工业机器人技术238

工业机器人埃斯顿机器人在生产线装配美国：一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行各种任务，并具备编程能力的多功能操作机（manipulator）

工业机器人定义日本：一种能够执行与人的上肢类似动作的多功能机器

中国：一种能够自动定位控制、可重复编程的、多功能、多自由度的操作机。它能搬运材料、零件和夹持工具、用以完成各种作业。

工业机器人--工业机械臂--工业机械手可编程

：工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。

工业机器人特点拟人化

：工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”通用性：一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。

恶劣工作环境，危险工作

工业机器人应用图1.9燃料自动交换机特殊作业场合

工业机器人应用自动化生产领域工业机器人应用1.焊接机器人

2.材料搬运机器人

3.装配机器人4.喷漆和喷涂5.激光加工机器人6.AGV焊接机器人

埃斯顿焊接机器人2埃斯顿焊接机器人材料搬运机器人

埃斯顿机器人在机床上下料装配机器人

装配机器人

喷涂机器人

埃斯顿机器人在喷涂激光加工机器人

AGV

新松AGV减少劳动力费用；提高生产率；改进产品质量；增加制造过程柔性；减少材料浪费；控制和加快库存的周转；降低生产成本；消除了危险和恶劣的劳动岗位。工业机器人的优势全球现状工业机器人应用现状全球现役工业机器人108万台。过去10年，机器人的价格降低约80%，还在继续下降，而欧美劳动力成本上涨了50%。机器人应用有两种模式：一种是单台机器人工作单元，另一种是使用机器人的生产线。后者在国外已经成为机器人应用的主要方式。在发达国家，机器人自动化生产线已形成一个巨大的产业，年市场容量约为2000亿美元国内现状工业机器人应用现状我国工业机器人的需求量将以每年30％以上的速度增长。

2012年中国工业机器人销量为2.7万台，同比增长17%，2013年中国市场工业机器人销售总量比2012年增长约36％。中国不仅已经成为世界上最大的机器人市场，也是成长最快的市场。从绝对数量上看，中国的机器人数量仅为日本的18%、德国的35%；在汽车产业，每万名工人中机器人数量只有90台，而日本有1600多台，美国有800多台。工业机器人应用从单台机器人单元向使用机器人的生产线方向发展。一般企业都不具备将机器人集成到生产系统的能力，因此对机器人的需求也就转化为对机器人及其自动化成套装备的需求。国内现状工业机器人应用现状为了扶持本土的机器人产业，国家近两年已出台相关政策，并颁布《关于推进工业机器人产业化发展的指导意见》。上海、浙江、江苏、安徽、福建、重庆、洛阳、广州、芜湖等10省市出台了机器人扶持政策，政策热潮使企业数量激增。截至2014年5月，国内工业机器人企业总量353家，其中做系统集成的占86％，做伺服系统的占5.67％，做控制器的占4.25％，做减速器的占3.68％。机器人与人力成本比较

成本类型类型比较机器人成本人工成本“雇佣”成本3.5万/年4.5万/年“福利”成本7000~10000/年1.5万/年质量损耗很低2万/年生产效率1机器人=3工人成本总计30万（1~2年可收回成本）8万/年

行业从业人员（万）机器人普及率（台/万人）美/德/日/韩等对比（台/万人）机器人需求量（万台）汽车500801104/1175/1710/89545~86电子、电气77011280/255/1200/145020~112食品饮料310-120037化工4302065/105/150/251~6塑料、橡胶35035450/440/580/40014~20金属制品60021135/261/339/3478~21合计(约为总量75%）125~282总需求量167~3762013年国内工业机器人市场需求潜力工业机器人技术参数1.结构形式

2.自由度

3.重复定位精度

4.工作范围

5.最大速度

6.承载能力

7.控制方式

8.驱动方式工业机器人技术参数举例工业机器人技术参数举例三菱装配机器人MovemasterEXRV-M1机械结构五自由度，立式关节式机器人工作空间腰部转动300°（最大角速度120°/秒）肩部转动130°（最大角速度72°/秒）肘部转动110°（最大角速度190°/秒）腕部俯仰±90°（最大角速度100°/秒）腕部翻转±180°（最大角速度163°/秒）臂长上臂250mm前臂160mm承载能力最大1.2kgf（包括手爪）最大线速度1000mm/秒（腕表面）重复定位精度0.3mm（腕旋转中心）驱动系统直流伺服电机机器人重量约19kgf电机功耗J1到J3轴：30W；J4、J5：11W1.结构形式工业机器人技术参数指机器人运动链的形式，包括并联、串联、混合形式，决定了机器人适应的行业。串联机器人就像人的一个手拿东西，而并联机器人就相当于两个手或更多手一起拿东西。

串联机器人研究得较为成熟，具有结构简单，成本低，控制简单，运动空间大等优点，缺点是最大速度和刚度较差。已成功应用于很多领域，如各种机床，装配车间等。

并联机器人起步较晚，还有很多理论问题没有解决。但由于并联机器人具有刚度大，承载能力强，精度高，速度高，末端件惯性小等优点，在高速，大承载能力的场合，与串联机器人相比具有明显优势。已有很多成功应用的案例。比如运动模拟器，delta机器人等。但是工作范围小启帆并联机器人视频并联机器人运动模拟平台工业机器人技术参数机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，不包括手爪(末端操作器)的开合自由度。2.自由度工业机器人的自由度是根据其用途而设计的，可能小于六个自由度，也可能大于六个自由度。例如，ER5-4B-800装配机器人具有四个自由度，可以在印刷电路板上接插电子器件；2.自由度工业机器人技术参数PUMA562机器人具有六个自由度，可以进行复杂空间曲面的弧焊作业。从运动学的观点看，在完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人，就叫作冗余自由度机器人。2.自由度工业机器人技术参数肩

基础关节

300度

肩

俯仰

180度

肩

偏航

300度

肘

俯仰

240度

腕

滚动

300度

腕

偏航

200度

腕

俯仰

200度2.七自由度机器人工业机器人技术参数ROBAI视频3.定位精度工业机器人技术参数工业机器人精度是指定位精度和重复定位精度。定位精度是指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异。重复定位精度是指机器人经过多次循环运动后，到达空间同一位置和姿态的最大误差范围。可以用标准偏差这个统计量来表示，它是衡量一列误差值的密集度，即重复度。如图所示。重复定位精度是指在同一环境、同一条件、同一目标动作、同一命令之下，机器人连续重复运动若干次时，其位置的分散情况，是关于精度的统计数据。图1.18工业机器人精度和重复精度的典型情况(a)重复定位精度的测量;(b)合理定位精度,良好重复定位精度;(c)良好定位精度,很差重复定位精度;(d)很差定位精度,良好重复定位精度;4.工作范围工业机器人技术参数

