机器人资料_百度文库

1、机器人机械结构指其机体结构和机械传动系统,也是机器人的支承基础和执行机构。 直角坐标机器人:结构特点:在直角坐标空间内解耦,空间轨迹易于求解; 易于实现高 定位精度;当具有相同的工作空间时,本体所占空间体积较大。圆柱坐标机器人:结构特点:在圆柱坐标空间内解耦;能够伸入型腔式空间;相同工作 空间,本体所占空间体积比直角坐标式要小;直线驱动部分密封、防尘较难。极坐标机器人:结构特点:所占空间体积小, 机构紧凑; 往往需要将极坐标转化成我们 习惯的直角坐标,轨迹求解较难;直线驱动同样存在密封、防尘问题。垂直多关节机器人:结构特点:机构紧凑,动作灵活,工作空间大;能绕过基座周围的 一些障碍物;适合电机

2、驱动,关节密封、防尘比较容易水平多关节机器人(SCARA :结构特点:作业空间与占地面积比很大,使用起来方 便,沿升降方向刚性好,尤其适合平面装配作业。1、三相异步电动机:220V 2、单相交流电动机:220V 3、 直流电动机:24V 调速:变频器 调速器舵机主要是由外壳、 电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。 其工作原理是由 接收机发出讯号给舵机,经由电路板上的 IC 判断转动方向,再驱动无核心马达开始转动, 透过减速齿轮将动力传至摆臂,同时由位置检测器送回讯号,判断是否已经到达定位。 直线电机是把电能直接转化为直线机械运动能量的装置。 电机是一种执行装置, 是执行 器的一种。蜗轮

3、蜗杆减速器:发热磨损 -润滑减速比:蜗轮齿数 /蜗杆头数;蜗杆头数越多,传动 效率越高,但加工会更加困难。若要求自锁,应选择单头。行星减速器:当太阳轮旋转时, 带动行星齿轮旋转,由于齿圈被固定, 所以行星齿轮除 作自转外,还将绕中心旋转轴线作行星运动 -低速公转运动,通过行星轮轴,将行星齿轮的 低速公转运动传至输出轴,这样便完成了减速运动。谐波减速器:由谐波发生器(椭圆形凸轮及薄壁轴承 、 柔轮(在柔性材料上切制齿形 以及与它们啮合的钢轮构成的传动机构。谐波减速器原理:柔轮的齿数比钢轮的齿数少两个齿。 随着谐波发生器的转动, 柔轮与 钢轮的齿依次啮合, 从转过相同齿数的中心角来说, 柔轮比钢轮

4、大, 于是柔轮相对于钢轮沿 着谐波发生器的反方向作微小的转动。例如,齿数为 100的钢轮与齿数为 98的柔轮组合, 每一周会产生 2/100的转动差,从而得到大的减速比。谐波减速器:特点; 结构紧凑, 能实现同轴输出; 减速比大; 同时啮合齿数多 (30%+ , 承载能力大;回差小(<3 , 传动精度高;运动平稳,传动效率较高(70% 。缺点:扭转 刚度不足;谐波发生器自身转动惯量大。摆线针轮减速机 (机器人用 :结构:行星摆线针轮减速机全部传动装置可分为三部分:输入部分、减速部分、输出部分;在输入轴上装有一个错位 180°的双偏心套,在偏心套上 装有两个滚柱轴承,形成 H 机

5、构,两个摆线轮的中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道,并 由摆线轮与针齿轮上一组环形排列的针齿轮相啮合,以组成少齿差内啮合减速机构, (为了 减少摩擦,在速比小的减速机中,针齿上带有针齿套 。摆线针轮减速机 (机器人用减速原理:当输入轴带着偏心套转动一周时, 由于摆线轮 上齿廓曲线的特点及其受针齿轮上针齿限制之故, 摆线轮的运动成为即有公转又有自转的平 面运动, 在输入轴正转一周时, 偏心套亦转动一周, 摆线轮于相反方向上转过一个齿差从而 得到减速,再借助 W 输出机构,将摆线轮的低速自转运动通过销轴,传递给输出轴,从而 获得较低的输出转速。摆线针轮减速机 (机器人用输入轴转动一周,摆线轮移动了

