工业机器人期末复习资料

1、工业机械人课件资料经过1.40多年的发展，机械人技术形成了一门新兴的综合性学科机械人学l这包括基础研究和应用研究两方面l主要研究内容如下：(1)机械人设定纠正(2)机械人的运动学、动力学和控制(3)轨迹设定纠正和路径纠正画(4)传感器(包括内部传感器和外部传感器) (5)机器人视觉(6)机器人语言(7)装置和系统的构成(8)机械人智能等。2 .机械人的定义国际和海外相关组织的定义国际标准化组织(ISO )的定义：机械人是一种自动、位置可控、具有计程仪编程能力的多功能机械人手，该机械人手具有几个轴，能以可编程的序列操作处理各种材料、零配件、工具和专用装置，并执行各种任务。美国国家标准局(NBS

2、)的定义：机械人是一种能够进行预计程仪编程，在自动控制下执行某些操作和移动工作塔斯克的机械装置。美国机械人协会(RIA )的定义：机械人是一种具有计程仪编程能力的多功能机械人手，它根据用于移动各种材料、零配件、工具或者专用装置的程序设计师顺序动作来执行各种塔斯克。日本产业机械人协会(JIRA )的定义：产业机械人装备了记忆装置和终端效果器，是通过旋转进行各种移动来代替人类劳动的通用机器。关于学者的定义1967年在日本召开的第一次机械人学术会议上提出了两个代表性的定义。森政弘和合田周平将“机械人定义为具有移动性、个人性、智能性、通用性、半机械半人性、自动化、奴隶人性7个特征的柔性机器”。 由此定

3、义，森政弘还提出了以自动性、智能性、个性化、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、灵活性、有限性、移动性等10个特性表现机械人的形象。日本早稻田大学加藤一朗(日本机械人之父)教授认为，机械人是由能干的手、会行动的脚丫子和有意识的大脑组成的个体，对云同步具有非接触式传感器(相当于耳朵、眼睛)、接触式传感器(相当于皮肤)、固有感、平衡感等感觉器能力。有些组织和学者对不同形式的机械人分别给出了具体的解释和定义，而机械人只是总称。 例如，日本产业用机械人协会(JIRA )列举了六种类型的机械人(1)手动操作器：人操作的机械人手，缺乏独立性(2)固定普兰机械人：缺乏通用性(3)可程序设计师机械人：非伺服

4、控制(4)示教再现机械人：通用产业用机械人(5)数控机械人：由计算机控制的机械人(6)智能机械人：具有智能行动的自律型机械人。3 .机械人的结构简单来说，机械人主要由驱动器、驱动驱动器、传感器和控制器支重轮四大部分组成。l-actuator :机械人的脚丫子、脚、手、腕、腰、关节等，是完成机械人运动和某个塔斯克时不可或缺的构成要素。l驱动和传动装置：用于有效驱动执行机构的装置，通常采用液压、电动和汽动，有直接驱动和间接驱动两种方式。l传感器：视觉感知、听觉、嗅觉、触觉、力觉、味觉、触觉接近传感器等机械人为获取环境信息的工具，它们的功能相当于人的眼睛、耳朵、鼻子、皮肤和筋骨。l小控件支重轮：是机

5、械人的核心，负责机械人的移动和各种动作控制、环境的识别。现代工业用机械人的控制支重轮都是由计算机控制系统构成的，控制方式主要有示教再现、程序设计师控制、遥控器和自律控制等多种方式。4 .工业机械人常用的几种控制方式“示教回放”方式以“示教盒”或者“驾驶盘”两种方式教授机械人手的动作，控制支重轮存储示教过程，机械人每隔所存储的周反复示教动作，例如喷雾机械人。“可程序设计师控制特罗尔”方式：工作人员根据机械人的工作塔斯克和运动轨迹编制控制计程仪程序，在机械人的控制支重轮上输入控制程序，启动控制程序，机器人就按程序决定的动作一步一步地完成。 大多数工业机械人以前两种方式工作。“遥控”方式：人用有线或