机器人关节的运动范围,工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫工作区域,决定了工作空间的大小。因为末端操作器的尺寸和形状是多种多样的，为了真实反映机器人的特征参数，所以是指不安装末端操作器时的工作区域。工作空间的大小不仅与机器人各连杆的尺寸有关，而且与机器人的总体结构形式有关。工作范围的形状和大小是十分重要的，机器人在执行作业时可能会因为存在手部不能到达的作业死区(deadzone)而不能完成任务。图1.19和图1.20所示为PUMA机器人和A4020机器人的工作范围。

5.最大速度工业机器人技术参数最大速度：指机器人关节或末端操作器的最高运动速度，决定了机器人的最大效率。有的厂家指工业机器人主要自由度上最大的稳定速度，有的厂家指手臂末端最大的合成速度，对此通常都会在技术参数中加以说明。最大工作速度愈高，其工作效率愈高。6.承载能力工业机器人技术参数

指机器人在一定精度和运动条件下所能承担的最大负载，是决定机器人成本的主要参数。承载能力不仅决定于负载的质量，而且还与机器人运行的速度和加速度的大小和方向有关。为了安全起见，承载能力这一技术指标是指高速运行时的承载能力。通常，承载能力不仅指负载，而且还包括了机器人末端操作器的质量。机器人有效负载的大小除受到驱动器功率的限制外，还受到杆件材料极限应力的限制，因而，它又和环境条件（如地心引力）、运动参数（如运动速度、加速度以及它们的方向）有关

7.控制方式工业机器人技术参数指机器人运动控制的方式，如示教再现、点位控制、或轨迹控制，是机器人控制器的基本指标。

8.驱动方式指机器人是采用液压、气动、交流电机或步进电机控制等，目前先进的工业机器人通常采用交流电机驱动。工业机器人技术参数举例工业机器人技术参数举例工业机器人坐标关节坐标型直角坐标型圆柱坐标型球坐标型平面关节型图1.23工业机器人的几种坐标形式1.直角坐标机器人（3P）工业机器人坐标机器人由三个线性关节组成通常还带有附加的旋转关节用来确定末端操作器的姿态。在X、Y、Z轴上的运动是独立的，运动方程可独立处理，且方程是线性的，因此进行计算机控制简单；它可以两端支撑，对于给定的结构长度，刚性最大；它的精度和位置分辨率不随工作场合而变化，容易达到高精度。但它的操作范围小，手臂收缩的同时，又向相反的方向伸出，即妨碍工作，且占地面积大，运动速度低，密封性不好。2.圆柱坐标型(R2P)

工业机器人坐标两个滑动关节和一个旋转关节来确定部件的位置，再附加一个旋转关节来确定部件的姿态。可以绕中心轴旋转一个角，工作范围可以扩大，且计算简单；直线部分可采用液压驱动，可输出较大的动力；它能够伸入型腔式机器内部，但它的手臂可以到达的空间受到限制，不能到达近立柱或近地面的空间。直线驱动部分难以密封、防尘；后臂工作时，手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。3.球坐标型(2RP)

工业机器人坐标球坐标机器人采用球坐标系，它用一个滑动关节和两个旋转关节来确定部件的位置，再用一个附加的旋转关节确定部件的姿态。这种机器人可以绕中心轴旋转，在中心支架附近的工作范围大、两个转动驱动装置容易密封、覆盖工作空间较大。但坐标复杂，难于控制，且直线驱动装置仍存在密封及工作死区的问题。它的工作范围是一个球缺状，4.关节坐标型/拟人型(3R)

工业机器人坐标链式机器人的关节全都是旋转的，类似于人的手臂。工业机器人中最常见的结构。它的工作范围较为复杂。5.平面关节型

工业机器人坐标是关节坐标式机器人的特例，它只有平行的肩关节和肘关节，关节轴线共面。如SCARA(SelectiveComplianceAssemblyRobotArm)机器人有两个并联的旋转关节，可以使机器人在水平面上运动，此外，再用一个附加的滑动关节做垂直运动。SCARA机器人常用于装配作业，最显著的特点是它们在x-y平面上的运动具有较大的柔性，而沿Z轴具有很强的刚性，所以它具有选择性的柔性。这种机器人在装配作业中获得了较好的应用。工业机器人技术面临的主要问题减速器：一直是国际大品牌保持竞争优势的有力武器之一，减速器仅占据大品牌工业机器人单体成本约六分之一，国产工业机器人减速器占其制造成本的比例依然接近三分之一。本土生产的工业机器人原材料成本构成中，减速机占据40%，伺服系统占据30%，控制器占据15%，其他占据15%。伺服系统：在电控系统中的成本比例很高，且随着机器人负载的提高，比例直线上升。目前国产伺服系统存在着功率密度低、可靠性差的缺点，推广受到极大限制。控制器：是电控系统的核心，目前我国已有多家从事控制器开发生产的企业，但是功能、性能等总体技术水平与国外仍有较大差距。在三个核心部件中，控制器是国产品牌占有率最高的。工业机器人机构郭洪红1.手部工业机器人机构2.手腕3.手臂4.基座1.手部也称末端操作器它是机器人直接用于抓取和握紧（吸附）专用工具（如喷枪、扳手、焊具、喷头等）进行操作的部件，它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。由于被握工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态的不同，应具有足够的夹持（吸附）力。要具有一定的开闭角度应保证工件可靠定位要有足够的强度和刚度，又要结构紧凑、重量轻、效率高要有一定的通用性能适度工作环境1.手部-设计注意事项夹钳式取料手1.手部-结构分类吸附式取料手仿生多指灵巧手1.手部-夹钳式取料手1.手指;2.传动机构;3.驱动装置;4.支架;5.工件

特殊形状的手指尖指和薄、长指，一般用于夹持小型或柔性工件，其中薄指一般用于夹持位于狭窄工作场地的细小工件，以避免和周围障碍物相碰，长指一般用于夹持炽热的工件，以免热辐射对手部传动机构的影响。1.手部-夹钳式取料手-手指V型指端形状(a)固定V型(b)滚柱V型(c)自定位式V型平面指，一般用于夹持方型工件（具有二个平行平面），板形或细小棒料光滑指面：面平整光滑，用来夹持已加工表面，避免已加工表面受损；齿形指面：指面刻有齿纹，可增加夹持工件的磨擦力，以确保夹紧牢靠，多用来夹持表面粗糙的毛坯或半成品柔性指面：指面内镶橡胶、泡沫、石棉等物，有增加磨擦力，保护工件表面，隔热等作用，一般用于夹持已加工表面、炽热件，也适于夹持薄壁件和脆性工件。1.手部-手指-指面加紧力Fn和驱动力Fp之间的计算公式为：这种末端执行器由于楔块面和滚子间为滚动接触,摩擦力小,活动灵活,且结构简单,但加紧力小,适用于轻载场合.1.手部-传动机构-斜楔杠杆式1—杠杆2—弹簧3—滚子4—楔快5—驱动器视频加紧力Fn和驱动力Fp之间的计算公式为:

