模块二机器人的基础知识

1、工业机器人应用技术，本模块主要介绍机器人的基本知识，包括机器人的基本术语和各种图形符号，机器人的主要技术参数，2、机器人的实例分析，3、机器人的应用技术，4、本模块主要介绍机器人的基本知识，包括几种实用产品的技术规格和机构图。学习完本模块的内容后，学生应该熟悉机器人的基本术语和各种图形符号的含义。能够阅读和解释机器人技术规范的内容，能够熟练绘制机器人机构原理图和各种机械结构的运动图；掌握运动学和动力学的基本问题，理解机器人的位置和变量之间的关系，理解运动学、静力学和动力学的一般表达式，并能用上述知识解释机器人的位置、姿态和运动之间的关系。学习单元-机器人的基本术语和图形符号-机器人关节的基本术

2、语是一种允许机器人臂的部件之间相对运动的机构，并且是两个部件直接接触并且可以产生相对运动的主动连接，如图2-1所示。a和b可以交互连接。图1-13具有不同坐标结构的机器人，1。机器人的基本术语，1。机器人的基本术语，1。机器人的基本术语，1。机器人的基本术语，1。机器人的基本术语，1。机器人的基本术语，1。机器人的基本术语，1。连杆是指由两个相邻关节分开的机器人手臂部分，它是一个刚体，在每个关节之间保持固定关系，是机械连杆机构中的一个杆，其两端分别与驱动和从动构件铰接，以传递运动和力。例如，在往复活塞式动力机器和压缩机中，连杆用于连接活塞和曲柄。连杆大多为钢片，主体部分的横截面为圆形或工字形，

3、两端有孔。青铜衬套或滚针轴承安装在孔中，用于安装轴销以形成铰链。连杆是机器人的重要部件。它连接关节。它的功能是将一种运动形式转换成另一种运动形式，并将作用在驱动构件上的力传递给从动构件以输出动力。首先，机器人的基本术语，刚度是机器人身体或手臂在外力作用下抵抗变形的能力。它是由外力与外力方向上的变形(位移)之比来衡量的。在弹性范围内，刚度是部分载荷与位移成比例的比例系数，即引起单位位移所需的力。刚度的倒数称为柔量，即单位力引起的位移。刚度可分为静态刚度和动态刚度。体积和形状在任何力的作用下都不会改变的物体叫做刚体。在物理学中，理想的刚体是一个体积有限、变形可忽略不计的固体。无论刚体受力与否，任意

4、两点之间的距离都不会改变。在运动中，刚体上的任何直线始终保持平行。机器人的基本术语。机器人图形符号系统2。机器人图形符号系统2。机器人图形符号系统2。机器人图形符号系统2。机器人图形符号系统2。机器人图形符号系统2。机器人图形符号系统2。机器人图形符号系统2。机器人图形符号系统2。机器人图形符号系统3。机器人图形符号系统3。机器人机构图是描述机器人机构的直观图形表达。它可以用简单的符号和图形来表达机器人的每个运动部分。该图可用上述图形符号系统中的字符和代码表示。图2-2-4四坐标机器人机构示意图；图3。机器人的图形符号；从图中可以看出，机构运动示意图可以简化为机构运动示意图，以阐明主要因素。图

5、2-3 PUMA-262机器人原理图和机构运动图；图3机器人的图形符号；图3机器人的图形符号；图2-4 PUMA-262机器人传动示意图；图3机器人的图形符号；四自由度机器人结构简单，有3个旋转关节和1个螺纹运动关节。结构图如图2-5所示。图2-5 KR5SCARA示意图，3。机器人的图形符号。ABB、FUNAC和KUKA的大多数产品都是六自由度机器人，MOTOMAN也有六自由度产品。他们的联合分布是相似的。主要使用安川交流驱动电机。其中，ABB的IRB 2400产品是世界上销量最大的型号之一，安装了20，000台。图2-6 IRB 2400的结构示意图。图3。机器人的图形符号。ABB、FUN

6、AC和KUKA的大多数产品都是六自由度机器人。MOTOMAN也有六自由度产品。他们的联合分布是相似的。主要使用安川交流驱动电机。其中，ABB的IRB 2400产品是世界上销量最大的型号之一，安装了20，000台。图2-7 r 2000 IB，3的结构图。机器人的图形符号表示，MOTOMAN的IA20是一个七自由度机器人，其结构图如图2-8所示。图2-8是ia20的结构示意图，图3是机器人的图形符号表示。MOTOMAN的DIA10产品结构较为复杂，有15个自由度，其结构示意图如图2-9所示。图2-9 di a10，3的结构图。机器人的图形符号表示，2。机器人的主要技术参数，1。自由度，指描述物体

