工业机器人的技术指标

1、课前回顾 所 处 位 置 工业机器人的系统由哪几部分组成？工业机器人的驱动方式， 常见的有哪几种？ 【 课 前 回 顾 】 章节目录录思考练习习2.1 工业机器人的系统组成 2.1.1 操作机 2.1.2 控制器 2.1.3 示教器 2.2 工业机器人的技术指标 学习目标 导入案例 扩展与提高 本章小结 课堂认知 2.3 工业机器人的运动控制 2.3.1 机器人运动学问题 2.3.2 机器人的点位运动 2.3.3 机器人的位置控制 学习目标标所 处 位 置 熟悉工业业机器人人的常见见技术指指标能够正确确识别工工业机器器人的点点位运动动和连续续路径运运动【 学 习 目 标 】 返回 目录 认知目

2、标标能力目标标了解工业业机器人人的运动动控制能够掌握握工业机机器人的的技术指指标的含含义2.2工业机器器人的技技术指标标机器人的的技术指指标反映映机器人人的适用范围围和工作性能能。 所 处 位 置 【 课 堂认 知 自由度工作空间间额定负载载最大工作作速度工作精度度一般都有有：相关术语语及性能能指标一、关节节（Joint）：即运动动副，允允许机器器人手臂臂各零件件之间发发生相对对运动的的机构。二、连杆杆（Link）：机器人手手臂上被被相邻两关关节分开的部部分。三、刚度度（Stiffness）：机身或臂臂部在外外力作用用下抵抗抗变形的的能力。它是用外外力和在在外力作作用方向向上的变变形量（位移）

3、之比来来度量。1、自由度度（Degreeoffreedom） ：或或者称坐坐标轴数数，是指指描述物物体运动动所需要要的独立立坐标数数。手指的开开、合，以及手手指关节节的自由由度一般般不包括括在内。工业机器器人的技技术指标标通常作为为机器人人的技术术指标，反映机机器人动动作的灵活性，可用轴轴的直线移动动、摆动动或旋转动作作的数目来来表示。目前，焊焊接和涂涂装作业业机器人人多为6或7自由度，而搬运运、码垛垛和装配配机器人人多为46自由度。机器人的的自由度度越多，就越能能接近人人手的动动作机能能，通用用性就越越好；但但是自由由度越多多，结构构越复杂杂，对机机器人的的整体要要求就越越高，这这是机器器人

4、设计计中的一一个矛盾盾。是不是自自由度越越多越好好呢？2、额定负负载也也称持重。正常操操作条件件下，作作用于机机器人手手腕末端端，不会会使机器人性性能降低低的最大大载荷。3、工作精度度 目前，工工业机器器人的重重复精度度可达 0.01 0.5mm。依据作作业任务务和末端端持重不不同，机机器人重重复精度度亦不同同。目前，使使用的工工业机器器人负载载范围可可从0.5kg直至800kg。工业机器器人典型型行业应应用的工工作精度度所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 额定负载（ kg ） 重复定位精度（ mm ） 作业任务 搬运 0.2 0.5 5200 码垛 0.5 50800 点焊 0.2 0.

5、3 50350 弧焊 0.08 0.1 320 喷涂 0.2 0.5 520 0.02 0.03 25 装配 0.06 0.08 610 0.06 0.1 1020 19/304、工作空空间也称工作范围围、工作作行程。工业机机器人执执行任务务时，其其手腕参考考点或末端操作作器安装装点（不不包括末末端操作作器）所能掠过过的空间间，一般不包包括末端端操作器器本身所所能到达达的区域域。目前，单单体工业业机器人人本体的的工作范范围可达达3.5m左右。 所 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 b)水平串联联多关节节机器人人MOTOMAN MPP3Sa)垂直串联联多关节节机器人人MOTOMAN MH3F返