在驱动力Fp一定时,α增大,则夹紧力Fn增大,但这将加大杆2(即活塞杆)的行程和滑槽的长度,导致结构尺寸加大.1.手部-传动机构-滑槽杠杆式1—支架2—杆3—圆柱销4—杠杆视频加紧力FN和驱动力Fp之间的计算公式为:由式可知,b,c和驱动力Fp一定时,加紧力FN与α角的余切成正比.当α角较小时,可得到较大的加紧力.当α=0时,钳爪已闭合到最小极限位置.若此时钳爪的加紧力还不足以加紧工件,此时杆1再向下移,钳爪反而会松开,为避免这种情况出现,对不同尺寸规格的工件可以更换钳爪.这种结构的加紧方式可以产生较大的加紧力.其缺点是:钳爪的张开角较小.毛坯尺寸公差对加紧力的影响较大.1.手部-传动机构-连杆杠杆式1—杆2—连杆3—摆动钳爪4—调整垫片视频加紧力FN和驱动力Fp之间的计算公式为:由式可知,当Fp和R/L一定时,FN将随α的增大而增大,当α=0时,加紧力为极小值.1.手部-传动机构-齿轮齿条平行连杆式平移型1—扇形齿轮2—齿条杆3—电磁式驱动器4—机座5、6—连杆7—钳爪视频钳爪上撑紧力FN和驱动器1作用在推杆2上的推力Fp之间的计算公式为:本公式是按配置三个钳爪的状况得出的,内撑夹持器多用于內孔薄壁零件的夹持.1.手部-传动机构-内撑连杆杠杆式1—驱动器2—杆3—钳爪视频1.手部-传动机构-弹性手爪弹性力手爪的特点是其夹持物体的抓力是由弹性元件提供的，不需要专门的驱动装置，在抓取物体时需要一定的压入力，而在卸料时，则需要一定的拉力。1.手部-传动机构-多关节柔性手爪1.手部-传动机构-气液手爪1.手部-吸附式磁吸附式气吸式视频：埃斯顿剪切流水线上的应用1.手部-吸附式-气吸附气吸附式取料手是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而工作的。气吸式取料手与夹钳式取料手指相比，具有结构简单、重量轻、吸附力分布均匀等优点。对于薄片状物体的搬运更具有其优越性（如板材、纸张、玻璃等物体），广泛应用于非金属材料或不可有剩磁的材料的吸附。但要求物体表面较平整光滑，无孔无凹槽，根据不同作业情况,可以做成单吸盘、双吸盘、多吸盘或特殊形状的吸盘.真空吸附气流负压吸附挤压排气吸附1.手部-吸附式-真空吸附利用真空泵，真空度较高。主要零件为碟形橡胶吸盘1，通过固定环2安装在支承杆4上，支承杆由螺母5固定在基板6上。取料时，碟形橡胶吸盘与物体表面接触，橡胶吸盘在边缘既起到密封作用，又起到缓冲作用，然后真空抽气，吸盘内腔形成真空，吸取物料。放料时，管路接通大气，失去真空，物体放下。为避免在取放料时产生撞击，有的还在支承杆上配有弹簧缓冲。1.橡胶吸盘2.固定环3.垫片

4.支承杆5.螺母6.基板

视频1.手部-吸附式-气流负压吸附利用流体力学的原理，当需要取物时，压缩空气高速流经喷嘴5时，其出口处的气压低于吸盘腔内的气压，于是腔内的气体被高速气流带走而形成负压，完成取物动作，当需要释放时，切断压缩空气即可。这种取料手需要压缩空气，工厂里较易取得，故成本较低。1.橡胶吸盘2.心套3.透气螺钉4.支承杆5.喷嘴6.喷嘴套视频2Y1得电，左位工作，压缩空气从P口进入真空发生器产生主射流，主射流卷吸周围静止的气体一起向前流动，从R口流出。于是在射流的周围形成了一个低压区，接收室内的气体被吸进来与其相融合在一起流出，再接受室内及吸头处形成一定负压将工件吸起，当负压达到一定值时，2B1=1发讯，摇臂转向下一站。2Y1失电，右位工作，无压缩空气进入真空发生器，不能形成负压，2B1=0，将工件放下。1.手部-吸附式-气流负压吸附应用视频视频1.手部-吸附式-挤压排气吸附靠向下力将吸盘3内的空气排出,使其内部形成负压,将工件4吸住.靠挡块(或外力F的作用)碰撞压盖1的上部,使密封垫2抬起,进入空气,释放工件.有结构简单,重量轻,成本低的优点,但吸力不大,多用于吸取尺寸不大,薄而轻的物体.视频1.手部-吸附式-磁吸附磁吸附式取料手是利用电磁铁通电后产生的电磁吸力取料，因此只能对铁磁物体起作用，另外，对某些不允许有剩磁的零件要禁止用，所以，磁吸附取料手的使用有一定的局限性1.手部-吸附式-磁吸附工作原理当线圈1通电后，在铁心2内外产生磁场，磁力线以过铁心，空气隙和衔铁3被磁化并形成回路。衔铁受到电磁吸力F的作用被牢牢吸住。实际使用时，往往采用如图(b)所示的盘式电磁铁，衔铁是固定的，衔铁内用隔磁材料将磁力线切断，当衔铁接触磁铁物体零件时，零件被磁化形成磁力线回路并受到电磁吸力而被吸住。1.手部-吸附式-磁吸附图2-34具有磁粉袋的吸附手1.手部-吸附式-磁吸附视频手部设计实例手部设计实例手腕--设计要求1、力求手腕部件结构紧凑，减少其重量和体积。2、不应盲目增加手腕的自由度。3、为提高手腕动作的准确性，应提高传动的刚度。4、设置限位开关和机械挡块，以防止超限2.手腕图2.31手腕的自由度(a)手腕的自由度；(b)手腕的俯仰；(c)手腕的偏转；(d)腕部坐标系

为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标轴X、Y、Z的转动，即具有翻转、俯仰和偏转三个自由度，如图所示。通常也把手腕的翻转叫做Roll，用R表示；把手腕的俯仰叫做Pitch，用P表示；把手腕的偏转叫Yaw，用Y表示手腕—单自由度(a)R手腕(b)B手腕(c)T手腕图(a)是一种翻转(Roll)关节，它把手臂纵轴线和手腕关节轴线构成共轴形式，这种R关节旋转角度大，可达到360º以上。图(b)、(c)是一种折曲(Bend)关节，关节轴线与前后两个连接件的轴线相垂直。这种B关节因为受到结构上的干涉，旋转角度小，大大限制了方向角。图2.31(d)所示为移动关节。手腕—单自由度(1)