7、运动所需的独立坐标的数量。机器人的自由度是指机器人拥有的独立坐标轴运动的次数，不包括抓取器(末端执行器)的打开和关闭自由度。机器人的自由度反映了机器人运动的灵活度，通常用轴的线性运动、摆动或旋转运动的次数来表示。如图2-10所示，手臂在xO1y平面内有三个独立的运动(L1)、伸缩(L2)和旋转(1)，手腕在xO1y平面内有一个独立的运动(2)。机器人手的位置需要一个独立变量，即手绕其自身轴线O3C的旋转3。该参数(L1、L2、1、2、3)用于确定手相对于机身(其他参考系统)位置的独立变化，即机器人的自由度。2.机器人的历史和发展。图2-10五自由度机器人示意图。2.机器人的分类。2.机器人的历

8、史和发展。2.机器人的分类。2.工作空间。2.工作空间。不同的制造商对工作速度有不同的规定。一些制造商将工作速度定义为工业机器人主要自由度中的最大稳定速度。一些制造商将工作速度定义为臂末端的最大合成速度，这通常在技术参数中解释。一般来说，工作速度是指在工作载荷条件下，在匀速运动过程中，机械接口中心或刀具中心点在单位时间内移动的距离或旋转角度。显然，工作速度越高，工作效率越高。然而，工作速度越高，增加或降低速度所花费的时间越多，对工业机器人的最大加速度和最大减速度的要求也越高。当使用或设计机器人时，在确定机器人臂的最大行程之后，根据循环时间安排每个动作的时间，并确定每个动作是同时执行还是顺序执行

9、，以便可以确定每个动作的运动速度。分配给每个动作的时间不仅应考虑过程动作的要求，还应考虑惯性和行程大小、驱动和控制模式、定位和精度要求。为了提高生产率，需要缩短整个锻炼周期。运动循环包括三个过程：加速启动、恒速运行和减速制动。过度加速(减速)将导致惯性力增加，影响动作的稳定性和准确性。为了保证定位精度，加减速过程往往需要很长时间。工作速度、工作载荷和载荷主要考虑机器人运动轴上的力和力矩。承载能力不仅由负载的重量、机器人末端执行器的重量(即手的重量和所抓工件的重量)决定，还与机器人运行速度和加速度的大小和方向(即移动速度变化产生的惯性力和力矩)有关。普通机器人在低速行驶时承载能力大。出于安全原因

10、，可高速抓取的工件重量被指定为承载能力指标，即承载能力技术指标是指高速运行时的承载能力。目前使用的工业机器人承载能力很大，可达1000公斤。机器人分辨率的历史和发展是指在程序中可以设置的最小距离单位，也称为参考分辨率。例如，当电机旋转0.1且机器人手腕(臂尖)移动0.01毫米的线性距离时，其参考分辨率为0.01毫米。控制分辨率是位置反馈回路可以检测到的最小位移。例如，如果与电机同轴安装一个每周有1000个脉冲(旋转)的增量编码器盘，编码器盘在电机每旋转0.36 (360，1000转/分钟)时发出一个脉冲，并且不能检测到低于0.36的角度变化，则系统的控制分辨率为0.36。显然，当编程分辨率等于

11、控制分辨率时，系统性能最高。(2)控制算法误差主要是指算法能否在计算机中得到直接解以及算法的字长所引起的比特误差。因为当执行浮点运算时，超过16位的中央处理器的精度可以达到82位以上，所以与机制误差相比，位误差基本上可以忽略不计。(3)分辨率系统误差可以是参考分辨率的1/2，因为低于参考分辨率的位移既不能被编程也不能被检测。机器人的精度可以认为是1/2参考分辨率和机械误差的总和，即机器人的精度=1/2参考分辨率。如果机械误差能达到1/2参考分辨率，精度等于分辨率。然而，就目前的科技水平而言，除了纳米领域的机构之外，工业机器人仍然难以实现。精密重复定位精度是指在相同的运动位置指令下，连续几次测量

12、机器人轨迹之间的误差。如果机器人在某个位置重复执行给定的命令，它每次行进的距离不是相同的，而是围绕平均值变化，平均值代表精度，变化的幅度代表重复的定位精度。因此，重复定位精度是关于精度的统计数据。即使任何机器人处于相同的环境、相同的条件、相同的动作和相同的命令下，每个动作的位置也不可能完全一致。例如，某类机器人的测试结果如下：分别以20毫米/秒和200毫米/秒的速度重复10次，重复定位精度为0.4毫米。如图2-11所示，重复定位精度为0.2毫米，这意味着所有动作位置停止点都在以平均位置为中心的0.2毫米范围内。7、重复定位精度，图2-11重复定位精度，7、重复定位精度，7、重复定位精度，7、重

