《工业机器人技术基础及应用》高职全套教学课件

《工业机器人技术基础及应用》单元1概述单元2工业机器人机械结构单元3坐标系的位置与方向单元4操作臂的运动单元5操作臂的驱动与控制单元6工业机器人编程单元7建立工业机器人工作站全套可编辑PPT课件

单元1概述3.1工业机器人的定义3.2工业机器人的分类与技术参数目录CONTENTS3.3工业机器人的发展及应用1.1工业机器人的定义单元1概述一、机器人概念的提出1.1工业机器人的定义单元1概述二、工业机器人的定义及特点国际标准化组织（ISO）1987年对工业机器人给出了定义：工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能够完成各种作业的可编程操作机。1按照ISO8373中的定义：工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。2我国国家标准给出了更为具体的解释：工业机器人是一种能够自动定位控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，它能搬运材料、零件或操持工具，用于完成各种作业。31.1工业机器人的定义单元1概述二、工业机器人的定义及特点拟人化柔性化通用化机电一体化1.2工业机器人的分类与技术参数单元1概述一、工业机器人的分类1.2工业机器人的分类与技术参数单元1概述一、工业机器人的分类1、按应用领域分

根据工业机器人的功能与用途，可将其分为加工机器人、搬运机器人、装配机器人、喷涂机器人等。图1-5焊接机器人图1-8喷涂机器人图1-7装配机器人图1-6搬运机器人1.2工业机器人的分类与技术参数单元1概述一、工业机器人的分类2、按驱动方式分按驱动方式分气压驱动机器人液压驱动机器人电力驱动机器人1.2工业机器人的分类与技术参数单元1概述一、工业机器人的分类3、按结构形式分

根据工业机器人的结构形式，可将其分为直角坐标机器人、平面关节型机器人、并联机器人、串联机器人四种类型。图1-9直角坐标机器人图1-12串联机器人图1-11并联机器人图1-10平面关节型机器人1.2工业机器人的分类与技术参数单元1概述一、工业机器人的分类4、按程序输入方式分按程序输入方式分示教输入型机器人编程输入型机器人1.2工业机器人的分类与技术参数单元1概述二、工业机器人的技术参数自由度分辨率运动速度控制方式工作空间工作载荷定位精度1.3工业机器人的发展及应用单元1概述一、工业机器人发展史1、国外工业机器人

发展史图1-13UNIMATE机器人图1-16FlexPicker机器人图1-15SCARA图1-14“斯坦福手臂”1.3工业机器人的发展及应用单元1概述一、工业机器人发展史图1-17同步双臂操作机器人图1-20Robonaut（R2B）机器人图1-19R-2000iB图1-18重型机器人M-2000iA1、国外工业机器人

发展史1.3工业机器人的发展及应用单元1概述一、工业机器人发展史1、国外工业机器人发展史图1-212016~2023E年中国工业机器人市场规模及增速1.3工业机器人的发展及应用单元1概述一、工业机器人发展史2、我国工业机器人发展史图1-22服务机器人图1-23农林业机器人图1-24配有机器人的立体仓库1.3工业机器人的发展及应用单元1概述二、工业机器人的应用领域图1-25我国工业机器人行业应用分布情况

感谢您的关注!单元2

工业机器人机械结构2.1认识工业机器人机械结构2.22.3工业机器人的传动部件目录CONTENTS工业机器人的关节与连杆2.1

认识工业机器人机械结构单元2工业机器人机械结构

工业机器人的机械结构又称为操作臂，它是工业机器人用以完成作业任务的实体，通常由一系列连杆通过关节顺序连接而成。从功能角度来讲，工业机器人的机械结构可分为基座、腰部、手臂、手腕和末端执行器等。图2-1工业机器人的机械结构1—基座；2—腰部；3—末端执行器；4—手腕；5—手臂2.1

认识工业机器人机械结构单元2工业机器人机械结构

1.基座

基座是整个工业机器人的支承部分，有固定式和移动式两类。

固定式基座直接固定安装在地面、台架或地板上；

移动式基座用来扩大工业机器人的工作空间，有的是专门的行走装置，有的是轨道、滚轮机构等。2.腰部

腰部是连接手臂和基座的部件，通常是回转部件。它的回转再加上手臂的运动，能使手腕做空间运动。腰部是工业机器人机械结构中的关键部件，它的制作误差、运动精度和稳定性对工业机器人的定位精度有决定性的影响。2.1

认识工业机器人机械结构单元2工业机器人机械结构

3.手臂

手臂用来连接腰部和手腕。它通常由两个臂杆（大臂和小臂）组成，用以带动手腕运动。

（1）手臂的组成

工业机器人的手臂主要包括臂杆及与其伸缩、屈伸或自转等运动有关的传动装置、导向定位装置、支承连接和位置检测元件等。

（2）手臂的运动

1）垂直移动

工业机器人手臂的上下运动。2）径向移动

手臂的伸缩运动。

3）回转运动

工业机器人绕铅垂轴的转动。2.1

认识工业机器人机械结构单元2工业机器人机械结构

1）刚度要求高，有足够的承载能力；

2）导向性好；3）质量和转动惯量小；4）运动平稳，定位精度高。

（3）手臂的设计要求

2.1

认识工业机器人机械结构单元2工业机器人机械结构

（1）手腕的运动方式4.手腕

手腕是连接手臂和末端执行器的部件，其作用主要是改变和调整末端执行器在空间的方位，从而使手爪握持的工具或工件获得指定的姿态。图2-2手腕坐标系及臂转、手转和腕摆2.1

认识工业机器人机械结构单元2工业机器人机械结构

（2）手腕回转

手腕回转指手腕绕小臂轴线的转动，又叫臂转。按手腕转动特点的不同，手腕关节的转动可分为滚转和弯转两种。图2-3手腕的滚转和弯转

（3）手转手转指手腕的上下摆动，又称为俯仰或手腕弯曲，如图2-2（c）所示。2.1

认识工业机器人机械结构单元2工业机器人机械结构

（4）腕摆

腕摆指工业机器人手腕的水平摆动，又称为手腕侧摆，如图2-2（d）所示。

手腕运动多为臂转、手转、腕摆三种运动方式的组合，组合的方式有多种，常见的有臂转-腕摆-手转结构及臂转-双腕摆-手转结构。(a)臂转-腕摆-手转结构(b)臂转-双腕摆-手转结构图2-4常见手腕运动的组合方式2.1

认识工业机器人机械结构单元2工业机器人机械结构

（5）手腕的分类

工业机器人的手腕按自由度不同可分为单自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。1）单自由度手腕图2-5单自由度手腕2.1

认识工业机器人机械结构单元2工业机器人机械结构

2）二自由度手腕（a）BR关节

（b）BB关节

（c）RR关节（单自由度）图2-6二自由度手腕2.1

认识工业机器人机械结构单元2工业机器人机械结构

3）三自由度手腕图2-7三自由度手腕的组合方式2.1

认识工业机器人机械结构单元2工业机器人机械结构

（6）手腕设计时的注意事项

1）结构尽量紧凑，质量尽可能小。2）转动灵活，密封性好。3）注意手腕与末端执行器、手臂的连接，各自由度的位置检测、管线布置以及润滑、维修和调整问题。2.1

认识工业机器人机械结构单元2工业机器人机械结构

5.末端执行器

末端执行器又称为手部或工具，是工业机器人执行作业的部件，装在工业机器人手腕上用来直接抓取和放置工件。它是决定完成作业质量、作业柔性好坏的关键部件之一。

（1）气吸附式末端执行器

气吸附式末端执行器是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差进行工作的。按照形成压力差的方法，可将其分为真空吸附式、气流负压吸附式、挤压排气负压吸附式等几种。图2-8真空吸附式末端执行器