6、回 c)并联多关关节机器器人MOTOMAN MYS650L目录 不同本体体结构YASKAWA机器人工工作范围围20/30最大工作作速度通常指机机器人手腕中心心的最大速速度。这在生产产中是影影响生产产效率的的重要指指标。5、工作速速度机器人在在工作载载荷条件件下、匀匀速运动动过程中中，机械械接口中中心或工工具中心心点在单位时间间内所移动的距距离或转动的角角度机器人的的运动速速度是指单关关节速度度；2.3工业机器器人的运运动控制制2.3.1机器人运运动学问问题所 处 工业机器器人操作作机可看看作是一一个开链式多多连杆机构，始端端连杆就就是机器器人的基基座， 末端端连杆与与工具相相连， 相邻邻连杆之

7、之间用一一个关节节（轴）连接在在一起。对于于一个6自由度工工业机器器人，它它由6个连杆和和6个关节（轴）组组成。编编号时，基座称为为连杆0，不包含含在这6个连杆内内，连杆1与基座由由关节1相连，连连杆2通过关节节2与连杆1相连，依依此类推推。 位 置 【 课 堂 认 知 】 返回 目录 a)实物图连杆 4 连杆 6 连杆 5 连杆 3 关节 6 关节 5 关节 4 关节 3 连杆 2 关节 2 连杆 1 关节 1 连杆 0 b) 机构简图 工业机器器人操作作机2.3.1机器人运运动学问问题所 处 (1)运动学正正问题对给定的的机器人人操作机机，己知知各关节节角矢量量，求末末端执行行器相对于参考

8、考坐标系系的位姿姿，称之之为正向运动动学（运动学学正解或或Where问题）。位 置 【 课 堂 认 知 】 Where is my hand? 返回 目录 运动学正正问题（示教）机器人示示教时，机器人人控制器器即逐点点进行运运动学正正解运算算。(2)运动学逆逆问题对给定的的机器人人操作机机，已知知末端执执行器在在参考坐坐标系中中的初始始位姿和和目标（期望）位姿，求各关关节角矢矢量，称称之为逆向运动动学（运动学学逆解或How问题）。 How do I put my hand here? 运动学逆问题（再现） 机器人再再现时，机器人人控制器器即逐点点进行运运动学逆逆解运算算，并将将矢量分分解到操操

9、作机各各关节。2.3.2机器人的的点位运运动和连连续路径径运动所 处 位 (1)点位运动动（PointtoPoint,PTP）PTP运动只关关心机器器人末端端执行器器运动的的起点和和目标点点位姿，不关心这这两点之之间的运运动轨迹迹。置 (2)连续路径径运动（Continuous Path, CP）CP运动不仅仅关心机机器人末末端执行行器达到到目标点点的精度度，而且必须须保证机机器人能能沿所期期望的轨轨迹在一一定精度度范围内内重复运运动。【 课 堂 认 知 】 Z Y A X E D B C 工业机器器人PTP运动和CP运动2.3.2机器人的的点位运运动和连连续路径径运动所 机器人CP运动的实实

10、现是以以点到点点运动为为基础，通过在在相邻两两点之间间采用满满足精度度要求的的直线或或圆弧轨轨迹插补补运算即即可实现现轨迹的的连续化化。机器人再再现时主控制器器（上位位机从）存储器器中逐点点取出各各示教点点空间位位姿坐标标值，通通过对其其进行直直线或圆圆弧或插插补运算算，生成成相应路路径规划划，然后后把各插插补点的的位姿坐坐标值通通过运动动学逆解运算算转换成关关节角度度值，分分送机器器人各关关节或关关节控制制器（下下位机）。 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 关节控制器 1 （下位机） 机器人主控制器 （上位机） 关节控制器 2 （下位机） 机器人关节 轨迹 角度值 i 示教点位姿 中间位姿

11、 直线 / 圆弧插补 运动学逆问题 关节控制器 n （下位机） 工业机器器人的连连续路径径运动2.3.3机器人的的位置控控制所 处 位 实现机器器人的位位置控控制是是工业机机器人的的基本控控制任务务。关节节控制器器（下位位机）是是执行计计算机，负责伺伺服电机机的闭环控制制及实现所有有关节的的动作协协调。置 【 课 堂 认 知 】 关节控制器 位置调节器 速度调节器 转矩调节器 功率放大 给定 + 期望 + + M 位置 位置 - - - 电流反馈 光电 码盘 位置反馈 速度反馈 工业机器器人的位位置控制制运动控制制电机及及驱动机器人的的核心技技术是运动控制制技术，目前工工业机器器人采用用的电气

