工业机器人应用技术 课件 1-认知工业机器人

任务1工业机器人的分类

—按运动形态分类12345按运动形态分类按拓扑结构分类按输入信息方式分类按驱动方式分类按控制方式分类直角坐标型柱面坐标型球面坐标型关节坐标型问题：什么是自由？梁启超：少年强则国强，少年独立则国独立；少年自由则国自由；少年进步则国进步。毛泽东：人类的历史，就是一个不断地从必然王国向自由王国发展的历史。★没有绝对的自由，只有相对的自由。直角坐标型具有空间上相互垂直的3个直线移动轴，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。（插入）直角坐标机器人直角坐标门形机器人（插入）柱面坐标型主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成，具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间呈圆柱形。（插入）圆柱坐标机器人（插入）球面坐标型空间位置分别由旋转、摆动和平移3个自由度确定，动作空间形成球面的一部分。（插入）关节坐标型模拟人手臂功能，由串联起来的多个转动关节组成，其动作空间近似一个球体。（插入）（插入）关节机器人关节坐标机器人工业机器人的分类—按拓扑结构分类串联型并联型串联型直角坐标型球面坐标型柱面坐标型关节坐标型插入视频并联型并联型机构的动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，每个运动链具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。插入视频特点无累积误差，精度高运动部分重量轻，速度高，动态响应好完全对称的并联机构具有较好的各向同性刚度高，结构稳定工作空间较小，结构尺寸大6自由度并联机构3/4自由度并联机构2自由度并联机构分类从运动形式来看，可分为平面机构和空间机构按并联机构的自由度数分类工业机器人的分类——按其他方式分类按控制方式分类按驱动方式分类按输入信息方式分类按输入信息方式分类操作机械手一种由操作人员直接进行操作的具有几个自由度的机械手。固定程序工业机器人按预先规定的顺序、条件和位置、逐步地重复执行给定作业任务的机械手。可编程型工业机器人与固定程序机器人基本相同，但其工作次序等信息易于修改。按输入信息方式分类数控工业机器人它的作业任务指令时由计算机程序向机器人提供的，其控制方式与数控机床相同。示教型工业机器人能够按照记忆装置存储的信息来复现由人示教的动作，其示教动作可自动地重复执行。智能型工业机器人采用传感器来感知工作环境或工作条件的变化，并借助自身的决策能力，完成相应的工作任务。A具有较大的抓举能力，可达上千牛顿，结构紧凑、传动平稳、动作灵敏，但对于密封要求较高，且不宜在高温或者低温环境下使用。液压型工业机器人B以压缩空气来驱动操作机，其优点是空气来源方便，动作迅速，结构简单造价低，无污染；缺点是空气具有可压缩性，导致工作速度的稳定性较差，抓举力较小，一般只有几十牛顿。气压型工业机器人C应用最广，电动机品种众多、可以运用多种灵活控制的方法，可直流伺服驱动单元或是直接驱动操作机，或者通过诸如谐波减速器的装置来减速后驱动，结构十分紧凑、简单。电动型工业机器人按驱动方式分类按控制方式分类控制方式非伺服控制机器人伺服控制机器人轴保持运动，各自走完行程运动过程中没有监测机器人处于开环控制按控制方式分类控制方式非伺服控制机器人伺服控制机器人对位置和速度都有监控，并反馈到控制系统。机器人处于闭环控制闭环控制，有连续控制和点到点控制。按控制方式分类伺服控制机器人点到点控制（PTP）连续控制（CP）任务二

工业机器人的结构组成机械部分控制部分传感部分是完成机器人控制功能的机构实现，是决定工业机器人功能和水平的关键部分。控制器用于完成各种工作任务的机械主体，包括机械臂、驱动装置、传动单元和内部传感器等部分。操作机机器人的人机交互接口，可实现对机器人的编程及手动操纵机器人运动。示教器整体与个体操作机、示教器、控制器任一个体均无意义，无法实现任何功能；而组合关联在一起，就能实现丰富的功能。整体与个体2021年河南郑州洪水救援2021河南洪水