1—橡胶吸盘；2—固定环；3—垫片；4—支承杆；5—基板；6—螺母2.1

认识工业机器人机械结构单元2工业机器人机械结构

（1）气吸附式末端执行器图2-9气流负压吸附式末端执行器

1—橡胶吸盘；2—真空发生器图2-10挤压排气负压吸附式末端执行器1—吸盘架；2—橡胶吸盘；3—工件；4—密封垫；5—压盖单元2工业机器人机械结构

322.1

认识工业机器人机械结构

（1）气吸附式末端执行器图2-11自适应吸盘1—吸盘；2—球关节；3—真空图2-12异形吸盘单元2工业机器人机械结构

332.1

认识工业机器人机械结构

（2）磁吸附式末端执行器

磁吸附式末端执行器利用电磁铁通电后产生的电磁吸力进行取料，它仅能对铁磁物体起作用，而不能用于某些不允许有剩磁的零件，因此有一定的局限性。图2-13磁吸附式末端执行器1—线圈；2—铁芯；3—衔铁单元2工业机器人机械结构

342.1

认识工业机器人机械结构

（3）夹钳式末端执行器

夹钳式末端执行器是工业机器人最常用的一种手爪式末端执行器，它通过手爪的开闭动作实现对物体的夹持。图2-14夹钳式末端执行器1—支架；2—工件；3—手爪；4—传动机构；5—驱动装置单元2工业机器人机械结构

352.1

认识工业机器人机械结构

（4）专用末端执行器

工业机器人作为一种通用性很强的自动化设备，当配置各种专用末端执行器后，就能完成各种生产任务。图2-15专用末端执行器

1—气路接口；2—定位销；3—电接头；4—电磁吸盘单元2工业机器人机械结构

362.1

认识工业机器人机械结构

（5）工具快换装置

由于有些工业机器人工作站需要承担多种不同的任务，因此在作业时需要自动更换不同的末端执行器，使用工具快换装置能快速装卸工业机器人的末端执行器。工具快换装置由换接器插座和换接器插头两部分组成，它们分别装在工业机器人手腕和末端执行器上，能够实现工业机器人快速、自动更换末端执行器。图2-16专用末端换接器图2-17工具快换装置连接面单元2工业机器人机械结构

372.2

工业机器人的关节与连杆

工业机器人的机械结构系统通常由一系列关节、连杆或其他形式的运动副组成。

一.工业机器人的关节

关节即运动副，是允许工业机器人手臂各零件间发生相对运动的机构，是两构件直接接触并能产生相对运动的活动连接。工业机器人常用的关节如下：（a）移动关节

（b）回转关节

（c）圆柱关节

（d）球关节图2-18工业机器人的关节单元2工业机器人机械结构

382.2

工业机器人的关节与连杆二.工业机器人的连杆

连杆指工业机器人手臂上被相邻两关节分开的部分，是保持各关节间固定关系的刚体，是机械连杆机构中两端分别与主动构件和从动构件铰接以传递运动和动力的构件。连杆多为钢件，其主体部分的截面多为圆形或“工”字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套或滚针轴承，供装入轴销而形成铰接。

连杆是工业机器人的重要部件，它连接着关节，其作用是将一种运动形式转变为另一种运动形式，并把作用在主动构件上的力传给从动构件以输出功率。单元2工业机器人机械结构

392.2

工业机器人的关节与连杆技术实践：

已经设计好操作臂的连杆如图2-19所示，应用RoboDK创建一款具有6自由度操作臂的焊接机器人。图2-19机器人连杆的组成单元2工业机器人机械结构

402.2

工业机器人的关节与连杆技术实践：

第1步：将教材附带的资源文件夹“-创建机器人”的内容拷贝到RoboDK\Library文件夹中。第2步：打开RoboDK软件，创建一个工作站，并将其命名为“创建机器人”。第3步：单击菜单“文件”→“打开”→“创建机器人”→“Base”，调出基座Base。第4步：单击菜单“文件”→“打开”→“创建机器人”→“Link1”，调出连杆Link1。第5步：单击菜单“文件”→“打开”→“创建机器人”→“Link2”，调出连杆Link2。第6步：单击菜单“文件”→“打开”→“创建机器人”→“Link3”，调出连杆Link3。第7步：单击菜单“文件”→“打开”→“创建机器人”→“Link4”，调出连杆Link4。第8步：单击菜单“文件”→“打开”→“创建机器人”→“Link5”，调出连杆Link5。第9步：单击菜单“文件”→“打开”→“创建机器人”→“Link6”，调出连杆Link6。单元2工业机器人机械结构

412.2

工业机器人的关节与连杆技术实践：

完成上述操作后，得到由7个连杆（基座通常是固定不动的连杆）组成的操作臂的构型，如图2-20所示。图2-20焊接机器人及其操作臂单元2工业机器人机械结构

422.2

工业机器人的关节与连杆技术实践：

第10步：用鼠标左键单击工具条上的，创建一个参考坐标系Frame1。在树形结构选单中，右键单击“Frame1”，然后在弹出的列表中左键单击“选项”，弹出操作面板“坐标详情：Frame1”；在树形结构选单中，右键单击“Base”，然后在弹出的列表中左键单击“选项”，弹出操作面板“物体详情：Base”；将Base的位姿数据复制粘贴给Frame1。单元2工业机器人机械结构

432.2

工业机器人的关节与连杆技术实践：

图2-21创建机构或机器人对话框第11步：依次单击“实用程序”→“ModelMechanismorRobot”，调出图2-21所示的“建立/修改机构或机器人”对话框，选中“机器人类型”选项中的“6轴工业机器人”；将图2-21所示对话框中的参数和选项按图2-22所示对话框进行设置，最后单击“OK”按钮，创建与图2-20所示构型相同的一款操作臂，同时弹出图2-23所示该款操作臂的操作面板，通过调整对话框中的直角坐标空间或者关节空间参数，可以得到操作臂的各种构型。单元2工业机器人机械结构

442.2

工业机器人的关节与连杆图2-22创建机构或机器人对话框所用的参数值图2-23创建的机器人的操作面板第12步：单击菜单“文件”→“打开”→“创建机器人”→“weld_gun”，将焊接工具weld_gun安装到操作臂上，创建出一款图2-20所示的焊接机器人，可以对其编程，进行焊接等作业。单元2工业机器人机械结构