二自由度手腕可以由一个R关节和一个B关节组成BR手腕(见图2.33(a))；也可以由两个B关节组成BB(见图2.33(b))但是不能由两个R关节组成RR手腕，因为两个R共轴线，所以退化了生个自由度，实际只构成了单自由度手腕(见图2.33(c))二自由度手腕(a)BR手腕(b)BB手腕(c)RR手腕手腕—单自由度图2.34(a)所示是通常见到的BBR手腕，使手部具有俯仰、偏转和翻转运动，即RPY运动。图2.34(b)所示是一个B关节和两个R关节组成的BRR手腕，为了不使自由度退化，使手部莉RPY运动，第一个R关节必须如图偏置。图2.34(c)所示是三个R关节组成的RRR手腕，它也可以实现手部RPY运动。图2.34(d)所示是BBB手腕，很明显，它已退化为二自由度手腕，只有PY运动，实际上它是不采用的。此外，B关节和R关节排列的次序不同，也会产生不同的效果，也产生了其它形式的三自由度手腕。为了使手腕结构紧凑，通常把两个B关节安装在一个十字接头上，这对于BBR手腕来说大大减小了手腕纵向尺寸。

图2.34三自由度手腕(a)BBR手腕(b)BRR手腕(c)RRR手腕(d)BBB手腕手腕设计举例图为Moog公司的一种液压直接驱动手腕，设计紧凑巧妙。M1、M2、M3是液压马达，直接驱动手腕的偏转、俯仰和翻转三个自由度轴。手臂手臂的组成及作用手臂是工业机器人机械结构的主要部件，它可作伸缩、升降、摆动或回转运动。手臂由小臂(横臂)和大臂(立柱)组成。小臂的前端装有手腕和手指，没有手腕时，可直接装手指。手臂是支持手指和手腕部分的机构，并承受工件和本身的重量，故总的重量较大。其结构性能、工作范围、承受能力和动作精度直接影响机器人的工作性能。手臂的设计要求1、运动速度要高、惯性要小承载能力要大，刚性要高，自重要轻。偏重力矩要小，动作要灵活手臂的位置精度要高手臂要有一定的通用性要采取相应的耐环境措施手臂(a)、(b)单臂式(c)双臂式(d)悬挂式手臂--结构形式1．双作用缸2．活塞杆3．导向杆4，导向套

5．支承座6．手腕7．手部人类手腕的两个B关节手臂—直线运动机构

1.活塞杆2.升降缸体3.导向套4.齿轮5.连接盖6.机座7.齿条活塞8.连接板手臂—升降和回转运动机构1.较接活塞油缸;2.连杆(即活塞杆);3.手臂(既曲杆);4.支承架;5.6.定位螺钉手臂—一种双臂机器臂机构1.电动机；2..蜗杆；3..臂架；4..丝杠；5..蜗轮；6..箱体；7..花键套手臂丝杠螺母传动的手臂升降机构手臂—俯仰1.手臂2.夹置缸3.升降缸4.小臂

5.7.交接活塞缸6.大臂8.基座手臂---铰接活塞缸实现实现手臂俯仰运动结构1.活塞油缸2.活塞缸3.前盖4.手臂5.手部6.销轴7.滚套手臂--用曲线凹槽机构实现手臂复合运动的结构(a)手臂和手腕的结构图(b)手臂的结构图(c)手臂运动简图(d)手臂向量图手臂--行星机构实现手臂和手腕同时回转的结构机械设计实例1机械设计实例2机械设计实例3机械设计实例4机器人运动学郭洪红为什么要研究机器人的运动学视频

运动学是理论力学的一个分支学科，它是运用几何学的方法来研究物体的运动，通常不考虑力和质量等因素的影响。物体的运动和力的关系，则是动力学的研究课题。用几何方法描述物体的运动必须确定一个参照系

运动学概念机器人坐标系全局坐标系关节坐标系工具坐标系1955年，J.Denavit和R.S.Hartenberg首次提到用齐次矩阵（D－H矩阵）来描述机构连杆间的关系。D－H矩阵是一个4×4的矩阵，它把一个矢量从一个坐标系转换到另一个坐标系。每一个矩阵可同时实现以下两个作用：旋转和平移。原来的矢量必须用齐次坐标系表示。空间机构的运动学分析方法有很多种，齐次变换是其中较直观、较方便的一种。1972年，Paul首次将D－H矩阵应用于机器人的轨迹计算，从此，齐次变换在机器人运动学和动力学分析中广为应用。它为机器人的分析与控制提供了一种有效的手段。齐次坐标及对象物的描述齐次变换与运算连杆参数及其齐次变换矩阵机器人运动学方程机器人运动学点的位置描述齐次坐标坐标轴方向的描述动坐标系位姿的描述目标物齐次矩阵表示1.齐次坐标及对象物的描述在选定的直角坐标系{A}中，空间任一点P的位置可用3×1的位置矢量表示：OXYZ点的位置描述

如用四个数组成的（4×1）阵列表示三维空间直角坐标系{A}中点P,则称为三维空间点P的齐次坐标。点的齐次坐标

如图示，i、j、k是直角坐标系中X、Y、Z坐标轴的单位向量，则X、Y、Z轴可表示为：

规定：

1、(4×1)列阵中第四个元素为0，且，则表示某轴(矢量)的方向；

2、(4×1)列阵中第四个元素不为0，则表示空间某点的位置；OXYZ轴或矢量的齐次坐标

则矢量可表示为：

坐标原点可表示为：OXYZ任意矢量的齐次坐标

动坐标系位姿的描述是对动坐标系原点位置的描述以及对动坐标系各坐标轴方向的描述。

1、刚体位置和姿态的描述

2、手部位置和姿态的表示动坐标系的位姿描述OYZXY’Z’X’p动坐标系的位姿描述举例1刚体坐标系相对于固定坐标系的位置：

原点O‘=（10，5，,0）刚体坐标系沿Z轴逆时针旋转30度动坐标系的位姿描述OYZXX’Y’Z’动坐标系的位姿描述举例2：手部位姿描述机器人手部的位姿如图3.4，可用固连于手部的坐标系{B}的位姿来表示。坐标系{B}由原点位置和三个单位矢量唯一确定，即：1）原点：取手部中心点为原点；2）接近矢量：关节轴方向的单位矢量a；3）姿态矢量：手指连线方向的单位矢量o；4）法向矢量：n为法向单位矢量，同时垂直于与a、o矢量目标物齐次矩阵表示目标物运动后的表示（1）绕Z轴转90°，记为Rot(z，0°)；（2）绕Y轴旋转90°，即Rot(y，0°)，（3）沿X轴方向平移4，即Trans（4，0，0）：其齐次矩阵变化为：平移的齐次变换旋转的齐次变换平移+旋转的齐次变换2.齐次变换与运算Z0Z2Z1Z3Z6