6、1个齿, 摆线轮的齿数就 是速比。摆线针轮减速机(机器人用特点:结构紧凑,能实现同轴输出;减速比大;高刚度, 负载能力大;回差小(<1 , 传动精度高;运动平稳,传动效率较高(70% ;可靠性高, 寿命长。RV 减速机结构:由一级行星轮系再串联一级摆线针轮减速器组合而成的。RV 减速机特点:相比摆线针轮减速机,结构上更紧凑;相比摆线针轮减速机,减速比 更大; 高刚度, 负载能力大; 回差小 (<1 , 传动精度高; 运动平稳, 传动效率较高 (85% ; 可靠性高,寿命长。与谐波传动相比,除了具有相同的速比大、同轴线传动、结构紧凑、效率高等待点外, 最显著的特点是刚性好,传动刚度较

7、谐波传动要大 2 6倍,但重量却增加了 1 3倍。 高刚度作用,可以大大提高整机的固有频率, 降低振动; 在频繁加、减速的运动过程中 可以提高响应速度并降低能量消耗。选取减速器注意参数及事项:外形 润滑 效率 与电机连接方式 承受转矩 转动 惯量 减速比 安装方式 重量 进口与国产弹性联轴器: 交叉滚柱导轨支撑型直线导轨(直线轴承 直线导轨(滑块 滚珠丝 杠 滑动轴承丝杠的应用是将旋转运动通过丝母转变为直线运动。 带传动的应用是传递旋转运动, 改 变旋向,改变速比。丝杠传动,钢性较好,可以传递较大扭力,位置准确,频繁换向时容易产生冲击振动。 带传动,传动平稳,消除振动,重负荷时容易丢转。 丝杠

8、导轨精度等级:C 普通级 P 精密级预压 导程 丝杠选取与计算 装配注意事 项- 滚动螺旋传动是在具有螺旋槽的丝杠与螺母之间放入适当的滚珠, 使其由滑动摩擦变 为滚动摩擦的一种螺旋传动。- 滚珠在工作过程中顺螺旋槽 (滚道 滚动, 故必须设置滚珠的返回通道, 才能循环使用。 为了消除回差 (空回 , 螺母分成两段, 以垫片、 双螺母或齿差调整两段螺母的相对轴向位置, 从而消除间隙和施加预紧力,使回差为零。关节传动机构:腰关节:腰关节为回转关节,既承受很大的轴向力、径向力,又承受倾 覆力矩, 且应具有较高的运动精度和刚度 腰关节多采用高刚性的 RV 减速机传动。 为方便 走线,常采用中空型 RV

9、 。肩、肘关节:肩、肘关节承受很大扭矩(肩关节同时承受来自平 衡装置的弯矩且应具有较高的运动精度和刚度;多采用高刚性的 RV 减速机传动。手腕:汇交型;偏交型;中空偏交型:中空偏交型手腕主要应用在喷涂行业; 减少喷涂系统中空压 机到机器人之间的辅助压缩空; 气管道; 杜绝喷枪软管和喷涂对象之间干涉; 减少附着在软 管上的涂料的滴落。为什么一般情况下将减速机配置在关节传动链的最末端?1、减小细长轴(或套管及有关传动齿轮的传递扭矩 ;2、有利于减小输出轴转角误差 (末端减速机对前端传动链的转角误差有均化作用 转角误差的来源?1、细长轴扭转角2、齿轮齿侧间隙造成的回差电机配置位置:对小负载机器人,

10、5、 6关节电机一般配置在小臂内部, 5、 6关节传动 链之间有交叉耦合 ; 对大负载机器人, 4、 5、 6关节电机一般配置在肘关节附近, 4、 5、 6关节传动链之间有交叉耦合。诱导运动:把某一杆件因另一杆件的被驱动而引起的运动, 称作诱导运动。 实质是因为 传动链的交叉耦合在进行机器人运动学计算时,必须考虑诱导运动。小臂平衡机构:一般选用配重来平衡;配重平衡的一个缺点是增大了关节转动惯量 大臂平衡机构:一般选用弹簧、气压或液压来平衡;弹簧平衡不会增加关节转动惯量 机器人运动学只限于对机器人相对于参考坐标系的位姿和运动问题的讨论, 未涉及引起 这些运动的力和力矩,及其与机器人运动的关系。机

