造问题的关键，需求将电机、减速器、丈量元件等集成在一同并保证其相互协调与匹配。空间机械臂的构造特点 空间机械臂的关节.33 臂杆是机械臂的主要构造部分，用来衔接与支撑关节以及机械臂端部的手爪、视觉的负载。电缆网通常沿臂杆布置，有的在臂杆内部穿过,有的沿臂杆外壁布置。 空间机械臂的臂杆经常采用复合资料制造，以满足轻量化要求。另外在满足强度、刚度要求的前提下，各部件资料在温度变化下的延伸率也是要思索的重要要

11、素。 空间机械臂的臂杆.34 手爪是完成抓握动作的主要工具,由动力源、传动副常采用连杆传动、齿轮传动、丝杠螺母传动等 、手指机构等主要部分构成。 空间机械臂的手爪经常根据作业需求而设计为多套组合方式。 空间机械臂的手爪.35 模块化的空间机械臂 模块化设计是未来空间机械臂设计的一个开展方向。.第六部分机器人系统的根本构造机械本体：机器人的机械本体机构根本上分为两大类，一类是操作本体机构，它类似人的手臂和手腕，另一类为挪动型本体构造，主要实现挪动功能。 驱动伺服单元：伺服单元的作用是使驱动单元驱动关节并带动负载按预定的轨迹运动。已广泛采用的驱动方式有：液压伺服驱动、电机伺服驱动，气动伺服驱动。3

12、. 计算机控制系统：各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出。机器人通常采用主计算机与关节驱动伺服计算机两级计算机控制。传感系统：除了关节伺服驱动系统的位置传感器称作内部传感器外，还配备视觉、力觉、触觉、接近觉等多种类型的传感器称作外部传感器。5. 输入/输出系统接口：为了与周边系统及相应操作进展联络与应对，还应有各种通讯接口和人机通讯安装。.第七部分机器人的技术参数自在度：机器人所具有的独立运动坐标轴的数目，有时海包括手爪末端操作器的开合自在度。在三维空间中描画一个物体的位姿位置和姿态需求6个自在度。工业机器人的自在度是根据其用途而设计的，能够小于6个自在度，也能够大于6个自

13、在度。例如，A4020装配机器人具有4个自在度，可以在印刷电路板上接插电子器件，PUMA562机器人具有6个自在度，可以进展复杂空间曲面的弧焊作业。精度：包括定位精度和反复定位精度。定位精度是指机器人手部实践到达位置与目的位置之间的差别。反复定位精度是指机器人手部反复定位于同一目的位置的才干用规范偏向表示。任务空间：机器人手臂末端或手腕中心所能到达的一切点的集合包括外形和大小。最大任务速度：指工业机器人主要自在度上最大的稳定速度，或手臂末端的最大合成速度。承载才干：指机器人在任务范围内的任何位姿上所能接受的最大分量。承载才干不仅不仅决议于负载的质量，还与机器人运转的速度和加速度有关。.第八部分

14、机器人运动学运动学正问题：知机器人各杆件的几何参数和关节变量，求末端执行器相对于笛卡儿坐标系的位置和姿态。运动学逆问题：知机器人各杆件的几何参数，给定末端执行器相对于笛卡儿坐标系的位置和姿态，确定关节变量的大小。一个刚体在三维空间中具有6个自在度，即3个挪动自在度和3个转动自在度。齐次变换矩阵旋转矩阵平移坐标.机器人运动学 雅可比矩阵在机器人技术中占有重要位置：利用雅可比矩阵可以建立机器人末端执行器在笛卡儿坐标系中的速度与各关节速度间的关系，以及外界环境对末端执行器的作用力/力矩与各关节力/力矩间的关系。 对于n自在度的机器人，其关节变量为 ,机器人末端执行器在笛卡儿坐标系中的位姿 求导可得.

15、机器人运动学雅可比矩阵的运用之一：分别速度控制当采用计算机控制时，把速度表示为位置增量的方式当n6时，J不是方阵，雅可比矩阵的逆用其伪逆雅可比矩阵的运用之二：静力学分析机器人末端执行器与外界环境的接触力为n个关节的驱动力为那么 当要求机器人沿某轨迹运动时，P为知，由上式求得关节变量的增量Q，于是可以确定各关节的变量值，由伺服系统实现位置控制。.第九部分机器人动力学 机器人动力学是研讨机器人各关节的驱动力/力矩与机器人末端执行器的位姿、速度和加速度之间的动态关系。由于机器人的复杂性，其动力学模型通常是一个多自在度、多变量、高度非线性、多参数耦合的复杂系统。建立机器人动力学模型的方法主要有拉格朗日

16、法和牛顿欧拉法。.机器人动力学拉格朗日法拉格朗日函数L定义为系统动能K和位能P之差，即由拉格朗日函数L描画的系统动力学方程为i=1,2,n 其中 n为连杆数目； qi为广义坐标；为广义速度；为作用在第i个关节上的广义力 用拉格朗日法推导机器人的动力学模型可按以下步骤进展：a.计算任一连杆上任一点的速度；b.计算各连杆的动能和机器人的总动能；c. 计算各连杆的位能和机器人的总位能；d.建立机器人系统的拉格朗日函数；e.对拉格朗日函数求导，得到机器人的动力学方程 .机器人动力学牛顿欧拉法刚体的普通运动可以分解为随质心的平动和绕质心的转动 随质心平动的动力学特性可用牛顿定理来描画 绕质心转动的动力学

17、特性可用欧拉定理来描画 用牛顿欧拉法和拉格朗日法建立机器人动力学模型的最大不同之处在于：牛顿欧拉方程描画的是机器人系统中每一个刚体的动力学特性，得出的动力学模型为联立方程组，而拉格朗日方程可以描画机器人系统中多刚体的动力学特性，可以得到封锁方式的动力学模型。.机器人动力学动力学模型的普通方式惯性力项 与离心加速度和哥氏加速度有关的项 重力项 广义力项 .第十部分机器人的控制轨迹控制运动控制 动态控制 “运动控制完全不思索机器人的动力学特性，只是按照机器人实践轨迹与期望轨迹间的偏向进展负反响控制，控制器常采用位置和速度增益控制。 “动态控制引入了一个内控制回路，对机器人动力学特性进展动态补偿，使机器人转化为解耦的线性定常系统。内控制回路补偿器通常采用各种动力学补偿和反响线性化等方法，外控制回路的设计可采用位置和速度增益控制、自顺应控制、变构造控制及各种鲁棒控制设计方法等。“运动控制控制律简单，易于实现。但难以保证机器人具有良好的动态和静态质量，主要运用于定点控制。“动态控制可使机器人具有良好的动态和静态质量，但需求在线进展机器人动力学计算，主要运用于