设△x,△y,△z是物体在三个坐标方向上的移动量，则有公式：OYZXAA’平移的齐次变换表示为：平移的齐次变换算子①算子左乘，表示点的平移是相对固定坐标系进行的坐标变换；②算子右乘，表示点的平移是相对动坐标系进行的坐标变换；③该公式亦适用于坐标系的平移变换，物体的平移变换，如机器人手部的平移变换。绕Z轴旋转的齐次变换算子推导：因A点是绕Z轴旋转的，所以把A与A´投影到XOY平面内，设OA=r

，则有：绕Z轴旋转的齐次变换算子旋转的齐次变换算子绕Z轴旋转的齐次变换算子绕X轴旋转的齐次变换算子绕Y轴旋转的齐次变换算子旋转的齐次变换算子①算子左乘，表示点的旋转是相对固定坐标系进行的坐标变换；②算子右乘，表示点的旋转是相对动坐标系进行的坐标变换；③该公式亦适用于坐标系的旋转变换，物体的旋转变换，如机器人手部的旋转变换。

如果旋转所绕的轴不是坐标轴，而是一根任意轴，则变换过程变显得较复杂。首先，对物体作平移和绕轴旋转变换，使得所绕之轴与某一根标准坐标轴重合。然后，绕该标准坐标轴作所需角度的旋转。最后，通过逆变换使所绕之轴恢复到原来位置。这个过程须由7个基本变换的级联才能完成。绕任意轴的旋转的齐次变换算子注：①该式为一般旋转齐次变换通式，概括了绕X，Y，Z进行旋转变换的情况。反之，当给出某个旋转齐次变换矩阵，可求得k及转角θ；②变换算子公式不仅适用于点的旋转，也适用于矢量、坐标系、物体的旋转；③左乘是相对固定坐标系的变换；右乘是相对动坐标系的变换。绕任意轴的旋转的齐次变换算子连杆参数及连杆坐标系的建立连杆坐标系之间的变换矩阵3.机器人连杆参数及其齐次变换矩阵连杆的几何参数连杆的长度：那么这两条异面直线的公垂线段的长度

连杆的扭角：这两条异面直线间的夹角即为连杆扭角

连杆两端的关节分别有其各自的关节轴线，通常情况下这两条轴线是空间异面直线

相邻连杆的关系连杆转角

：垂直于关节n轴线的平面内两个公垂线的夹角即为连杆转角连杆距离

：沿关节n轴线两个公垂线间的距离即为连杆距离相邻杆件n与n-1的关系参数可由连杆转角和距离描述

建立连杆坐标系的规则如下：连杆n坐标系坐标原点位于n+1关节轴线上，是关节n+1的关节轴线与n和n+1关节轴线公垂线的交点；z轴与n+1关节轴线重合；x轴与公垂线重合；从n指向n+1关节；y轴按右手螺旋法则确定。连杆坐标系的确立连杆参数与坐标系连杆坐标系之间的变换矩阵n-1系与n系间变换关系可用坐标系的平移、旋转来实现。从n-1系到n系的变换步骤如下：（1）先令n-1系绕轴旋转角，使与平行。（2）再沿轴平移，使与重合。（3）然后沿轴平移，使两个坐标系原点重合。（4）绕轴旋转角，使得n-1系与n系重合。该变换过程用一个总的变换矩阵来表示连杆n的齐次变换矩阵为：

①②③④

连杆坐标系之间的变换矩阵多数机器人连杆参数取特殊值，如或，可以计算简单、控制方便

多数机器人连杆参数取特殊值，如或，可以计算简单、控制方便

4.工业机器人运动学方程机器人运动学方程正向运动学及实例反向运动学及实例X=X(q)形式运动学方程A变换矩阵

为机器人的每一连杆建立一个坐标系，并用齐次变换来描述坐标系之间的相对关系。

描述一个连杆坐标系与下一个连杆坐标系间相对关系的齐次变换矩阵叫变换矩阵，简称矩阵

如矩阵表示第一个连杆坐标系相对固定坐标系的位姿；矩阵表示第二个连杆坐标系相对第一个连杆坐标系的位姿；表示第i连杆相对于第i-1连杆的位姿变换矩阵；

A变换矩阵第二个连杆坐标系在固定坐标系中的位姿可用和的乘积来表示，即

六连杆机器人，有下列矩阵：该等式称为机器人运动学方程，方程右边为从固定参考系到手部坐标系的各连杆坐标系之间变换矩阵连乘；方程左边表示这些矩阵乘积，即机器人手部坐标系相对于固定参考系的位姿。机器人运动学方程前三列表示手部的姿态；第四列表示手部中心点的位置。

机器人运动学的两类问题（1）正运动学：根据给定的机器人各关节角，确定机器人手抓的位置与姿态——正运动学问题。描述操作空间的位姿坐标与关节空间的广义坐标之间的关系的数学表达式。开链（串联）机器人正运动学问题是简单的，其解是唯一的。闭链（并联）机器人机械臂的正运动学问题是困难的。（2）逆运动学如何把机械手的末端移动到指定的位姿，这就要求出相应的关节角度，这就是逆运动学问题。正运动学问题的解是唯一的，而逆运动学问题的解比较复杂：正运动学举例—平面关节机器人O1O2由连杆坐标系之间的变换矩阵：可得出：O1O2O1O2Z0Z2Z1Z3Z4Z5Z6正运动学举例—斯坦福机器人Z0Z2Z1Z3Z4Z5Z6Z0X0Y0X1Y1Z1X1Y1Z1Z2X2Y2Z2X2Y2Z3X3Y3A0A1A1A2A2A3Z0Z2Z1Z3Z4Z5Z6Z3X3Y3X4Y4Z4X4Y4Z4Z5X5Y5Z5X5Y5Z6X6Y6A3A4A4A5A5A6Z0Z2Z1Z3Z5Z6反向求解——在已知手部要达到的目标位姿的情况下求出各关节变量，以驱动各关节马达，使手部位姿得到满足。机器人运动学逆解问题求解存在若干问题：解可能不存在；存在多重解；求解方法的多样性—分离变量法/直接求解法。逆运动学举例以斯坦福机器人为例——分离变量法逆运动学举例求得（2）：求得（3）：求得（4）：工业机器人静力学计算及动力学分析动力学（Dynamics）是经典力学的一门分支，主要研究运动的变化与造成这变化的各种因素。换句话说，动力学主要研究的是力对于物体运动的影响。运动学则是纯粹描述物体的运动，完全不考虑导致运动的因素。更仔细地说，动力学研究由于力的作用，物理系统怎样随着时间的演进而改变。动力学的基础定律是艾萨克·牛顿提出的牛顿运动定律。对于任意物理系统，只要知道其作用力的性质，引用牛顿运动定律，就可以研究这作用力对于这物理系统的影响。工业机器人速度雅可比与速度分析数学上雅可比矩阵(JacobianMatrix)是一个多元函数的偏导矩阵。假设有六个函数，每个函数有六个变量，即一、工业机器人速度雅可比将其微分，得雅可比矩阵二自由度平面关节机器人。