11、器人是一个复杂的动力学系统, 在关节驱动力矩 (驱动力的作用下产生运动变化, 或 与外载荷取得静力平衡。机器人控制系统是多变量的、 非线性的自动控制系统, 也是动力学耦合系统, 每一个控 制任务本身就是一个动力学任务。 机器人动力学主要研究机器人运动和受力之间的关系, 目 的是对机器人进行控制、优化设计和仿真。动力学方程:是指作用于机器人各机构的力或力矩与其位置、 速度、 加速度关系的方程 式 ; 机器人的动态性能不仅与运动学因素有关,还与机器人的结构形式、质量分布、执行机 构的位置、传动装置等对动力学产生重要影响的因素有关。动力学的正逆问题: 正问题是已知机器人各关节的作用力或力矩,求机器人

12、各关节的 位移、速度和加速度(即运动轨迹 ,主要用于机器人的仿真; 逆问题是已知机器人各关 节的位移、速度和加速度,求解所需要的关节作用力或力矩,是实时控制的需要。求解动力学方程的目的, 通常是为了得到机器人的运动方程, 即一旦给定作为输入的力 或力矩,就确定了系统的运动结果。机器人动力学的研究有牛顿 -欧拉 (Newton Euler 法、 拉格朗日法 (Langrange Langrange法、高斯 (Gauss 法、凯恩 (Kane 法及罗伯逊 -魏登堡 (Roberon-Wittenburg 等。刚体系统拉格朗日方程:定义:L=K-PL Lagrange 函数; K 系统动能之和; P

13、 系统势能之和。动力学方程为: 进行动力学分析时,通常进行下列简化:(1 当杆件长度不太长,重量很轻时,动力学方程中的重力矩项可以省略。 (2 当关节速度不太大,机器人不是高速机器人时,含有的项 , , 可以省略。 (3 当关节加速度不太大,即关节电动机的升、降速比较平稳时,含有的项 , 有时可以 省略。但关节加速度减小会引起速度升降的时间增加,延长机器人作业循环的时间。动力学方程的仿真计算:目的:比较复杂的多自由度机器人, 其动力学方程庞杂, 推导 过程非常复杂,所以对于多自由度机器人的动力学研究可以利用 MSC.ADADMS 软件进行 研究。ADAMS :即机械系统动力学自动分析 (Aut

14、omatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems ,该软件是美国 MDI 公司 (Mechanical Dynamics Inc.开发的虚拟样机分析软件ADAMS 求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法, 建立系统动力学方 程,对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析,输出位移、速度、加速度和反作用 力曲线。在 PID 控制的名称中, P 指 proportional(比例 , I 指 integral (积分 , D 指 derivative (微 分 ,这意味着可利用偏差,偏差的积分值,偏差的微分值来控制。PID 控制器的三个参数有

15、不同的控制作用:(1 P 控制器实质上是一个具有可调增益的 放大器。在控制系统中,增大 kP 可加快响应速度,但过大容易出现振荡; (2积分控制器 I 能消除或减弱稳态偏差,但它的存在会使系统到达稳态的时间变长,限制系统的快速性;(3微分控制 D 规律能反映输入信号的变化趋势,相对比例控制规律而言具有预见性,增 加了系统的阻尼程度,有助于减少超调量,克服振荡,使系统趋于稳定,加快系统的跟踪速 度,但对输入信号的噪声很敏感。i ii d L L dt q q =- 21222112分解运动的速度控制 :机器人运动的控制实际上是通过各轴伺服系统分别控制来实现 的分解运动的速度控制要求各伺服系统的驱

16、动器以不同的分速度同时联合运行, 能保证机器 人末端执行器沿笛卡儿坐标轴稳定地运行 。控制时先把末端执行器期望的笛卡儿位姿分解 为各关节的期望速度,然后再对各关节进行伺服控制。力控制就是把力偏差信号加至位置伺服环。从基本机构上看一个典型的机器人电气控制系统, 主要由上位计算机、 运动控制器、 驱 动器、电动机、执行机构和反馈装置构成。控制轨迹分为:点位控制 (PTP;直线控制;轮廓 (Continuous Path,CP控制。所谓机器人的规划 (P1anning:指的是机器人根据自身的任务,求得完成这一任务 的解决方案的过程。任务规划 (Task planning,它完成总体任务的分解。动作规划 (Motion P1anning,把实现每一个子任务的过程分解为一系列具体的动作。 轨迹规划 (Hand trajectory planning , 为了实现每一个动作, 需要对手部的运动轨迹进行 必要的规定。关节轨迹规划 (Joint trajectory planning,为了使手部实现预定的运动,就要知道各关节 的运动规律。轨迹规划的目的是将操作人员输入的简单的任务描述变为详细的运动轨迹描述。 操作臂最