452.2

工业机器人的关节与连杆1.工业机器人运动副的图形符号表2-1工业机器人常用运动副的图形符号

工业机器人所用的零件、材料及装配方法等与现有的其他机械相同。工业机器人常用运动副的图形符号见表2-1。

三.工业机器人常用的图形符号单元2工业机器人机械结构

462.2

工业机器人的关节与连杆2.工业机器人运动机构的图形符号表2-2工业机器人常用运动机构的图形符号

工业机器人常用运动机构的图形符号见表2-2。单元2工业机器人机械结构

472.2

工业机器人的关节与连杆

3.工业机器人的机构简图和机构运动原理图

工业机器人的机构简图是描述工业机器人组成机构的直观图形，是将工业机器人各运动部件用简明的符号和图形表达出来的一种方式。

（a）直角坐标型

（b）圆柱坐标型

（c）极坐标型

（d）多关节型图2-24常见四种坐标工业机器人的机构简图单元2工业机器人机械结构

482.2

工业机器人的关节与连杆

机构运动原理图将工业机器人的运动原理用简明的符号和图形表达出来，是建立工业机器人坐标、进行工业机器人运动学和动力学分析、设计工业机器人传动原理图的基础。（a）机构简图

（b）机构运动原理图图2-25工业机器人机构简图和机构运动原理图示例单元2工业机器人机械结构

492.3

工业机器人的传动部件

工业机器人的驱动机构通过传动部件来驱动关节的移动或转动，从而实现机身、手臂和手腕的运动。因此，传动部件是构成工业机器人的重要部件。根据传动类型的不同，传动部件可分为直线传动机构和旋转传动机构两大类。

一.直线传动机构图2-26移动关节导轨图2-27齿轮齿条装置1—拖板；2—导杆；3—齿轮；4—齿条图2-28滚珠丝杠螺母副1—螺母；2—滚珠；3—丝杠；a、c—滚道；b—回路管道单元2工业机器人机械结构

502.3

工业机器人的传动部件

二.旋转传动机构

一般电动机都能直接产生旋转运动，但其输出力矩比要求的小，转速比要求的高，因此需要采用齿轮、皮带传送装置或其他传动机构，把较高的转速转换成较低的转速，并获得较大的力矩。1.普通旋转传动机构图2-29齿轮传动机构图2-30同步带传动机构单元2工业机器人机械结构

512.3

工业机器人的传动部件2.精密旋转传动机构

极端作业环境对工业机器人的传动精度和承载能力提出很高的要求，因而需要采用精密旋转传动机构。目前常用的精密旋转传动机构有谐波齿轮减速器和RV减速器。

（1）谐波齿轮减速器

谐波齿轮传动由刚性齿轮（刚轮）、谐波发生器和柔性齿轮（柔轮）三个主要零件组成，谐波发生器具有椭圆形轮廓，装在其上的滚珠用于支承柔性齿轮，谐波发生器驱动柔性齿轮旋转并使之发生塑性变形。转动时，柔性齿轮的椭圆形端部只有少数齿与刚性齿轮啮合，只有这样，柔性齿轮才能相对于刚性齿轮自由地转过一定的角度。图2-31谐波齿轮传动

1—刚性齿轮；２—柔性齿轮；３—谐波发生器单元2工业机器人机械结构

522.3

工业机器人的传动部件

当谐波发生器发生连续转动时，柔性齿轮的轮齿在“啮入→啮合→啮出→脱开”四种状态下循环往复，不断改变各自原来的啮合状态，如图2-32所示，这种现象称为错齿运动。错齿运动使减速器将输入的高速转动变为输出的低速转动。通常刚性齿轮固定，谐波发生器作为输入端，柔性齿轮与输出轴相连。当谐波发生器相对于刚性齿轮转动—周时，柔性齿轮相对于刚性齿轮的角位移为两个齿距。这个角位移正是减速器输出轴的转角位移，从而达到了减速的目的。图2-32谐波齿轮轮齿状态1—滚轮；２—转臂；３—刚性齿轮；４—柔性齿轮单元2工业机器人机械结构

532.3

工业机器人的传动部件（2）RV减速器

RV减速器是由一个行星齿轮减速器的前级和一个摆线针轮减速器的后级组成的减速机构，它主要由齿轮轴、行星轮、曲柄轴、摆线轮、针轮、刚性盘及输出盘等零部件组成。图2-33RV减速器的组成单元2工业机器人机械结构

542.3

工业机器人的传动部件齿轮轴：又称为渐开线中心轮，用来传递输入功率，且与行星轮互相啮合。行星轮：与曲柄轴固连，均匀地分布在一个圆周上，起功率分流的作用，即将输入功率传递给摆线针轮行星机构。曲柄轴：摆线轮的旋转轴。其一端与行星轮相连，另一端与刚性盘相连。它既可以带动摆线轮产生公转，又可以使摆线轮产生自转。摆线轮：为了在传动机构中实现径向力的平衡，一般要在曲柄轴上安装两个完全相同的摆线轮，且两摆线轮的偏心位置互成180°。针

轮：与机架固连在一起，统称为针轮壳体，其上装有多个针齿。刚性盘：动力传动机构，其上均匀分布着轴承孔，曲柄轴的输出端通过轴承安装在其上。输出盘：减速器与外界从动工作机相连接的构件，与刚性盘连为一体，输出运动或动力。（2）RV减速器单元2工业机器人机械结构

552.3

工业机器人的传动部件RV减速器的传动原理如图2-34所示。

第一级减速是通过渐开线中心轮与渐开线行星轮的啮合实现的，按照渐开线中心轮与渐开线行星轮的齿数比进行减速，传动过程中如果渐开线中心轮顺时针转动，那么渐开线行星轮将绕自身轴线逆时针自转，同时绕渐开线中心轮的轴线公转。第一级传动部分中的渐开线行星轮与曲柄轴连成一体，并通过曲柄轴带动摆线轮做偏心运动，该偏心运动为第二级传动部分的输入。第二级减速是通过RV齿轮与针轮的啮合实现的，在RV齿轮与针轮啮合传动的过程中，RV齿轮在绕针轮轴线公转的同时，还会反方向自转，即顺时针转动。最后，传动力通过曲柄轴推动行星架输出轴顺时针转动。图2-34RV减速器的传动原理1—渐开线中心轮；２—渐开线行星轮；３—曲柄轴；４—摆线轮；５—针轮；６—输出轴；７—针轮壳体单元2工业机器人机械结构

562.3

工业机器人的传动部件RV减速器的传动比计算公式为式中

z1——渐开线中心轮的齿数；z2——渐开线行星轮的齿数；

z4——RV齿轮的齿数；

z5——针轮的齿数。

RV减速器具有结构紧凑、转矩大、定位精度高、振动小、传动比大、噪声小、能耗低等诸多优点，被广泛应用于工业机器人中。单元2工业机器人机械结构

572.3

工业机器人的传动部件三.手腕的传动机构

多数工业机器人将手腕结构的驱动部分安排在小臂上。首先设法将几台电动机的运动传递到同轴旋转的心轴和多层套筒上，当运动传入手腕后再分别实现各个动作。从驱动方式来看，手腕驱动一般有两种形式，即直接驱动和远程驱动。单元2工业机器人机械结构

582.3

工业机器人的传动部件1.直接驱动

直接驱动指驱动器安装在手腕关节的附近，从而直接驱动关节运动。直接驱动的传动刚度大，但手腕的尺寸、质量、惯量较大。如图2-35所示，三个关节在液压马达的带动下，通过油路的回转构件分别实现270°回转、220°俯仰和220°偏转。图2-35液压马达直接驱动BBR手腕W—宽度；L—长度；M1~M3—螺纹单元2工业机器人机械结构