端点位置x、y与关节θ1、θ2的关系为：

J称为2R机器人速度雅可比，它反映了关节空间微小运动dθ与手部作业空间微小位移dX的关系。对于n自由度机器人的情况，关节变量可用广义关节变量q表示，q=[q1

q2…qn]T。当关节为转动关节时，qi=θi,当关节为移动关节时，

qi=di，

dq=[dq1

dq2…dqn]T反映了关节空间的微小运动。机器人末端在操作空间的位置和方位可用末端手爪的位姿X表示，它是关节变量的函数，X=X(q),它是一个6维列矢量X=[xyzφxφxφx]T。dX=[dx

dy

dzdφxdφxdφx]T反映了操作空间的微小运动，它又机器人末端微小线位移(dx

dy

dz)和微小转动(dφxdφxdφx)组成。二、工业机器人速度分析式中：V为机器人末端在操作空间中的广义速度，V=X；q为机器人关节在关节空间中的关节速度；J(q)为确定关节空间速度q与操作空间速度V之间关系的雅可比矩阵。二自由度机器人手部速度为：假如已知关节上θ1和θ2是时间的函数，θ1=f1(t),θ2=f2(t)，则可求出该机器人手部在某一时刻的速度V=f(t),即手部瞬时速度。反之，假如给定机器人手部速度，可解出相应的关节速度。式中J-1叫称为机器人逆速度雅可比。我们希望工业机器人手部在空间按规定的速度进行作业，那么可以计算出沿路径上每一瞬时相应的关节速度。但是，一般来说，求逆速度雅可比J-1是比较困难的，有时还会出现奇异解，就无法解算关节速度。(1)工作域边界上奇异。当机器人臂全部伸展开或全部折回而使手部处于机器人工作域的边界上或边界附近时，出现逆雅可比奇异，这时机器人相应的形位叫做奇异形位。(2)工作域内部奇异。奇异并不一定发生在工作域边界上，也可以是由两个或更多个关节轴线重合所引起的。当机器人处在奇异形位时，就会产生退化现象，丧失一个或更多的自由度。这意味着在空间某个方向(或子域)上，不管机器人关节速度怎样选择，手部也不可能实现移动。二自由度机械手速度雅可比为：且vx=1m/s,vy=0因此：在该瞬时，两关节的位置和速度分别为θ1=300，θ2=600，θ1=-2rad/s，θ2=4rad/s，手部瞬时速度为1m/s当l1l2s2=O时，J-1无解。当l1≠O，l2≠O，即θ2=O或θ2=1800时，二自由度机器人逆速度雅可比J-1奇异。这时，该机器人二臂完全伸直，或完全折回，机器人处于奇异形位。在这种奇异形位下，手部正好处在工作域的边界上，手部只能沿着一个方向(即与臂垂直的方向)运动，不能沿其他方向运动，退化了一个自由度。对于在三维空间中作业的一般六自由度工业机器人的情况，机器人速度雅可比J是一个6×6矩阵，q和V分别是6×1列阵。手部速度矢量V是由3×1线速度矢量和3×1角速度矢量组合而成的6维列矢量。关节速度矢量q是由6个关节速度组合而成的6维列矢量。雅可比矩阵J的前三行代表手部线速度与关节速度的传递比；后三行代表手部角速度与关节速度的传递比。而雅可比矩阵J的每一列则代表相应关节速度qt对手部线速度和角速度的传递比。机器人作业时与外界环境的接触会在机器人与环境之间引起相互的作用力和力矩。机器人各关节的驱动装置提供关节力矩(或力)，通过连杆传递到末端操作器，克服外界作用力和力矩。各关节的驱动力矩(或力)与末端操作器施加的力(广义力，包括力和力矩)之间的关系，是机器人操作臂力控制的基础。本节讨论操作臂在静止状态下力的平衡关系。我们假定各关节“锁住”，机器人成为一个机构。这种“锁定用”的关节力矩与手部所支持的载荷或受到外界环境作用的力取得静力平衡。求解这种“锁定用”的关节力矩，或求解在已知驱动力矩作用下手部的输出力就是对机器人操作臂的静力计算。假定关节无摩擦，并忽略各杆件的重力，则广义关节力矩T与机器人手部端点力F的关系可用下式描述：式中：JT为n×6阶机器人力雅可比矩阵或力雅可比，并且是机器人速度雅可比J的转置矩阵。一、工业机器人力雅可比二、机器人静力计算的两类问题从操作臂手部端点力F与广义关节力矩τ之间的关系式T=JTF，可知，操作臂静力计算可--分为两类问题：(1)已知机器人手部端点力F或外界环境对机器人手部作用力F′(F=-F′)，求相应的满足静力平衡条件的关节驱动力矩。(2)已知关节驱动力矩T，确定机器人手部对外界环境的作用力F或负荷的质量。

