工业机器人的技术指标

工业机器人的技术指标第1页，共37页，2023年，2月20日，星期四章节目录思考练习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机器人的位置控制第2页，共37页，2023年，2月20日，星期四学习目标所处位置————

熟悉工业机器人的常见技术指标能够正确识别工业机器人的点位运动和连续路径运动【学习目标】返回目录认知目标能力目标了解工业机器人的运动控制能够掌握工业机器人的技术指标的含义第3页，共37页，2023年，2月20日，星期四2.2工业机器人的技术指标机器人的技术指标反映机器人的适用范围和工作性能。

所处位置————【课堂认知自由度工作空间额定负载最大工作速度工作精度一般都有：第4页，共37页，2023年，2月20日，星期四相关术语及性能指标一、关节（Joint）：即运动副，允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。第5页，共37页，2023年，2月20日，星期四第6页，共37页，2023年，2月20日，星期四第7页，共37页，2023年，2月20日，星期四第8页，共37页，2023年，2月20日，星期四第9页，共37页，2023年，2月20日，星期四第10页，共37页，2023年，2月20日，星期四第11页，共37页，2023年，2月20日，星期四第12页，共37页，2023年，2月20日，星期四第13页，共37页，2023年，2月20日，星期四第14页，共37页，2023年，2月20日，星期四第15页，共37页，2023年，2月20日，星期四第16页，共37页，2023年，2月20日，星期四第17页，共37页，2023年，2月20日，星期四二、连杆（Link）：机器人手臂上被相邻两关节分开的部分。三、刚度（Stiffness）：机身或臂部在外力作用下抵抗变形的能力。它是用外力和在外力作用方向上的变形量（位移）之比来度量。第18页，共37页，2023年，2月20日，星期四1、自由度（Degreeoffreedom）：或者称坐标轴数，是指描述物体运动所需要的独立坐标数。手指的开、合，以及手指关节的自由度一般不包括在内。工业机器人的技术指标通常作为机器人的技术指标，反映机器人动作的灵活性，可用轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示。目前，焊接和涂装作业机器人多为6或7自由度，而搬运、码垛和装配机器人多为4~6自由度。第19页，共37页，2023年，2月20日，星期四机器人的自由度越多，就越能接近人手的动作机能，通用性就越好；但是自由度越多，结构越复杂，对机器人的整体要求就越高，这是机器人设计中的一个矛盾。是不是自由度越多越好呢？第20页，共37页，2023年，2月20日，星期四2、额定负载也称持重。正常操作条件下，作用于机器人手腕末端，不会使机器人性能降低的最大载荷。3、工作精度

目前，工业机器人的重复精度可达±0.01~±0.5mm。依据作业任务和末端持重不同，机器人重复精度亦不同。目前，使用的工业机器人负载范围可从0.5kg直至800kg。第21页，共37页，2023年，2月20日，星期四工业机器人典型行业应用的工作精度所处位置————【课堂认知】额定负载（kg）重复定位精度（mm）作业任务搬运±0.2~±0.55~200码垛±0.550~800点焊±0.2~±0.350~350弧焊±0.08~±0.13~20喷涂±0.2~±0.55~20±0.02~±0.032~5装配±0.06~±0.086~10±0.06~±0.110~2019/30第22页，共37页，2023年，2月20日，星期四4、工作空间也称工作范围、工作行程。工业机器人执行任务时，其手腕参考点或末端操作器安装点（不包括末端操作器）所能掠过的空间，一般不包括末端操作器本身所能到达的区域。目前，单体工业机器人本体的工作范围可达3.5m

左右。

第23页，共37页，2023年，2月20日，星期四所处位置————【课堂认知】b)水平串联多关节机器人MOTOMANMPP3Sa)垂直串联多关节机器人MOTOMANMH3F返回c)并联多关节机器人MOTOMANMYS650L目录不同本体结构YASKAWA机器人工作范围20/30第24页，共37页，2023年，2月20日，星期四最大工作速度通常指机器人手腕中心的最大速度。这在生产中是影响生产效率的重要指标。

5、工作速度机器人在工作载荷条件下、匀速运动过程中，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度机器人的运动速度是指单关节速度；第25页，共37页，2023年，2月20日，星期四2.3工业机器人的运动控制2.3.1机器人运动学问题所处工业机器人操作机可看作是一个开链式多连杆机构，始端连杆就是机器人的基座，末端连杆与工具相连，相邻连杆之间用一个关节（轴）连接在一起。对于一个6自由度工业机器人，它由6个连杆和6个关节（轴）组成。编号时，基座称为连杆0，不包含在这6个连杆内，连杆1与基座由关节1相连，连杆2通过关节2与连杆1相连，依此类推。