592.3

工业机器人的传动部件2.远程驱动

远距离传动方式的驱动器安装在工业机器人的大臂、基座或小臂远端，通过机构间接驱动手腕关节的运动，因而手腕的结构紧凑，尺寸和质量小，对改善工业机器人的整体性能有好处，但传动设计复杂，传动刚度也有所减小。如图2-36所示，轴Ⅰ做回转运动，轴Ⅱ做俯仰运动，轴Ⅲ做偏转运动，从而带动轴Ⅳ做回转运动。图2-36远程驱动手腕

Z1~Z5—齿轮的齿数；R1~R3—轴的旋转半径；W—轴的转矩单元2工业机器人机械结构

602.3

工业机器人的传动部件3.柔顺手腕

在使用工业机器人进行精密装配作业时，若被装配零件不一致，工件定位夹具的定位精度不能满足装配要求，则会导致装配困难，此时就要求装配操作具有柔顺性。柔顺装配技术有主动柔顺装配和被动柔顺装配两种。

（1）主动柔顺装配

在装配过程中，各零配件检测、角度控制、不同路径搜索方法的应用，都可以形成装配或校正过程中的传感反馈，这对实现边校正边装配有直接的影响。如在机械手上安装视觉传感器、力传感器等检测元件，即主动柔顺装配。主动柔顺装配须配备一定功能的传感器，造价较高。

单元2工业机器人机械结构

612.3

工业机器人的传动部件

被动柔顺装配利用不带动力的机构来控制机械手的运动，以补偿其位置误差。在需要被动柔顺装配的工业机器人结构中，一般在手腕处配置一个角度可调的柔顺环节，以满足柔顺装配的需要。被动柔顺装配的手腕结构比较简单，造价较低，装配速度快。相比主动柔顺装配技术，被动柔顺装配要求装配件有倾角，允许的校正补偿量受倾角的限制，轴孔间隙不能太小。采用被动柔顺装配的工业机器人手腕称为工业机器人的柔顺手腕，如图2-37所示。

（2）被动柔顺装配图2-37柔顺手腕感谢您的关注!

单元3坐标系的位置与方向3.1坐标系3.2坐标系变换目录CONTENTS3.3坐标系姿态的欧拉角法3.1坐标系单元3坐标系的位置与方向一、工业机器人操作技术实践：完成教材中的操作，使工业机器人的操作臂利用真空抓手（工具）从给料台上抓取工件，然后将工件放置到码垛台上。

工业机器人操作指通过操作臂使工件和工具在工作空间中运动。图3-1工业机器人码垛图3-3工业机器人的操作臂抓取工件3.1坐标系单元3坐标系的位置与方向二、工业机器人坐标系的定义及分类

1.关节坐标系

关节坐标系用于工业机器人关节轴的实际运动控制，它用来规定工业机器人关节的最大回转速度、最大回转范围等基本参数。

腰回转轴J1

下臂摆动轴J2

上臂摆动轴J3腕回转轴J4腕摆动轴J5手回转轴J6

图3-4关节坐标系3.1坐标系单元3坐标系的位置与方向二、工业机器人坐标系的定义及分类

2.直角坐标系

操作臂的工作空间通常是三维空间。为了方便操作和编程，可以用直角坐标系来描述三维空间。直角坐标系又称为笛卡儿坐标系，它实际上是一个用数学来定义的坐标系。

笛卡儿坐标系的主轴X、Y、Z相互垂直并相交于一点（原点），三个主轴的正方向设置遵循右手法则，分别用红、绿和蓝三种颜色来标明X、Y、Z轴。图3-6右手法则3.1坐标系单元3坐标系的位置与方向技术实践：完成教材中的操作，在三维空间中建立笛卡儿坐标系。直角坐标系工具坐标系用户坐标系3.1坐标系单元3坐标系的位置与方向二、工业机器人坐标系的定义及分类

3.三维空间中物体的位置和方向

工业机器人的任何操作都是在三维空间中改变工具和工件的位置和方向。位置和方向统称为位姿。

通常将坐标系附加在物体上，用坐标系的位姿来描述物体的位姿。坐标系原点位置代表坐标系在空间中的位置，坐标系三个主轴的方向代表坐标系的方向。

技术实践：完成教材中的操作，为物体建立坐标系，使坐标系原点位于几何体的中心。技术实践：完成教材中的操作，为操作臂的连杆、工具、工件建立坐标系。3.1坐标系单元3坐标系的位置与方向二、工业机器人坐标系的定义及分类

4.世界坐标系、参考坐标系和标准坐标系

通常定义一个世界坐标系，又称为绝对坐标系，它可视为与地球固连并处于静止状态，可作为工业机器人工作空间中所有坐标系位姿的统一参考坐标系。

在操作臂的工作空间中存在多个坐标系，任何一个坐标系都可作为其他坐标系位姿的参照，称为参考坐标系。技术实践：完成教材中的操作，观察工业机器人工作站坐标系的组成，并建立工业机器人工作

站的基本坐标系。图3-14标准坐标系3.2坐标系变换单元3坐标系的位置与方向

坐标系变换指坐标系在空间内产生运动。当空间的坐标系（向量、物体或运动坐标系）相对于某一参考坐标系运动时，该运动可以用坐标系变换的方式来描述，这是因为变换本身就是坐标系状态（位姿）的变化。坐标系变换有三种形式：坐标系平移；坐标系旋转；坐标系平移与旋转的组合。3.2坐标系变换单元3坐标系的位置与方向一、坐标系平移

坐标系平移指一个坐标系初始时与参考坐标系重合，之后其原点相对于参考坐标系的主轴移动一定距离，同时保持姿态不变。技术实践：完成教材中的操作，通过改变物体坐标系的原点位置移动物体。图3-22坐标系平移3.2坐标系变换单元3坐标系的位置与方向二、坐标系旋转

坐标系旋转指一个坐标系相对于参考坐标系的某一主轴转动一定角度，原点位置保持不变。技术实践：完成教材中的操作，通过改变物体坐标系的姿态改变物体的方向。图3-23坐标系旋转3.2坐标系变换单元3坐标系的位置与方向三、坐标系的位姿变化-平移和旋转

如图3-22所示，相对于坐标系｛U｝，坐标系｛B｝和｛C｝既发生了位置的平移，又发生了姿态的改变，称之为坐标系的位姿变化。该变化过程可以通过坐标系先平移后旋转来实现。技术实践：完成教材中的操作，通过改变物体坐标系的位姿改变物体的位置和方向。图3-22坐标系平移3.3坐标系姿态的欧拉角法单元3坐标系的位置与方向一、欧拉角法概述

考察一个要确定姿态的坐标系和两个参考坐标系（固定坐标系和运动坐标系），这三个坐标系位于同一个原点，固定坐标系和运动坐标系初始时重合。需要让运动坐标系按照一定的顺序连续三次分别绕固定坐标系的X、Y、Z轴旋转一定的角度，或者绕运动坐标系的X′、Y′、Z′轴旋转一定的角度，运动坐标系最终的姿态就代表要确定的坐标系姿态。

3.3坐标系姿态的欧拉角法单元3坐标系的位置与方向二、绕固定轴X、Y、Z旋转（RPY欧拉角法）

如图3-27所示，和描述飞机在空中飞行时的姿态类似，RPY角法将工具的轴线取为Z轴方向，则绕Z轴的旋转（α）称为回转（Roll），绕Y轴的旋转（β）称为俯仰（Pitch），绕X轴的旋转（γ）称为偏转（Yaw）。图3-27RPY角法3.3坐标系姿态的欧拉角法单元3坐标系的位置与方向二、绕固定轴X、Y、Z旋转（RPY欧拉角法）