支锅和面炕油馍整体与个体从工业机器人的总体结构上看，可以分为“三大部分六个系统”。三大部分、六大系统是一个统一的整体。人机交互系统控制系统驱动系统机械结构系统机器人-环境交互系统感受系统工作对象控制部分机械部分传感部分机器人的结构组成机械结构系统机械结构系统机身是机器人的基础部分，起支撑作用。固定式机座移动式机座机身(机座）机械结构系统腰部（立柱）式支撑臂部的部件，其作用是带动臂部运动，与臂部运动结合，把腕部传递到需要的工作位置。腰部机械结构系统臂部——联接腰部和腕部，主要腕部的空间位置。在工作中直接承受腕、手和工件的静、动载荷，自身运动又较多，故受力复杂。臂部

臂部内部图机械结构系统臂部横梁式机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，这类机器人大都为移动式。立柱式立柱式机器人多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动形式，是一种常见的配置形式。机座式机身设计成机座式，这种机器人可以是独立的、自成系统的完整装置，可以随意安放和搬动。屈伸式屈伸式机器人的臂部可以有大小臂组成，大小臂间有相对运动，成为屈伸臂。机械结构系统腕部：联接臂部和末端执行器，作用为调整与改变手部的姿态。腕部机械结构系统机器人的作业工具，其作用是直接抓取和放置物件，可以是各种手持器。手部（末端执行器）手部经常采用法兰连接。机械结构系统从功能上看，手部（抓手）可分为工业机器人的手部和仿人机器人的手部。手部（末端执行器）

仿人手机器人的动作机械结构系统常用的抓手按其握持原理可以分为夹持类和吸附类两大类。机械结构系统夹钳式是工业机器人最常用的一种手部形式，一般夹钳式由以下几部分组成：手指、传动机构、驱动装置和支架。1-手指2-传动机构

3-驱动装置

4-支架

5-工件夹持类A钳式手部的组成机械结构系统手指的结构形式常取决于被夹持工件的形状和特性。手指与被夹物件的形状与特性关系表机械结构系统吸附类主要有气吸式和磁吸式两种。吸附类B气吸式磁吸式驱动系统传动机构——减速器驱动器——伺服电机驱使工业机器人机械臂运功的机构。包含传动机构与驱动器。驱动器电机驱动气压驱动液压驱动直流伺服电机交流伺服电机步进电机大多机器人采取电气驱动，且大多一个关节一个驱动器。电机驱动液压驱动气压驱动传动机构谐波减速器RV减速器减速器谐波减速器用在四五六轴插入1.4.1谐波减速器的视频节选RV减速器用在一二三轴插入1.4.1RV减速器的视频节选其他传动装置连杆传动链传动带传动齿轮传动控制部分人际交互系统是使操作人员参与机器人控制并与机器人进行联系的装置。示教器/单元人机交互系统控制部分基本功能有：示教功能、记忆功能、位置伺服功能、坐标设定功能、与外围设备联系功能、传感器接口、故障诊断安全保护功能等。控制器控制系统控制部分控制系统伺服驱动器组

计算机传感部分感受系统检测所处环境、外部物体状态或机器人与外部物体的关系。外部检测系统检测执行机构的运动境况，根据需要反馈给控制系统，与设定值进行比较后对执行机构进行调整以保障符合要求。内部检测系统传感部分机器人的精确控制用途位置、角度、速度、加速度、姿态、方向等检测的信息微动开关、光电开关、差动变压器、编码器、电位针、旋转变压器、测速发电机、加速度计、倾角传感器、力（力矩）传感器所用传感器内部检测系统传感部分用途了解工件、环境或机器人在环境中的状态、对工件灵活有效地操作检测的信息工件与环境：形状、位置、范围、质量等等；机器人与环境：位置、速度、加速度、姿态等；对工件的操作：非接触（间隔、位置等）、接触（碰撞、障碍等）、触觉（压觉、接触觉等）。所用传感器视觉传感器、光学测距传感器、超声测距传感器、触觉传感器、电磁感应传感器、限位传感器等。外部检测系统传感部分实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。机器人-环境交互系统视频插入任务三