6、无线遥控器控制机械人，完成人难以到达或危险场所的塔斯克。 例如，暴力防止风险机械人、军用机器人、在有核辐射和化学污染的环境中工作的机械人等。“自主控制”方式：是机械人控制中最高级、最复杂的控制方式，要求在复杂的非结构化环境中对机械人具有环境和自主的决策能力，即具有人类的智能行为。5 .达纳维特(Denavit )和哈滕贝格(Hartenberg )在1955年提出了沉积基质代数方法来解决机械人运动学问题D-H方法，具有直观的几何意义，能表达动力学、修算机视觉感知和比例变换问题的数学基础是一次变换。6 .在本课程中，使用一次坐标变换来记述机械人手的各关节坐标之间、各物体之间以及各物体与机械人手之

7、间的关系。7 .一次坐标和三次元垂直角坐标的不同表示v点在OXYZ坐标系中是唯一的(x，y，z )另一方面，该图示出了在同次坐标中，该值可以是多值。 用不同的表示方法表示的v点在空间的位置上不会发生变化。几个特定意义的同次坐标： 0，0，0，nT坐标原点矢量的一次坐标，n是任意的非零比例系数指100t-无穷远的OX轴t -指无穷远的OY轴t -指向无穷远的OZ轴8.3个基本旋转矩阵9 .定义1 :当动态坐标系绕固定坐标系的各坐标轴有限旋转时，其合成旋转矩阵的各基本旋转矩阵按照其旋转顺序进行左乘。注意：不能在旋转矩阵之间交换注意：可以在平移矩阵之间交换不能进行直线移动和旋转沉积基质之间的交换10

8、 .定义1 :当所有变换相对于固定坐标系的各个坐标轴旋转或平移时，依次进行左乘，称为绝对变换。定义2 :如果动态坐标系相对于自己坐标系的当前坐标轴旋转或平移，则主变换按顺序变换为右乘，称为相对变换。绝对变换：如果所有变换都相对于固定坐标系的每个坐标轴旋转或平移，则按所谓的绝对变换的顺序进行左乘。相对变换：当动态坐标系相对于自己坐标系的当前坐标轴旋转或平移时，主变换依次变换为右乘，称为相对变换。(1)导出，如图所示； 2 )求解12.考虑一下图2.18中说明的物体和机械人的状况在一些情况下，相对于基础坐标系定位用于机械人的变换z。机械人手的端点用转换部ZT6描述，并且端效果器用转换部6TE描述。

9、 物体用变换b相对于基础坐标系被定位。 最后，机械人前端手用转换BG相对于物体定位。 终端机械手位置的说明有2种方式一种是针对物体的记述，另一种是相对的关机械人手的说明。 因为两种方式说的是一样的可以把这个说明等同起来(2.61 )这个方程可以用有向变换图表示(见附图)2.19 )。 图中的每个圆弧表示一个转换。 然后再决定定义的坐标系朝外。用Z-1左乘和E-1右乘方程式(2.61 )得到(2.62 )从有向变换图直接得到上述的结果，从T6弧的末尾到T6弧的箭头沿图形按时间修正顺序排列各变换。 在逆变换中，从T6弧的箭头起依次逆时针排列各变换，到T6弧的开点为止，能够得到T6的逆(2.63 )

10、反过来使上式可以得到与式(2.62 )完全相同的结果。作为另一示例，虽然不知道一个物体b的位置，但是假设移动机械人手使得前端手正好位于物体上。 然后，用G-1右乘式(2.61 )求出b。 或者，在有向变换图中存在从b的尾部到逆时针方向到达弧b的箭头，可以按原样得到同样的结果。(2.64 )同样，有向变换格拉夫可用来确定变换的连接组。 例如(2.65 )用有向变换图可以简化变换方程的求解，直接导出变换结果。 为了不绘制圆，该变换图以图2.20中所示的形式表示，虚线表示这两个节点相连，中央的垂线段表示相对坐标系。13.如图3.9所示，各关节轴上连接有两个网络链接，关节轴上垂直有两条垂线，各网络链接

11、上各连接一条。 两个连续的网络链接的相对位置由dn和n决定，dn是沿着n关节轴的两条垂线的距离，n是垂直于该关节轴的平面上的两个被测量垂线之间的夹角，dn和n分别称为网络链接间的距离和夹角。网络链接自身的残奥仪表网络链接长度安两个网络链接轴的垂线距离(x方向)网络链接扭转角- n两个网络链接轴所成的角(x轴的扭转角)网络链接之间的残奥仪表各网络链接之间的距离dn连接两个网络链接的垂线距离(z方向平移距离)各网络链接之间的角度n连接两个网络链接的垂线所成的角度(z轴旋转角)根据上述模式，可以使用以下旋转和位移创建相邻的n-1坐标系和n坐标系之间的关系绕zn-1旋转角度n沿着zn-1移位距离dn沿