这类问题是第一类问题的逆解：求相应于端点力F的关节力矩(不考虑摩擦)一个二自由度平面关节机械手，已知手部端点力F=[Fx，Fy]T.则该机械手的力雅可比为：解已知该机械手的速度雅可比为：在控制方面，机器人的动态实时控制是机器人发展的必然要求。需要对机器人的动力学进行分析。机器人是一个非线性的复杂的动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间。因此，简化解的过程，最大限度地减少工业机器人动力学在线计算的时间，已是一个受到关注的研究课题。3.3工业机器人动力学分析工业机器人重载、高速、高精度、智能化对工业机器人设计和控制都提出了新的要求动力学研究物体的运动和作用力之间的关系。机器人动力学问题有两类。(1)给出已知的轨迹点上的，即机器人关节位置、速度和加速度，求相应的关节力矩向量T。这对实现机器人动态控制是相当有用的。(2)已知关节驱动力矩，求机器人系统相应的各瞬时的运动。也就是说，给出关节力矩向量τ，求机器人所产生的运动。这对模拟机器人的运动是非常有用的。分析研究机器人动力学特性的方法很多，有拉格朗日(Lagrange)方法，牛顿一欧拉(Newton—Euler)方法，高斯(Gauss)方法，凯恩(Kane)方法等。拉格朗日方法不仅能以最简单的形式求得非常复杂的系统动力学方程，而且具有显式结构，物理意义比较明确，对理解机器人动力学比较方便。1、拉格朗日函数令qi(i=1,2，…,n)是使系统具有完全确定位置的广义关节变量，是相应的广义关节速度。一、拉格朗日方程拉格朗日函数L的定义是一个机械系统的动能Ek和势能Ep之差，即2、拉格朗日方程系统的拉格朗日方程为式中：Fi称为关节广义驱动力。如果是移动关节，则Fi为驱动力；如果是转动关节，则Fi为驱动力矩。(1)选取坐标系，选定完全而且独立的广义关节变量qi，i=1,2，…，n。(2)选定相应的关节上的广义力Fi，当qi是位移变量时，则Fi为力；当qi是角度变量时，则Fi为力矩。3、用拉格朗日法建立机器人动力学方程的步骤(4)代入拉格朗日方程求得机器人系统的动力学方程。(3)求出机器人各构件的动能和势能，构造拉格朗日函数。杆1质心k1的位置坐标为：二、二自由度平面关节机器人动力学方程1、广义关节变量及广义力的选定杆1质心k1的速度平方为：杆2质心k2的位置坐标为：杆2质心k2的速度平方为：2、系统动能3、系统势能4、拉格朗日函数5、系统动力学方程根据拉格朗日方程：关节1上的力矩τ1计算：关节2上的力矩τ2计算：进行分析可知以下几点：(1)含有或的项表示由于加速度引起的关节力矩项，其中：含有D11和D22的项分别表示由于关节1加速度和关节2加速度引起的惯性力矩项；含有D12的项表示关节2的加速度对关节1的耦合惯性力矩项；含有D21的项表示关节1的加速度对关节2的耦合惯性力矩项。

(2)含有

和的项表示由于向心力引起的关节力矩项，其中：含有D122的项表示关节2速度引起的向心力对关节1的耦合力矩项；含有D211的项表示关节1速度引起的向心力对关节2的耦合力矩项。含有D112的项表示哥氏力对关节1的耦合力矩项；含有D212的项表示哥氏力对关节2的耦合力矩项。(3)含有的项表示由于哥氏力引起的关节力矩项(4)只含关节变量的项表示重力引起的关节力矩项，其中：含有D1的项表示连杆1、连杆2的质量对关节1引起的重力矩项；含有D2的项表示连杆2的质量对关节2引起的重力矩项。通常有以下几种简化问题的方法:(1)当杆件质量不很大，重量很轻时，动力学方程中的重力矩项可以省略。(2)当关节速度不很大，机器人不是高速机器人时，含有等项可以省略。(3)当关节加速度不很大，也就是关节电机的升降速不是很突然时，那么含的项有可能给予省略。当然，关节加速度的减少，会引起速度升降的时间增加，延长了机器人作业循环的时间。工业机器人编程三菱装配机器人系统的组成各部分功能一、机器人主体：具有和人手臂相似的动作机能，可在空间中抓放物体或进行其它动作（如装配等）

二、机器人控制器的功能可以通过RS232接口和Centronicsconnector连接上位编程PC机，实现控制器存储器与PC机存储器程序之间的相互传送。可以与示教盒相接，处理操作者的示教信号并驱动相应的输出。可以把外部I/O信号转换成控制器的CPU可以处理的信号。可以与驱动器（直流电机）直接连接，用控制器CPU处理的结果去控制相应的关节的转动速度与转动角速度。三、示教盒：操作者可利用示教盒上所具有的各种功能的按钮来驱动工业机器人的各关节轴，从而完成位置和功能的示教编程。

四、PC机：

可通过PC机用三菱公司所提供的编程软件对机器人进行在线和离线编程

一般示教盒所具有的功能：坐标系设定：直角、关节等。运动性质设定：直线、圆弧速度设定动作方式：单次，重复。数据修正:变更、插入、删除已示教的数据方式切换：示教、再现信息显示：当前位置，程序行数编程功能：递增、递减、光标控制其它：电源开关、急停、复位一般示教盒所具有的功能：坐标系设定：直角、关节等。运动性质设定：直线、圆弧速度设定动作方式：单次，重复。数据修正:变更、插入、删除已示教的数据方式切换：示教、再现信息显示：当前位置，程序行数编程功能：递增、递减、光标控制其它：电源开关、急停、复位三菱装配机器人示教编程语言（1）

位置/动作控制功能

（2）

程序控制功能

（3）

手爪控制功能

（4）

I/O控制功能

（5）

通信功能位置/动作控制指令（24条）作用：控制机器人的位置和运动。包括：

1.位置数据的定义，替换，赋值和计算。DW

<X轴移动距离>,<Y轴移动距离>，<Z轴移动距离>10

DW

20，0，0

20

DW

0，20，0

30

DW

–20，0，040DW

0，-20，020mm20mm20mm20mm20mmPD<位置号>

,﹤X轴坐标增量﹥]，﹤Y轴坐标增量﹥，﹤Z轴坐标增量＞，﹤俯仰角度增量]，﹤旋转角度增量﹥]

MA＜位置号（a）＞，＜位置增量号(b)＞[,＜O或C＞]20

PD

5，0，0，30，0，0

30

MA

1，5，O4.初始状态设置。5.货盘控制指令。2.关节，线性插补和连续运动指令。3.速度设置。

MO

<位置号>

,[<O或C>]SP

<速度级别>

,[<H或L]MT

<位置号>

,[<运动距离>]，[<O或C>]10

SP

5

H ；速度设置为520

MO

20，C ；手爪闭合，移至位置2030

MO

30，O；手爪打开，移至位置3040MT

1，+30，CNT：回到关节坐标系的原点

OG：回到直角坐标系的原点共同的特征：

1、工件按阵列式排放

2、对每个工件的作业顺序是一样的。

3、对每个工件的作业高度是一样的。人工位置示教的缺点：

1、示教位置点数太多，编程繁琐

2、精度低货盘指令三菱装配机器人总共可使用9个货盘定义货盘包括：1、货盘大小位置：由示教盒定义四个位置(由示教盒实现)2、货盘号及其容纳的工件的个数=横向个数×纵向个数(由PA指令实现)(货盘2)货盘参考位置