如图3-28所示，｛A｝代表固定参考坐标系（填充颜色的箭头），｛B｝代表运动参考坐标系（未填充颜色的箭头）。采用RPY角法得到坐标系姿态的规则：首先将｛B｝和｛A｝重合。先将｛A｝绕XA轴旋转γ，再绕YA轴旋转β，最后绕ZA轴旋转α。这三次旋转都是相对固定坐标系的主轴进行的，最终得到坐标系姿态。图3-28采用RPY角法得到坐标系姿态3.3坐标系姿态的欧拉角法单元3坐标系的位置与方向三、绕运动轴Z、Y、X旋转（ZYX欧拉角法）

如图所示，采用ZYX欧拉角法得到坐标系姿态的规则：首先将｛B｝和｛A｝重合。先将｛B｝绕ZB轴旋转α，再绕

轴旋转β，最后绕

轴旋转γ。其中，主轴符号的上标“'”和“''”分别表示运动坐标系第一次和第二次旋转后对应的主轴。这三次旋转都是相对运动坐标系的主轴进行的，最终得到坐标系姿态。技术实践：完成教材中的操作，应用欧拉角法描述坐标系姿态。图3-29采用AYX欧拉角法得到坐标系姿态

感谢您的关注!单元4操作臂的运动4.1关节变量和连杆坐标系4.2自由度4.3关节空间和直角坐标空间4.4奇异构型目录CONTENTS4.5工作空间4.1关节变量和连杆坐标系单元4操作臂的运动一、什么是关节变量？关节变量有何作用？关节变量关节转角转动关节的控制变量关节偏距移动关节的控制变量技术实践：完成教材中的操作，通过调整操作臂连杆的关节转角，使对应的连杆运动。4.1关节变量和连杆坐标系单元4操作臂的运动二、连杆坐标系、工具坐标系和基座坐标系1.连杆坐标系有何作用？

确定各个连杆之间的相对运动关系和位姿关系。

2.工具坐标系有何作用？

通常用来描述操作臂的位姿。3.基座坐标系有何作用？

它通常与绝对坐标系重合，作为其他坐标系共同的参考坐标系技术实践：完成教材中的操作，观察连杆坐标系的组成。4.2自由度单元4操作臂的运动一、三维空间中的物体最多可以有多少个自由度？技术实践：完成教材中的操作，观察三维空间中物体的6个自由度。三维空间中的物体独立运动的自由度移动自由度分别沿X、Y和Z轴移动转动自由度分别绕X、Y和Z轴转动4.2自由度单元4操作臂的运动二、操作臂的自由度是如何定义的？

1.对于一个典型的工业机器人来说，其操作臂每个连杆的位姿都由一个独立关节变量来定义，所以操作臂有多少个关节，就有多少个自由度。2.如果三维空间中物体有6个自由度，控制其运动的操作臂就需要有6个自由度。

4.2自由度单元4操作臂的运动二、操作臂的自由度是如何定义的？

3.操作臂的自由度应该与工业机器人作业所需的自由度相匹配。

（1）工具具有对称回转轴

1）采用回转式刀具铣削球形体：操作臂需要具有5个自由度。

技术实践：完成教材中的操作，观察具有1个回转自由度的工具与具有5个自由度的工业机器人配合，满足作业所要求的6个自由度。4.2自由度单元4操作臂的运动二、操作臂的自由度是如何定义的？

3.操作臂的自由度应该与工业机器人作业所需的自由度相匹配。

（1）工具具有对称回转轴

2）采用回转式刀具铣削平面工件：操作臂需要具有3个自由度。

技术实践：完成教材中的操作，观察装有回转式铣削刀具的3自由度机器人在平面工件上进行需要4个自由度才能完成的铣削作业。4.2自由度单元4操作臂的运动二、操作臂的自由度是如何定义的？

3.操作臂的自由度应该与工业机器人作业所需的自由度相匹配。

（2）具有主动定位装置（变位机）主动定位装置（变位机）能够提供额外的自由度，既可以增强工业机器人作业的柔性，又可以使用少于6个自由度的操作臂完成作业。技术实践：完成教材中的操作，观察利用变位机额外提供的2个自由度使3自由度工业机器人完成需要5个自由度的铣削作业。4.2自由度单元4操作臂的运动三、冗余自由度是如何定义的？有何作用？当操作臂具有的自由度超过工业机器人完成作业所需的自由度时，工业机器人就具有冗余自由度。技术实践：完成教材中的操作，观察冗余自由度使工业机器人的工作空间变大。冗余自由度的作用扩大灵巧工作空间穿越奇异构型改善操作臂的动力学性能4.3关节空间和直角坐标空间单元4操作臂的运动一、直角坐标空间是如何定义的？关节空间是如何定义的？关节空间是由操作臂所有关节转角变量组成的空间

直角坐标空间用直角坐标系来描述。

技术实践：完成教材中的操作，实现操作臂在关节空间和直角坐标空间中的运动。4.3关节空间和直角坐标空间单元4操作臂的运动二、操作臂的构型是如何定义的？

1.通常把由一组关节转角确定的各个连杆位姿所组成的几何位形称为操作臂的构型。2.针对操作臂在直角坐标空间中的同一个位姿，在关节空间中可能存在多种构型与其对应。

技术实践：完成教材中的操作，观察操作臂以不同的构型运动到同一个工具位姿，且运动路径不同。操作臂在直角坐标空间中的同一个位姿对应在关节空间中的八种构型4.3关节空间和直角坐标空间单元4操作臂的运动二、操作臂的构型是如何定义的？

3.操作臂的同一个位姿可能存在多种构型与其对应，使得工业机器人的运动规划变得复杂，但这是工业机器人灵巧性的一种体现。技术实践：完成教材中的操作，观察操作臂在直角坐标空间中的同一个位姿，在关节空间中可能存在多种构型与其对应。操作臂以不同的构型到达同一个目标位姿4.4奇异构型单元4操作臂的运动一、奇异构型是如何定义的？当操作臂在直角坐标空间运动时，工具可能至少在一个方向上丧失运动能力，即失去一个或几个自由度，此时操作臂所有连杆的位姿组合而成的构型称为奇异构型。当操作臂处于奇异构型时，工具不能实现穿越奇异构型的连续直线运动。

4.4奇异构型单元4操作臂的运动一、奇异构型是如何定义的？腕部奇异构型此时J4和J6的轴线重合，工具不能沿平行于J5的轴线运动。

技术实践：完成教材中的操作，通过改变操作臂的关节转角，使操作臂处于腕部奇异构型。4.4奇异构型单元4操作臂的运动一、奇异构型是如何定义的？2.肘部奇异构型此时操作臂的连杆完全伸展，工具远离操作臂的基座。

技术实践：完成教材中的操作，通过改变操作臂的关节转角，使操作臂处于肘部奇异构型。4.4奇异构型单元4操作臂的运动一、奇异构型是如何定义的？3.肩部奇异构型当操作臂腕部的中心位于基座的轴线时，操作臂处于肩部奇异构型。此时，工具接近操作臂基座的轴线。