12、驱动动主要有步进电动动机和伺服电动动机两类。 所 处 位 1步进电电动机系系统置 步进电机机是一种种将电脉脉冲信号号转变为为角位移移或线位位移的开环控制精密密驱动元件件，分为反应式步步进电机机、永磁磁式步进进电机和混合式步步进电机机三种，其其中混合合式步进进电机的的应用最最为广泛泛，是一一种精度度高、控控制简单单、成本本低廉的的驱动方方案。 【 扩 展 与 提 高 】 步进电机机与步进进驱动器器2伺服电电动机系系统所 处 伺服电机机，在自自动控制制系统中中，用作执行元件件，把所收收到的电电信号转转换成电电机轴上上的角位位移或角角速度输输出，可可分为直流和交流伺服服电机两大类。 位 置 特点：当

13、当信号电电压为零零时无自自转现象象，转速速随着转转矩的增增加而匀匀速下降降。优点：无电刷刷和换向向器，工工作可靠靠，对维维护和保保养要求求低；定子绕绕组散热热比较方方便；惯量小小，易于于提高系系统的快快速性；适应于于高速大大力矩工工作状态态；同功率率下有较较小的体体积和重重量。 【 扩 展 与 提 高 】 伺服电机机与伺服服驱动器器本章小结结所 工业机器器人的机机械结构构部分称称为操作作机。通通常用自由度、工作空空间、额额定负载载、定位位精度、重复定定位精度度和最大大工作速速度等技术指指标来表表征工业业机器人人操作机机的性能能。处 位 置 工业机器器人通常常由操作机、控控制器和示教器三部分组组

14、成。操操作机是是机器人人赖以完完成各种种作业的的主体部部分，一一般由机机械臂、驱动-传动装置置以及内内部传感感器等组组成。控控制器是是完成机机器人控控制功能能的结构构实现，一般由由控制计计算机和和伺服控控制器组组成。示示教器是是机器人人的人机机交互接接口，主主要由显显示屏和和按键组组成。【 本 章 小 结 】 工业机器器人的运运动控制制是指工工业机器器人的末末端执行行器从一一点移动动到另一一点的过过程中，常采用用点位（PTP）控制和和连续路路径（CP）控制两两种方式式。 思考练习习1、填空所 (1)_通常作为为机器人人的技术术指标，反映了了机器人人动作的的灵活性性，可处 用轴的直直线移动动、摆

15、动动或旋转转动作的的数目来来表示。位 置 (2)工业机器器人主要要由_、_和_组成。下下图中1表示_；2表示_；3表示_和4表示_。1 【 2 思 考 3 练 4 习 】 题2图(3)工业机器器人的运运动控制制主要是是实现_和_两种。当当机器人人进行_运动控制制时，末末端执行行器既要要保证运运动的起起点和目目标点位位姿，而而且必须保证机机器人能能沿所期期望的轨轨迹在一一定精度度范围内内运动。(4)对给定的的机器人人操作机机，己知知各关节节角矢量量，求末末端执行行器相对对于参考坐标系系的位姿姿，称之之为_运动学。29/30思考练习习2、选择所 (1)操作机是是工业机机器人的的机械主主体，是是用于

16、完完成各种种作业的的执行机机构。它它主处 要哪几部部分组成成？（）位 置 机械臂臂；驱驱动装置置；传传动单元元；内内部传感感器A.B.C.D.(2)示教器也也称示教教编程器器或示教教盒，主主要由液液晶屏幕幕和操作作按键组组成，可可由【 操作者手手持移动动。它是是机器人人的人机机交互接接口，试试问以下下哪些机机器人操操作可通通思 考 过示教器器来完成成？（）。练 点动机机器人；编写写、测试试和运行行机器人人程序；设定定机器人人参数；查习 】 阅机器人人状态A.B.C.D.3、判断(1)机器人手手臂是连连接机身身和手腕腕的部分分。它是是执行结结构中的的主要运运动部件件，主要用于改改变手腕腕和末端端执行器器的空间间位置，满足机机器人的的作业空空间，并并将各种种载荷传递到到机座。（）(2)除