P20

货盘的纵向终点位置

P21

货盘的横向终点位置

P22

货盘上参考点的对角位置

P23

货盘纵向计数器

SC21

货盘横向计数器

SC22PT2位置

P2PA

<货盘号>

,<纵向光栅点数>，<横向光栅点数>PT

<货盘号>P*0P*1P*2P*3货盘的大小及位置工件的数量货盘指令举例10

PA7，4，6

20

SC71，2

30

SC72，4

40PT750MO7

定义货盘的大小及位置定义货盘所放的工件数程序控制指令（19条）

作用：控制程序的流程。包括：子程序调用。重复循环与条件跳转指令计数器指令。用外部信号申请中断指令。100

IC

21 ；计数器21的值加1110

CP

21 ；把计数器21的值放入内部比较寄存器120

EQ

255，500；如与255相等，则跳到500行执行程序，计数器21清0130

GT

100 ;如不相等，则返回100行执行程序500

SC

21，0 ；计数器21清0

30

RC

3 ；重复由NX限定的循环体3次

40

MO

2 ；运动至位置250

MO

3 ；运动至位置3

60

MO

4 ；运动至位置4

70

NX ；限定循环体20GS100；跳转至子程序行100

90ED；结束程序100MO11；运动至位置11110MO12；运动至位置12120MO13；运动至位置13130RT；结束子程序手爪控制指令（4条）

作用：

1、控制手爪的开合。

2、控制电动手爪的夹紧力与开/闭时间。

GO：打开手爪

GC：闭合手爪

GP：可设置手爪的力任务1：货盘工件的搬运检测12×5

<位置>

位移增量50：从货盘上移动的空间距离20mm

<计数器>

计数器11：货盘1纵向计数器SC11计数器12：货盘1横向计数器SC12计数器21：货盘2纵向计数器SC21计数器22：货盘2横向计数器SC22

<输入信号>

位7：检测完成信号初始化从货盘1取工件检测工件向货盘2放工件循环次数+1循环次数=60？结束是否初始化程序PD50,0,0,20,0,(X,Y,Z,P,R)

10NT ；复位15TL145 ；工具长度设为145mm。20GP10，8，10；设置手爪的开/闭参数25PA1，12，5；定义货盘1(垂直.12×水平5)30PA2，15，4；定义货盘2(垂直.15×水平4)35SC11，1 ；设置货盘1纵向计数器的初值40SC12，1 ；设置货盘1横向计数器的初值45SC21，1 ；设置货盘2纵向计数器的初值50SC22，1 ；设置货盘2横向计数器的初值。初始化复位工具参数定义货盘1、2的参数定义货盘计数器初值主程序100RC60；设置从该行到140行的循环次数110GS200；跳转至200行，从货盘1上夹起工件120GS300；跳转至300行，将工件装在检测设备上130GS400；跳转至400行，将工件放在货盘2上140NX；返回100行150ED；结束

从货盘1取工件检测工件向货盘2放工件循环次数+1循环次数=60？结束是否200SP7 ；设置速度202PT1 ；定义货盘1上所计光栅数的坐标为位置1204MA1，50，O ；机器人移至位置1Z方向20mm206SP2 ；设置速度208MO1，O ；机器人移至位置1210GC ；闭合手爪，抓紧工件212MA1，50，C ；抓紧工件，机器人移至位置1Z方向20mm214IC11 ；货盘1的纵向计数器按1递增216CP11 ；将计数器11的值放入内部比较寄存器218EQ13，230 ；如计数器的值等于13，程序跳转至230执行。220RT ；结束子程序230SC11，1 ；初始化计数器11232IC12 ；货盘1的横计数器按1递增234RT ；结束子程序20mmP10P12P13P11纵向计数器+1纵向计数器=13？纵向计数器＝1，横向计数器+1从货盘1取工件否是子程序：

夹起要检测的工件子程序：将工件装在检测设备上

300SP7 ；设置速度302MT30，-50，C ；机器人移至检测设备前50mm处304SP2 ；设置速度306MO30，C ；机器人将工件装在检测设备上308ID ；取输入数据310TB–7，308 ；机器人等待工件检测完毕312MT30，-50，C ；机器人移至检测设备前50mm处314RT ；结束子程序

子程序：

将已检测工件放在货盘2400SP7 ；设置速度402PT2 ；定义货盘2上所计光栅数的坐标为位置2404MA2,50，C ；机器人移至位置2正上方的一个位置406SP2 ；设置速度408MO2，C ；机器人移至位置2410GO ；打开手爪，释放工件412MA2，50，C ；机器人移至位置2正上方20mm处414IC21 ；货盘2的纵向计数器按1递增416CP21 ；将计数器21的值放入内部比较寄存器418EQ16，430 ；如计数器的值等于16，程序跳转至430执行。420RT ；结束子程序430SC21，1 ；初始化计数器21432IC22 ；货盘2的横向计数器按1递增434RT ；结束子程序

P20P21P22P2320mm纵向计数器+1纵向计数器=16？纵向计数器＝1，横向计数器+1向货盘2放工件是否灵活运用任务2：中断的应用

要求：

程序运行的结果是使机器人用装有极限开关的手爪抓取不同高度的工件。(假定限位开关信号已连接到输入端子上。)

<位置>

位置1：工件上A位置(示教)

<输入信号>

位1：工件检测信号

任务2程序<程序>

90SP5 ；选择速度5100EA+1，140 ；用位1开启中断110MO1，0 ；机器人移至工件上的位置120DW0，0，-50 ；机器人移至-Z向50mm处130GT110 ；跳至110行：没有工件，机器人回到位置1140DA1 ；用位1禁止中断150GC ；机械手闭合，抓紧工件160MO1，C ；机械手闭合，机器人回到位置1

*

在以上程序中，120行的语句可以使机器人移至-Z向50mm处。如有工件，则输入限位开关信号，机器人停止。然后，程序跳到140行禁止中断，允许机器人抓取工件，回到位置1；如在机器人的移动范围内无工件，则无限位开关信号输入，130行的语句使程序跳到110行，机器人返机械复位置1，重复同样的步骤。

任务3：外部I/O口的应用

(与PLC的配合使用)用机器人装配两种材质的气缸(金属、塑料)工作过程两个任务：一、硬件搭接二、软件编程工作过程注：

I/O电缆线的一端插入控制器的外部I/O接口上，另一端接在外围设备上。每根信号线(总共50根)的绝缘套都有标识色和圆点。

硬件搭接机器人与PLC的接线关系机器人I/O接口PLC的I/O接口Inputbit0Inputbit1Inputbit2Q12.0Q12.1Q12.2Outputbit0I12.0I12.1I12.2Outputbit1Outputbit2......金属气缸塑料气缸缸体已在装配台上

活塞、弹簧已装好

=1，READY；=0，BUSY。

流程图开始初始速度设置初始化读输入输入位0=1？是否输入位1=1？是否调用装配金属气缸子程序调用装配塑料气缸子程序完成完成主程序：5OB+2 *使PLCI12.2=1。缸体已在装配台上6OB+1 *使PLCI12.1=1。活塞弹簧已装好7OB+0*使PLCI12.0=1表明机器人已处于准备状态60ID *无条件从外部端口取信号。70TB+0,120*PLCQ12.0=1，跳到120。组装金属气缸80TB+1,270*PLCQ12.1=1，跳到270。组装塑料气缸。110GT60*跳到60开始初始速度设置初始化读输入输入位0=1？是否输入位1=1