技术实践：完成教材中的操作，通过改变操作臂的关节转角，使操作臂处于肩部奇异构型。4.5工作空间单元4操作臂的运动一、三个工作空间的包含关系？

技术实践：完成教材中的操作，通过改变操作臂的关节转角，使操作臂处于肩部奇异构型。4.5工作空间单元4操作臂的运动一、三个工作空间的包含关系？1.几何工作空间机器人操作手册上经常几何图形来描述操作臂的工作区域。其最大范围定义在腕部中心与J1轴之间的最大距离处，蓝色区域所示为给定J1轴的转角范围后腕部中心可达的平面范围。

4.5工作空间单元4操作臂的运动一、三个工作空间的包含关系？1.几何工作空间机器人操作手册上经常几何图形来描述操作臂的工作区域。其最大范围定义在腕部中心与J1轴之间的最大距离处，蓝色区域所示为给定J1轴的转角范围后腕部中心可达的平面范围。

4.5工作空间单元4操作臂的运动一、三个工作空间的包含关系？1.几何工作空间几何图形来描述操作臂的工作区域。其最大范围定义在腕部中心与J1轴之间的最大距离处，蓝色区域所示为给定J1轴的转角范围后腕部中心可达的平面范围。

技术实践：完成教材中的操作，观察几何工作空间的变化。4.5工作空间单元4操作臂的运动二、灵巧工作空间和可达工作空间如何定义？灵巧工作空间指由工具能从各个方向到达的空间位置点组成的区域。可达工作空间指由工具至少能从一个方向到达的空间位置点组成的区域。比如二自由度平面操作臂的最大工作边界或最小工作边界。

技术实践：完成教材中的操作，观察工具在灵巧工作空间中的姿态变化。

4.5工作空间单元4操作臂的运动二、奇异构型对工作空间灵巧性和可达性有何影响？尽管在关节空间中可以控制工具以任意方向到达工作空间的任意位置，但在直角坐标空间中，当操作臂处于奇异构型时，工具至少在一个方向丧失运动能力，其位置点是组成可达工作空间的一个位置点，奇异构型将工具的连续路径运动区域分割成多个灵巧工作空间。

技术实践：完成教材中的操作，观察工具处于腕部奇异构型两侧的灵巧工作空间中的位置点。

4.5工作空间单元4操作臂的运动二、奇异构型对工作空间灵巧性和可达性有何影响？在操作工业机器人时，必须事先明确：工具能否到达期望的位姿？能从一个或几个方向到达期望的位置？要明确这些，就需要确定工件是处于灵巧工作空间还是可达工作空间。通常尽可能地将工件放置在灵巧工作空间，以使工具能够从各个方向操作工件。

技术实践：完成教材中的操作，观察工具处于腕部奇异构型两侧的灵巧工作空间中的位置点。

感谢您的关注!单元5

操作臂的驱动与控制5.1关节驱动力矩5.2驱动器5.3位置和速度检测5.4操作臂的控制目录CONTENTS5.1关节驱动力矩单元5

操作臂的驱动与控制一、操作臂驱动系统的组成？多自由度的操作臂包含若干个关节。如图所示，单关节驱动系统由驱动器（包含

电动机和齿轮减速传动系统）和连杆组成。驱动器产生关节驱动力矩，以驱动连杆运动。

5.1关节驱动力矩单元5

操作臂的驱动与控制二、关节驱动力矩的影响因素有哪些？关节驱动力矩操作臂所受到的重力操作臂的加速度操作臂的速度操作臂的质量摩擦力操作臂所处的构型5.1关节驱动力矩单元5

操作臂的驱动与控制二、关节驱动力矩的影响因素有哪些？1.重力矩的影响通常重力矩对关节驱动力矩的影响最为显著，尤其在工业机器人承受较大重力负载

的作业场合，即使当操作臂静止或低速运动时，重力矩也一直存在。

技术实践：完成教材中的操作，分析操作臂的重力矩对关节驱动力矩的影响。。5.1关节驱动力矩单元5

操作臂的驱动与控制二、关节驱动力矩的影响因素有哪些？1.有效载荷的影响有效载荷会影响操作臂的两个动态效果：操作臂末端的质量会增加关节的转动惯量，

从而降低加速度和动态性能；操作臂末端的质量会产生一个需要关节来支撑的重力矩。

技术实践：完成教材中的操作，分析操作臂的重力矩对关节驱动力矩的影响。5.2驱动器

单元5

操作臂的驱动与控制一、驱动器的分类？

操作臂的驱动器电动气动液压5.2驱动器

单元5

操作臂的驱动与控制二、电动机：有刷电机和无刷电机特点？1.有刷电机的工作原理？

有刷电机定子转子换向机构5.2驱动器

单元5

操作臂的驱动与控制二、电动机：有刷电机和无刷电机特点？无刷电机的工作原理？无刷电动机通过外部电子系统实现电流换向。

5.2驱动器

单元5

操作臂的驱动与控制三、齿轮减速传动系统有何作用？齿轮减速比的作用？通常要采用齿轮减速传动系统来降低转速并增大转矩。齿轮减速传动系统的优点是能够大大减小负载的转动惯量对电动机驱动性能的影响，也可减小操作臂构型的变化对运动的影响，这对于提高工业机器人运动的稳定性是非常有利的。齿轮减速传动系统的缺点是会产生非线性效应并增大摩擦力。5.2驱动器

单元5

操作臂的驱动与控制三、齿轮减速传动系统有何作用？2.齿隙的影响？非线性效应是由普通齿轮的轮齿间存在无法消除的间隙（齿隙）造成的，它会降低操作臂运动的稳定性和精度。目前绝大多数工业机器人采用无齿隙的谐波齿轮减速器来消除非线性效应，并获得很大的齿轮减速比。5.2驱动器

单元5

操作臂的驱动与控制三、齿轮减速传动系统有何作用？3.摩擦力的影响？通常由齿轮减速器产生的摩擦力是相当大的。对于大多数由电动机驱动的工业机器人来说，由摩擦力造成的驱动力矩损耗大约相当于操作臂驱动力矩的25%。谐波齿轮减速器运行时因摩擦而产生很大的热损耗，该热损耗可达操作臂驱动力矩的30%。蓄积的大量热量会破坏机构良好的润滑状态，使机构的摩擦力变化很大，影响操作臂运动的精度和稳定性。因此，做好操作臂关节的热维护工作有利于延长操作臂的使用寿命并使其保持良好的工作性能。

5.3位置和速度检测单元5

操作臂的驱动与控制一、位置检测有何作用？如何实现精确的位置检测？所有的工业机器人都采用伺服控制。发送给驱动器的力或力矩指令是根据关节期望位置与检测到的关节实际位置的差值给定的，这就要求每个关节都要有位置检测传感器来检测关节转角的实际位置。通常将位置检测传感器安装在驱动器（电动机）的轴上。如果传动系统保持刚性且没有间隙偏差，就可以根据驱动器轴的位置得到真实的关节转角位置。这种并置的位置检测传感器与传动系统的组合非常便于控制。