位置————【课堂认知】返回目录第26页，共37页，2023年，2月20日，星期四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0b)机构简图工业机器人操作机第27页，共37页，2023年，2月20日，星期四2.3.1机器人运动学问题所处(1)运动学正问题对给定的机器人操作机，己知各关节角矢量，求末端执行器相对于参考坐标系的位姿，称之为正向运动学

（运动学正解或Where问题）。位置————【课堂认知】Whereismyhand?返回目录运动学正问题（示教）机器人示教时，机器人控制器即逐点进行运动学正解运算。第28页，共37页，2023年，2月20日，星期四(2)运动学逆问题对给定的机器人操作机，已知末端执行器在参考坐标系中的初始位姿和目标（期望）位姿，求各关节角矢量，称之为逆向运动学

（运动学逆解或How问题）。

HowdoIputmyhandhere?运动学逆问题（再现）机器人再现时，机器人控制器即逐点进行运动学逆解运算，并将矢量分解到操作机各关节。第29页，共37页，2023年，2月20日，星期四2.3.2机器人的点位运动和连续路径运动所处位(1)点位运动（PointtoPoint,PTP）PTP运动只关心机器人末端执行器运动的起点和目标点位姿，不关心这两点之间的运动轨迹。

置————(2)连续路径运动（ContinuousPath,CP）CP运动不仅关心机器人末端执行器达到目标点的精度，而且必须保证机器人能沿所期望的轨迹在一定精度范围内重复运动。【课堂认知】ZYAX①②③EDBC工业机器人PTP运动和CP运动第30页，共37页，2023年，2月20日，星期四2.3.2机器人的点位运动和连续路径运动所

机器人CP运动的实现是以点到点运动为基础，通过在相邻两点之间采用满足精度要求的直线或圆弧轨迹插补运算即可实现轨迹的连续化。机器人再现时主控制器（上位机从）存储器中逐点取出各示教点空间位姿坐标值，通过对其进行直线或圆弧或插补运算，生成相应路径规划，然后把各插补点的位姿坐标值通过运动学逆解运算转换成关节角度值，分送机器人各关节或关节控制器（下位机）。

处位置————

【课堂认知】第31页，共37页，2023年，2月20日，星期四关节控制器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θi示教点位姿中间位姿直线/圆弧插补运动学逆问题…

关节控制器n（下位机）工业机器人的连续路径运动第32页，共37页，2023年，2月20日，星期四2.3.3机器人的位置控制所处位实现机器人的位置控制是工业机器人的基本控制任务。关节控制器（下位机）是执行计算机，负责伺服电机的闭环控制及实现所有关节的动作协调。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人的位置控制第33页，共37页，2023年，2月20日，星期四运动控制电机及驱动机器人的核心技术是运动控制技术，目前工业机器人采用的电气驱动主要有步进电动机和伺服电动机两类。

所处位1．步进电动机系统置————步进电机是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制精密驱动元件，分为反应式步进电机、永磁式步进电机和混合式步进电机三种，其中混合式步进电机的应用最为广泛，是一种精度高、控制简单、成本低廉的驱动方案。

【扩展与提高】步进电机与步进驱动器

第34页，共37页，2023年，2月20日，星期四2．伺服电动机系统所处伺服电机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出，可分为直流和交流伺服电机两大类。

位置————特点：当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。优点：①无电刷和换向器，工作可靠，对维护和保养要求低；②定子绕组散热比较方便；③惯量小，易于提高系统的快速性；④适应于高速大力矩工作状态；⑤同功率下有较小的体积和重量。

【扩展与提高】伺服电机与伺服驱动器第35页，共37页，2023年，2月20日，星期四本章小结所

工业机器人的机械结构部分称为操作机。通常用自由度、工作空间、额定负载、定位精度、重复定位精度和最大工作速度等技术指标来表征工业机器人操作机的性能。处位

置————

工业机器人通常由操作机、控制器和示教器三部分组成。操作机是机器人赖以完成各种作业的主体部分，一般由机械臂、驱动-传动装置以及内部传感器等组成。控制器是完成机器人控制功能的结构实现，一般由控制计算机和伺服控制器组成。示教器是机器人的人机交互接口，主要由显示屏和按键组成。【

本章小结

】

工业机器人的运动控制是指工业机器人的末端执行器从一点移动到另一点的过程中，常采用点位（PTP）控制和连续路径（CP）控制两种方式。

第36页，共37页，2023年，2月20日，星期四思考练习1、填空所(1)______通常作为机器人的技术指标，反映了机器人动作的灵活性，可处用轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示。位置(2)工业机器人主要由________、_______和_______组成。下图中1表示————_______；2表示_______