机器人基础知识

机器人应用技术第一页，共40页。机器人应用技术机器人的技术参数2.3.1机器人的参数2.3.2机器人的举例第二页，共40页。机器人应用技术第二节机器人的主要技术参数一、机器人的参数二、机器人的举例第三页，共40页。Compiledby:DongChunli１．自由度２．工作空间３．工作速度４．工作载荷５．控制方式６．驱动方式７．重复精度8．精度、重复精度和分辨率2.3.1机器人的参数第四页，共40页。Compiledby:DongChunli1．自由度自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。2．工作空间机器人的工作空间是指机器人手臂或手部安装点所能达到的所有空间区域，不包括手部本身所能达到的区域。3．工作速度机器人在工作载荷条件下、匀速运动过程中，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。2.3.1机器人的参数第五页，共40页。Compiledby:DongChunli4．工作载荷机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量（包括手部）。用质量、力矩、惯性矩来表示。

5．控制方式机器人用于控制轴的方式，是伺服还是非伺服，伺服控制方式是实现连续轨迹还是点到点的运动。6．驱动方式驱动方式指关节执行器的动力源形式。7．精度、重复精度和分辨率精度、重复精度和分辨率用来定义机器人手部的定位能力。2.3.1机器人的参数第六页，共40页。Compiledby:DongChunli１．自由度自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。机器人的自由度表示机器人动作灵活的尺度，一般以轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示，手部的动作不包括在内。机器人的自由度越多，就越能接近人手的动作机能，通用性就越好；但是自由度越多，结构越复杂，对机器人的整体要求就越高，这是机器人设计中的一个矛盾。工业机器人一般多为４～６个自由度，７个以上的自由度是冗余自由度，是用来避障碍物的。第七页，共40页。Compiledby:DongChunli１．自由度机器人臂部位置在xO1y面内有三个独立运动升降(L1)、伸缩(L2)、和转动(Φ1)，腕部在xO1y面内有一个独立的运动转动(Φ2)。机器人手部位置需要一个独立变量手部绕自身轴线O3C的旋转Φ3。第八页，共40页。Compiledby:DongChunli２．工作空间机器人的工作空间是指机器人手臂或手部安装点所能达到的所有空间区域，不包括手部本身所能达到的区域。机器人所具有的自由度数目及其组合不同，则其运动图形不同；而自由度的变化量(即直线运动的距离和回转角度的大小)则决定着运动图形的大小。第九页，共40页。Compiledby:DongChunli３．工作速度工作速度是指机器人在工作载荷条件下、匀速运动过程中，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。确定机器人手臂的最大行程后，根据循环时间安排每个动作的时间，并确定各动作同时进行或顺序进行，就可确定各动作的运动速度。分配动作时间除考虑工艺动作要求外，还要考虑惯性和行程大小、驱动和控制方式、定位和精度要求。为了提高生产效率，要求缩短整个运动循环时间。运动循环包括加速度起动，等速运行和减速制动三个过程。过大的加减速度会导致惯性力加大，影响动作的平稳和精度。为了保证定位精度，加减速过程往往占去较长时间。第十页，共40页。Compiledby:DongChunli４．工作载荷机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量(包括手部)。用质量、力矩、惯性矩来表示。负载大小主要考虑机器人各运动轴上的受力和力矩，包括手部的重量、抓取工件的重量，以及由运动速度变化而产生的惯性力和惯性力矩。一般低速运行时，承载能力大，为安全考虑，规定在高速运行时所能抓取的工件重量作为承载能力指标。工业机器人承载能力范围较大，目前最大可达1000Kg第十一页，共40页。Compiledby:DongChunli５．分辨率机器人的分辨率由系统设计检测参数决定，并受到位置反馈检测单元性能的影响。分辨率是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角度。