5.3位置和速度检测单元5

操作臂的驱动与控制一、位置检测有何作用？如何实现精确的位置检测？光电编码器的工作原理？二进制码盘上沿圆周分布着成对的不透光栅格和透光栅格。LED光源和光电检测器成对布置在码盘的两侧。码盘旋转时，在不透光栅格和透光栅格之间交替，从而产生连续的光脉冲信号，光电检测器把这些光脉冲信号转化成二进制数字信号。检测到的光脉冲的个数即代表码盘的转角位置。5.3位置和速度检测单元5

操作臂的驱动与控制一、位置检测有何作用？如何实现精确的位置检测？光电编码器的工作原理？二进制码盘上沿圆周分布着成对的不透光栅格和透光栅格。LED光源和光电检测器成对布置在码盘的两侧。码盘旋转时，在不透光栅格和透光栅格之间交替，从而产生连续的光脉冲信号，光电检测器把这些光脉冲信号转化成二进制数字信号。检测到的光脉冲的个数即代表码盘的转角位置。5.3位置和速度检测单元5

操作臂的驱动与控制一、位置检测有何作用？如何实现精确的位置检测？2.增量式和绝对式编码器的工作原理？（1）增量式编码器为了检测伺服电动机的转动方向，通常布置两个相位差为90°的光电检测器，转动方向由检测到的两个方波信号的相对相位决定。增量式编码器需要设置一个位置输出特征脉冲，作为计算绝对转角的零位。因此在实际测量前，需要初始化计数器。断电后重新开始检测，编码器就需要重新初始化。采用增量式编码器的工业机器人，通常在其处于初始位置时对编码器进行初始化5.3位置和速度检测单元5

操作臂的驱动与控制

5.3位置和速度检测单元5

操作臂的驱动与控制一、速度检测的工作原理？如何实现精确的速度检测？1.速度检测的工作原理？如图5-14所示，将控制系统的一个采样周期作为脉冲计数间隔，将计数器测得的正比于转速的脉冲频率作为转速信息反馈给控制器。在下一个采样周期内，计数器清空并重新计数，从而获得新的转速信息。

5.3位置和速度检测单元5

操作臂的驱动与控制一、速度检测的工作原理？如何实现精确的速度检测？如何实现精确的速度检测？如图5-15所示，根据转速大小转换速度检测模式。在低转速时，不通过检测脉冲数而通过检测相邻脉冲的时间间隔来提供转速信息；在高转速时，切换到通过检测脉冲数来提供转速信息。

5.4操作臂的控制单元5

操作臂的驱动与控制一、为什么操作臂不采用开环控制？没有采用关节的实际位置和速度参与驱动力矩的计算，所以这种控制方式称为开环控制。实际上很难建立精确的动力学方程来计算所需的关节驱动力矩，操作臂运动过程中不可避免地存在干扰，所以采用开环控制方式并不能达到关节沿着期望轨迹运动的目的。

5.4操作臂的控制单元5

操作臂的驱动与控制二、为什么操作臂采用带有反馈的闭环控制？如图5-17所示，工业机器人都是利用关节传感器的反馈来计算所需关节驱动力矩的。通过比较期望位置和实际位置之差以及期望速度和实际速度之差来计算伺服偏差。控制系统可以根据伺服偏差计算所需的关节驱动力矩，而不需要用动力学方程来进行计算。这种利用反馈的控制系统称为闭环控制系统，其基本思想是通过利用反馈信号计算所需关节驱动力矩来减小乃至消除伺服偏差，达到关节沿期望轨迹运动的目的。

5.4操作臂的控制单元5

操作臂的驱动与控制三、单关节的闭环控制原理？1.单关节操作臂PID控制原理？工业机器人大都把每个关节作为一个独立的控制系统，关节运动互相造成的影响通过补偿控制规律来抑制。如图5-18所示，工业机器人大都利用简单的PID控制规律来实现单关节运动控制，让每个关节精确地跟随各自的关节角度轨迹。

5.4操作臂的控制单元5

操作臂的驱动与控制三、单关节的闭环控制原理？2.单关节操作臂PID控制系统的基本组成？图5-19所示为通常采用的单关节操作臂PID控制系统。一个微控制器（单片机）利

用PID控制规律来控制一个独立关节。微控制器通过光电编码器读取关节当前实际位

置，利用PID控制规律对伺服偏差进行运算，运算结果作为输入电动机的电流信号，电动机根据电流信号输出关节驱动力矩，关节驱动力矩驱动连杆运动以达到实际的关节转角与期望的关节转角相同的目的。技术实践：完成教材中的操作，分析在PID控制器作用下实际的关节转角跟随期望的关节转角的改变。5.4操作臂的控制单元5

操作臂的驱动与控制四、工业机器人的分层控制结构的工作原理？如图5-22所示，工业机器人的控制系统通常采用分层控制结构，主要包括一台主控计算机和接受其指令控制的各个关节控制系统。

感谢您的关注!单元6

工业机器人编程6.1工业机器人编程系统6.2工业机器人编程语言6.3RAPID程序简介目录CONTENTS6.1工业机器人编程系统单元6工业机器人编程一、什么是工业机器人的可编程性?有何作用？编程系统是用户和工业机器人之间的接口。通过这个接口，用户可以编写程序指令，控制工业机器人完成各种任务。可编程性是工业机器人操作柔性的体现，它不仅指操作臂的运动可编程，还指通过使用传感器感知工作环境信息以及与其他自动化设备的信息交互，工业机器人能够适应任务进程中的各种变化。6.1工业机器人编程系统单元6工业机器人编程二、工业机器人的工作站的组成？如图所示，通过集中控制系统将一个或多个工业机器人、机器视觉系统、工件传输系统和工件进给系统组成一个工业机器人工作站。在智能化工厂中，使用一台中央控制计算机就能够控制工厂的全部流程，工业机器人工作站及其他工作单元可以通过网络相互连接，形成智能生产线。6.1工业机器人编程系统单元6工业机器人编程三、编程系统的有哪些功能？1.示教用户通过示教器操纵工业机器人，移动工业机器人到一个期望的目标位姿，并在计算机中存储这个位姿的数据，控制器再现这一运动过程时可以从计算机中读取位姿的数据。大多数示教器允许用户选择直角坐标空间、关节空间及其他工作模式，进而编写程序指令，调试和分步操作工业机器人。6.1工业机器人编程系统单元6工业机器人编程三、编程系统有哪些功能？2.动作控制动作控制需要用编程指令详细指定工业机器人的每个动作特性信息。动作特性信息包括目标点的位姿、操作臂构型、运动轨迹、速度、加速度等。每款工业机器人都配有一套编程系统。6.1工业机器人编程系统单元6工业机器人编程三、编程系统有哪些功能？3.任务作业任务作业允许用户直接给定期望任务的目标指令，而不必详细指定机器人的每个动作细节。能够完成任务操作的工业机器人编程系统必须具有自动执行多项任务规划的功能。例如，如果已发出“钻45°斜孔”的指令，则工业机器人必须为操作臂规划一条运动路径，使其避免与环境中的障碍物碰撞，并且必须自动调整好钻头的角度以完成钻孔作业。而对于动作控制的编程系统而言，所有操作指令都需要由编程人员用程序指令来指定。通常综合利用示教与动作控制功能来完成工业机器人的编程任务。6.2工业机器人编程语言单元6工业机器人编程一、工业机器人编程语言有哪些功能？1.