工业机器人的技术参数主要技术指标自由度定位精度重复定位精度承载能力工作空间最大速度加速度刚度分辨率工业机器人的技术参数物体能够对坐标系进行独立运动的数目，末端执行器的动作不包括在内。1.自由度5自由度机器人6自由度机器人

4自由度机器人工业机器人的技术参数定位精度（绝对精度）——指机器人末端执行器实际到达位置与目标位置之间的差异。2.定位精度工业机器人的技术参数重复定位精度（重复精度）——指机器人重复定位其末端执行器于同一目标位置的差异。3.重复定位精度重复定位精度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。一般情况下，重复定位精度是呈正态分布的偶然性误差。工业机器人的技术参数重复定位精度与定位精度出厂时已经测定，使用中无法调整。会因磨损有些许变化。4.工作精度工业机器人的技术参数指机器人在作业范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。5.承载能力高速运行时的承载能力包括负载质量和末端执行器质量。承载能力微型机器人：承载能力10N以下小型机器人：承载能力10-50N中型机器人：承载能力50-300N大型机器人：承载能力300-500N重型机器人：承载能力500N以上工业机器人按承载能力分类工业机器人的技术参数工作空间、工作行程。指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合。6.工作范围工业机器人的技术参数速度加速度7.运动特性指标一般给出最大速度。工作速度在0与最大速度之间。运动特性指标最大速度从设计角度考虑：是工业机器人主要自由度上最大的稳定速度。（单位：角速度单位rad/s或°/s）运动特性指标最大速度从功能角度考虑：是手臂末端最大的合成速度与尺寸和驱动机构速度有关（单位：线速度单位mm/s）运动特性指标加速度既影响总体运动时间，又影响运行周期时间（总体运动时间加稳定时间）运动特性指标不同应用场合合适的速度与加速度不同放在同一页面，视频。进行对比。工业机器人的技术参数指机身或臂部在外力作用下抵抗塑性变形的能力。8.刚度指能够由执行器完成的最小增量距离。9.分辨率任务四

工业机器人的坐标系主讲人：靖娟关节坐标系坐标系的分类世界坐标系工件坐标系基坐标系工具坐标系世界坐标系（大地坐标系）坐标系分类关节坐标系基坐标系（直角坐标）工具坐标系工件坐标系（用户坐标系）坐标系分类基坐标系默认工具坐标系工件坐标系工件（用户）坐标系世界坐标系关节坐标系坐标系分类ABB机器人坐标系默认大地坐标系与基坐标系一致。世界坐标系在没有建立用户坐标系之前，机器人上所有点的坐标都是以该坐标系的原点来确定各自的位置的。机器人系统的绝对坐标系关节坐标系操纵每个轴的运动时采用关节坐标系基坐标系（直角坐标）基坐标系在机器人基座中有相应的零点。使固定安装的机器人的移动具有可预测性操纵机器人的直线运动时采用基坐标系机器人的基坐标系基坐标系（直角坐标）当机器人在直角坐标下移动时，移动方向与直角坐标系的方向相同。A判定方法：操作人员正向面对机器人，使用右手笛卡尔准则，朝向自己的（中指）为X的正方向；朝上为（食指）为Z的正方向。B工具坐标系工具坐标系（TCPF,ToolCenterPointFrame)用于定义工具的位置和方向默认TCP位于安装在第六轴的法兰盘中心处，方向不定；默认工具坐标系用Tool0表示；不同的应用场合使用工具不用，为方便示教，当使用新工具需要创建工具坐标系。工件坐标系用于定义工件的位置和方向，可有多个默认工件坐标系与基坐标系重合，用wobj0表示当应用中有多个工件，或同一工件在不同位置时可创建工件坐标系拓展知识

工业机器人的编程技术简介主讲人：靖娟自学内容工业机器人常用编程方式有哪些？各有何优缺点？自学受益终生的能力编程技术降低编程的难度减少编程工作量提高编程效率020301在线示教编程离线编程自主编程工作站现场仿真环境下融合各种传感技术工业机器人常