精度和分辨率不一定相关。一台设备的运动精度是指命令设定的运动位置与该设备执行此命令后能够达到的运动位置之间的差距，分辨率则反映了实际需要的运动位置和命令所能够设定的位置之间的差距。分辨率分为编程分辨率与控制分辨率，统称为系统分辨率。编程分辨率是指程序中可以设定的最小距离单位，又称基准分辨率。第十二页，共40页。Compiledby:DongChunli6．精度精度是一个位置量相对于其参照系的绝对度量，指机器人手部实际到达位置与所需要到达的理想位置之间的差距。机器人的精度主要依存于机械误差、控制算法误差与分辨率系统误差。机械误差主要产生于传动误差、关节间隙与连杆机构的挠性。传动误差是由轮齿误差、螺距误差等所引起的；关节间隙是由关节处的轴承间隙、谐波齿隙等引起的；连杆机构的挠性随机器人位形、负载的变化而变化。分辨率系统误差可取1/2基准分辨率。其理由是基准分辨率以下的变位既无法编程又无法检测，故误差的平均值可取1/2基准分辨率。机器人的精度可认为是1/2基准分辨率与机构误差之和，即：机器人的精度=1/2基准分辨率+机构误差第十三页，共40页。Compiledby:DongChunli7．重复精度重复精度指在相同的运动位置命令下，机器人连续若干次运动轨迹之间的误差度量。如果机器人重复执行某位置给定指令，它每次走过的距离并不相同，而是在一平均值附近变化，该平均值代表精度，而变化的幅度代表重复精度。所以，重复定位精度是关于精度的统计数据。第十四页，共40页。Compiledby:DongChunli8．精度、重复精度和分辨率精度：一个位置相对于其参照系的绝对度量，指机器人手部实际到达位置与所需要到达的理想位置之间的差距。重复精度：在相同的运动位置命令下，机器人连续若干次运动轨迹之间的误差度量。如果机器人重复执行某位置给定指令，它每次走过的距离并不相同，而是在一平均值附近变化，该平均值代表精度，而变化的幅度代表重复精度。分辨率：指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角度。精度和分辨率不一定相关。一台设备的运动精度是指命令设定的运动位置与该设备执行此命令后能够达到的运动位置之间的差距，分辨率则反映了实际需要的运动位置和命令所能够设定的位置之间的差距。第十五页，共40页。Compiledby:DongChunli8．精度、重复精度和分辨率图2-4给出了分辨率精度和重复精度的关系。工业机器人的精度、重复精度和分辨率要求是根据其使用要求确定的。机器人本身所能达到的精度取决于机器人结构的刚度、运动速度控制和驱动方式、定位和缓冲等因素。由于机器人有转动关节，不同回转半径时其直线分辨率是变化的，因此造成了机器人的精度难以确定。由于精度一般难测定，通常工业机器人只给出重复精度。第十六页，共40页。Compiledby:DongChunli8．精度、重复精度和分辨率表2-3为不同作业机器人要求的重复精度。第十七页，共40页。Compiledby:DongChunli美国DENSO公司的XYC4-G系列直角坐标机器人。美国Unimation公司的VERSATRAN系列圆柱坐标机器人L-1000型CO2激光切割机器人是典型的极坐标型机器人日本安川公司生产的MOTOMANUP6型通用工业机器人典型的多关节坐标型机器人深圳市众为兴数控技术有限公司生产的ADT-600×4G300-5机器人是典型的平面多关节坐标型机器人。2.3.2实用机器人举例分析第十八页，共40页。直角坐标机器人美国DENSO公司的XYC4-G系列直角坐标机器人。适用于小型工作空间的紧凑尺寸。宽泛的变化：左臂类型、右臂类型。48种行程。利用高强度滑动单元可获得最大负载：10kg的物体。用于大功率或精细任务的两种驱动功率模式标准配置：6套空气管线系统，10个信号阀和电磁阀。Compiledby:DongChunli第十九页，共40页。直角坐标机器人Compiledby:DongChunli第二十页，共40页。直角坐标机器人Compiledby:DongChunli第二十一页，共40页。Compiledby:DongChunli美国Unimation公司的VERSATRAN系列圆柱坐标机器人，见图2-19所示。为一台持重30kg，供搬运、检测、装配用的圆柱坐标型工业机器人圆柱坐标机器人第二十二页，共40页。Compiledby:DongChunli自由度：共有三个基本关节1,2,3和两个选用关节4,5；工作范围：见图b所示；关节移动范围及速度：A13000