13、复定位精度，图2-12精度和重复定位精度测试典型情况，精度、重复定位精度和分辨率都用来代表机械手的定位能力。工业机器人的精度、重复定位精度和分辨率要求是根据其使用要求确定的。机器人能够达到的精度取决于机器人结构的刚性、运动速度的控制和驱动方式、定位和缓冲等。由于机器人具有旋转关节，其线性分辨率随回转半径而变化，这使得机器人的精度难以确定。因为精确度通常很难测量，工业机器人通常只给出重复的精确度。7、重复定位精度、8、其他参数、安装方式是指机器人本体安装工作场所的形式，通常有地面安装、机架安装、吊装等形式。驱动模式是转向节执行器的动力源，通常采用气动、液压、电动等形式。控制模式是指机器人用于控制

14、轴线，无论是伺服或非伺服，伺服控制模式是实现连续轨迹或点对点运动。其他参数环境参数是指机器人在运输、储存和工作过程中需要提供的环境条件，如温度、湿度、振动、防护等级和防爆等级。身体的质量指的是机器人没有负载时身体的重量，用于估算。电源容量是指机器人电源的大小和功耗，如气压和空气消耗的大小、液压、电压形式和大小、功耗等。学习单元3机器人示例，1。直角坐标机器人分析(1)XYC4-G系列直角坐标机器人适用于小型工作空间。扁平电缆用于实现此级别的最小尺寸。这种类型的机器人适用于小空间，可以用来建造更小的设备。(2)广泛的变化。XYC4-G系列机器人有直角坐标左臂式和右臂式，有48个冲程，可根据用户需

15、要有多种选择。(3)使用高强度滑动装置可获得最大载荷。高强度滑动装置和大功率交流伺服电机可使机械手移动10公斤重的物体，适合搬运重物或双手使用。(4)高功率或低功率两种驱动功率模式。通过控制电流，用户可以在高功率模式下执行高速或重载任务，在低功率模式下执行精细任务。(5)标准配置。该设备包括6套空气管道系统、10个信号阀和电磁阀。一、直角坐标机器人的分析，图2-13 xy C4-g系列直角坐标机器人的概述，一、直角坐标机器人的分析，图2-14 xy C4-g系列直角坐标机器人的工作范围，一、直角坐标机器人的分析，一、直角坐标机器人的分析，如图2-15(a)所示，美国Unimation公司Ver

16、satran系列圆柱坐标机器人的结构图是一个用于运输、检查和装配的30公斤重的圆柱坐标工业机器人。该机器人的主要技术指标如下。(1)自由度。机器人有3个基本关节1、2和3以及2个可选关节4和5。(2)机器人的工作范围如图2-15(b)所示。(2)圆柱坐标机器人的分析，(2)圆柱坐标机器人的分析，(2)图2-15美国Unimation公司Versatran系列圆柱坐标机器人，(3)机器人关节运动的范围和速度见表2-7。(4)重复定位误差：0.05毫米(5)控制方式：五轴同时控制，点对点控制。(6)保持重量(最大伸长和最大速度):30公斤。(7)驱动方式：交流伺服电机驱动3个基本关节，采用增量式角

17、位移检测装置。分析圆柱坐标机器人激光切割机器人包括CO2气体激光切割机器人和YAG固体激光切割机器人。一般来说，激光切割机器人可以用于切割和焊接。3、极坐标式机器人分析，图2-16 L-1000 CO2激光切割机器人结构图，L-1000 CO2激光切割机器人是极坐标式5轴控制机器人，配备C1000C3000激光器。光束通过设置在机器人臂中的四个反射镜传输，并被聚焦，然后从喷嘴射出。反射镜由铜制成，表面经过反射处理，光束传输损耗不超过0.8%，焦点位置精度高。为了防止反射镜被污染，光路完全不与外界接触，同时光路中充满了经过过滤器过滤的洁净空气，并具有一定的压力，以防止周围的灰尘进入。三、极坐标式机器人分析、三、极坐标式机器人分析、三、极坐标式机器人分析、三、极坐标式机器人分析、四、多关节坐标式机器人分析、四、多关节坐标式机器人分析、四、多关节坐标式机器人分析、应用领域：搬运和装卸、包装和分拣、焊接、油漆、表面处理、胶