12、旋转的xn-1或xn移位an设绕xn旋转的扭转角为n四个这些个线性变换的乘积是a矩阵，即数学运算符(a，0，0，0 )运算符(x，)(3.30 )14 .根据图示坐标系导出斯坦共和国福特机械人的网络链接残奥仪15 .肘机械人及其各关节坐标的设定16 .应用线性坐标变换原理来求解逆运动方程，是机械人端效果器的垂直角坐标空间到关节坐标的变换(T6 n，dn )，是求解正运动方程的逆过程(n，dn T6 )，是机械人运动学的重要内容，是机械人控制的依据。由于l需要留心正运动方程式的解是唯一的解，反运动方程式的解不是唯一的解，所以选择调和理解是解反运动方程式的重要内容。17 .微分运算18 .传感器中

13、文名：传感器/传感器传感器是能够检测并感测来自外部的信号、物理条件(光、热、大气湿度等)或者化学组成(烟等)并将所探测到的信息传送到其他装置或器官的物理装置或生物器官。传感器的定义国家标准GB7665-87传感器的定义是“能够感觉到经过规定的测量并能够根据一定规则转换为可用信号的解老虎钳或解老虎钳，通常由传感器元件和转换元件构成”。 传感器能够感知测量到的信息，将感知到的信息按照一定的规则转换为电信号或者其他必要形式的信息输出，是能够满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的检查装置。 是实现自动检测和自动控制的第一阶段。传感器的发展趋势(1)采用新的原理，开发新的传感器(2)对物性

14、型传感器的开发进行着劲儿(因为结构型无法完全脚丫子)(3)传感器的集成化(4)传感器的多功能化(5)传感器的智能化(智能传感器)(6)研究生物感觉，开发仿生传感器。传感器的分类传感器可以从它们的转换原理(传感器动作的基本物理或化学效果)、它们的转换原理(传感器动作的基本物理或化学效果)以及各种观点进行分类。这些用途这些个的输出信号的类型和制作它们的材料和过程等。根据传感器的工作原理，可分为物理传感器和化学传感器2种传感器工作原理的分类物理传感器应用物理效应，如逆压电效应、磁致伸缩现象、分离、极化、热电、光电、磁电等效应。 待测量信号量的微小变化全部转换为电信号。化学传感器包括以化学吸附、电化学

15、反应等现象为因果关系的传感器，被测定信号量的微小变化也转换为电信号。有些传感器不能分为物理类和化学类。 大部分传感器根据物理原理化学基工作。 化学传感器的技术问题，如可靠性问题、规模生产的可能性、价格问题等很多，一旦解决这样的问题，化学传感器的应用就会有很大的增长。一般传感器的应用领域和工作原理如下表所示。1 .根据其用途，传感器可分为以下几类压敏传感器和压敏传感器位置传感器液位传感器能量传感器速度传感器加速度传感器辐射放射性射线传感器热传感器2 .根据其原理，传感器可分为以下几类振动传感器湿式传感器磁敏传感器磁敏传感器真空度传感器、生物传感器等。 以该输出信号为基准，传感器可以分为以下几类模

16、拟计程仪传感器将测量到的非电量转换成模拟计程仪电信号。 数字传感器将测得的非电量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换器)。 粗体传感器将测量到的信号量转换为频率信号或短周期信号输出(包括直接或间接转换)。 开关传感器在所测得的信号达到某个特定阈值时输出为之相应地设定的低或高电平信号。由于外在因素，所有材料都有相应的特征性反应。 这些个中对外部最敏感的材料，即具有功能特性的材料，用于制作传感器的传感器元件。 从适用材料的观点来看，传感器可以分为以下类别(一)按所用材料类别进行；金属陶瓷蜂窝混合双打混合物、(2)将导体绝缘体半导体磁性材料材料的物理性别(3)按材料的晶体结构进行单晶多晶非晶质体材料的与采用新材料密切相关的传感器开发工作可以归纳为以下三个方向：(1)在已知材料中探索新的现象、效果和反应，使它们能够在传感器技术中实际使用。 (2)探索新材料，应用已知的现象、效果和反应，改进传感器技术。 (3)在研究新材料的基础上探索新现象、新效果和反应，对传感器技术具体