A2500mm 600mm/sA3500mm 1200mm/sA43600A51900重复定位误差：控制方式：五轴同时可控，点位控制；持重（最大伸长、最高速度下）：30kg驱动方式：三个基本关节由交流伺服电动机驱动，并采用增量式角位移检测装置。圆柱坐标机器人第二十三页，共40页。极坐标机器人激光切割机器人有CO2气体激光和YAG固体激光切割机器人。通常激光切割机器人既可进行切割又能用于焊接。Compiledby:DongChunli第二十四页，共40页。项目技

术

参

数动作形态极坐标式控制轴数5轴（θ、W、R、γ、β）设置状态固定在地面或悬挂在门架上工作范围θ轴（°）200W轴（°）60R轴（mm）1200γ轴（°）360β轴（°）280最大动作速度θ轴（°/s）90W轴（°/s）70R轴（mm/s）90γ轴（°/s）360β轴（°/s）360手臂前段可携带质量（kg）5驱动方式交流伺服电机伺服驱动控制方式数字伺服控制位置重复精度（mm）±0.5激光反射镜数量4激光进入口直径（mm）62辅助气体管路系统2套光路清洁用空气管路系统1套激光反射镜冷却水系统进、出水各1套机械结构部分的质量（kg）580Compiledby:DongChunli第二十五页，共40页。多关节坐标型机器人日本安川公司生产的MOTOMANUP6型通用工业机器人Compiledby:DongChunli第二十六页，共40页。基本参数机械结构垂直多关节型自由度数6载荷质量6kg重复定位精度±0.08mm本体质量130kg安装方式地面安装电源容量1.5kV·A最大动作范围S轴（回旋）±170°L轴（下臂倾动）+155°、–90°U轴（上臂倾动）+190°、–170°R轴（手臂横摆）±180°B轴（手腕俯仰）+225°、–45°T轴（手腕回旋）±360°最大速度S轴2.44rad/s（140°/s）L轴2.79rad/s（160°/s）U轴2.97rad/s（170°/s）R轴5.85rad/s（335°/s）B轴5.85rad/s（335°/s）T轴8.37rad/s（500°/s）容许力矩R轴11.8N·m（1.2kgf·m）B轴9.8N·m（1.0kgf·m）T轴5.9N·m（0.6kgf·m）容许转动惯量R轴0.24 kg·m2B轴0.17kg·m2T轴0.06kg·m2标准涂色活动部位：淡灰色固定部位：深灰色电动机：黑色安装环境温度0～45 °C湿度（20～80）

%RH（不能结露）振动4.9m/s2以下其他避免接触易燃及腐蚀性气体或液体；不可接近水、油、粉尘等；远离电气噪声源Compiledby:DongChunli第二十七页，共40页。多关节坐标型机器人Compiledby:DongChunli第二十八页，共40页。平面多关节坐标型机器人深圳市众为兴数控技术有限公司生产的ADT-600×4G300-5机器人是典型的平面多关节坐标型机器Compiledby:DongChunli第二十九页，共40页。型号ADT-600X4G100ADT-600X4G200ADT-600X4G300轴规格X轴手臂长度350mmY轴手臂长度250mmZ轴行程100mm200mm300mmX轴旋转范围±115°Y轴旋转范围±145°R轴旋转范围±360°电机规格X轴400WY轴200WZ轴（带刹车）200WR轴100W最高速度X速度225°/sY速度225°/sX、Y轴合成3.3m/sZ速度0.8m/sR速度360°/s重复定位精度X、Y轴±0.05mmZ±0.02mmR±0.02°最大负载3KG/5KG用户用信号线0.12sq×25用户配管φ6×3线限位保护1.软件限位

2.机械限位（X、Y、Z轴）重量40KGCompiledby:DongChunli第三十页，共40页。Compiledby:DongChunli相关术语及性能指标关节（Joint）：即运动副，允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。第三十一页，共40页。Compiledby:DongChunli相关术语及性能指标连杆（Link）：机器人手臂上被相邻两关节分开的部分。第三十二页，共40页。Compiledby:DongChunli刚度（Stiffness）：机身或臂部在外力作用下抵抗变形的能力。它是用外力和在外力作用方向上的变形量（位移）之比来度量。相关术语及性能指标第三十三页，共40页。Compiledby:DongChunli自由度（Degreeoffreedom）：或者称坐标轴数，是指描述物体运动所需要的独立坐标数。手指的开、合，以及手指关节的自由度一般不包括在内。相关术语及性能指标第三十四页，共40页。Compile