建立世界模型(1)建立几何模型并附加坐标系操作程序涉及的一定是三维空间的运动物体。编程语言提供描述一系列关节转角、笛卡儿坐标系和位姿的功能。利用这个功能，可以对工业机器人以及其他机器、工件、工具进行建模。如图所示的工业机器人工作站，在相关操作的位置附加了坐标系。6.2工业机器人编程语言单元6工业机器人编程一、工业机器人编程语言有哪些功能？1.建立世界模型(2)建立模型运动的关联性编程语言提供建立模型运动的关联性功能。利用这个功能，可以实现有运动关联的物体一同运动或停止。例如，抓取工件时，工件随工具一起运动；放置工件时，工件与工具分离。6.2工业机器人编程语言单元6工业机器人编程一、工业机器人编程语言有哪些功能？2.控制运动程序语言通常提供运动指令来控制工业机器人的期望运动。运动指令允许编程人员指定路径点和目标点，包括采用关节空间插补的点到点的弧线运动指令、采用直角坐标空间插补的直线运动指令以及采用关节空间插补和直角坐标空间插补的圆弧运动指令。此外，还可以控制整个运动过程中的速度、加速度或持续时间。6.2工业机器人编程语言单元6工业机器人编程一、工业机器人编程语言有哪些功能？3.控制操作流程编程语言所提供的指令允许编程人员指定工业机器人的操作流程。与通用计算机编程语言类似，这些指令包括分支、循环、访问子程序和中断查询等。有时工业机器人控制器需要通过并行方式与其他工作单元的设备协同工作，故由编程语言提供信号处理语句，处理工业机器人与其他设备的信息交互。对于需要用传感器检测各种动作的场合，利用中断或查询语句可以控制工业机器人根据传感器的检测信号对某种事件的请求做出即时响应。

分支循环子程序中断并行6.2工业机器人编程语言单元6工业机器人编程一、工业机器人编程语言有哪些功能？4.提供良好的编程环境与通用编程语言通常采用的“编辑→编译→运行”工作流程不同，大多数工业机器人编程语言采用解释性语言，以便在程序开发和调试时每次只运行一条语句。这种编程工作流程非常适合工业机器人编程时的频繁交互，并满足对错误进行大量调试的需要。目前，工业机器人生产商都提供了非常便于使用的编程支持系统，例如文本编辑器、

调试器以及文件管理系统等。6.2工业机器人编程语言单元6工业机器人编程一、工业机器人编程语言有哪些功能？4.融合传感器信息工业机器人编程非常重要的一个部分是编写工业机器人与传感器信息交互的程序。通常工业机器人控制器设有专门的信息交互接口，根据检测到的传感器信号，采用if-then-else结构控制工业机器人做出响应。6.2工业机器人编程语言单元6工业机器人编程一、工业机器人程序有哪些前后的关联性？1.操作臂构型和速度的影响对于工业机器人编程，则必须考虑程序代码的关联性。对于单独测试时工作可靠的程序代码，当将其置于较大的程序中时经常会失效，这是由于在进行工业机器人编程时受到操作臂构型和速度的影响较大。操作臂构型还会影响作用力的精确度和准确度。如何较好地在一个确定的构型中调整操作臂的运动功能，是编程时应该考虑的一个问题。

6.2工业机器人编程语言单元6工业机器人编程一、工业机器人程序有哪些前后的关联性？2.初始条件的影响对于工业机器人编程，则必须考虑程序代码的关联性。对于单独测试时工作可靠的程序代码，当将其置于较大的程序中时经常会失效，这是由于在进行工业机器人编程时受到操作臂构型和速度的影响较大。操作臂构型还会影响作用力的精确度和准确度。如何较好地在一个确定的构型中调整操作臂的运动功能，是编程时应该考虑的一个问题。

6.2工业机器人编程语言单元6工业机器人编程一、工业机器人程序有哪些前后的关联性？3.操作位置的变化在某一位置为执行某一项操作而编制的程序段，当将其用于其他位置执行同一操作时，很可能需要重新调试。操作位置的变化会引起达到目标位置的过程中操作臂构型的变化，例如从左肩到右肩或从肘上部到肘下部的运动。此外，操作臂构型的变化可能会引起操作臂由原来的简单小范围运动变为大范围运动。

6.2工业机器人编程语言单元6工业机器人编程一、工业机器人程序有哪些前后的关联性？4.运动轨迹的变化当在工作空间的不同区域内规划同样的路径时，关节空间中的运动轨迹形状特征很可能会发生改变。在采用直角坐标空间路径规划方法时，也会在奇异位置点附近出现运动轨迹形状特征发生变化的问题。

感谢您的关注!单元7

建立工业机器人工作站7.1建立工业机器人搬运工作站7.2建立工业机器人装配工作站7.3建立工业机器人钻孔工作站目录CONTENTS7.2建立工业机器人装配工作站单元7建立工业机器人工作站一、操作要求应用一台工业机器人，将ABBIRB120型工业机器人操作臂的连杆装配成操作臂标准构型。

7.2建立工业机器人装配工作站单元7建立工业机器人工作站二、操作步骤（1）需要将6个连杆依次装配到基座上，这些连杆的几何形状差别很大，位姿也不相

同，这对工业机器人工作空间的布置提出了很大的挑战。把装配作业分解成6个子装配

作业，每个子装配作业完成1个连杆的装配任务。

（2）在进行子装配作业时，首先要采用试探法为连杆在工业机器人工作空间确定合

适的位姿，使其尽量处于灵巧工作空间，使工具在抓取和放置连杆时能规避奇异构型，且

能够从任意方向抓取和放置连杆。

（3）基座和6个连杆的三维模型位姿以基座坐标系作为共同的绝对参考坐标系。

7.2建立工业机器人装配工作站单元7建立工业机器人工作站二、操作步骤（4）尽管连杆6具有绕轴线回转的几何特征，但其上的4个定位螺栓孔的位置并不是绕回转轴线均匀分布的。其余5个连杆都不具有绕轴线回转的几何特征，所以要选择至少具有6个自由度的工业机器人，才能完成连杆的装配作业。

（5）在实际装配作业中，针对不同的工件选择合适的装配工具，合理布置装配工具抓取工件的部位，以确保装配工具能够对工件施加合适的抓取和装配作用力。

（6）在实际装配作业中，必须考虑装配作业的精度要满足装配公差的要求。装配作业的精度与构件的制造精度、装配工具的精度、工业机器人的定位精度和重复定位精度等因素有关。7.2建立工业机器人装配工作站单元6建立工业机器人工作站技术实践：完成教材中的操作，基于RoboDK将连杆1装配到基座上。7.2建立工业机器人装配工作站单元7建立工业机器人工作站技术实践：完成教材中的操作，基于RoboDK将连杆2装配到连杆1上。7.2建立工业机器人装配工作站单元6建立工业机器人工作站技术实践：完成教材中的操作，基于RoboDK将连杆3装配到连杆2上。7.2建立工业机器人装配工作站单元7建立工业机器人工作站技术实践：完成教材中的操作，基于RoboDK将连杆4装配到连杆3上。7.2建立工业机器人装配工作站单元6建立工业机器人工作站技术实践：完成教材中的操作，基于RoboDK将连杆5装配到连杆4上。7.2建立工业机器人装配工作站单元7建立工业机器人工作站技术实践：完成教材中的操作，基于RoboDK将连杆6装配到连杆5上。7.3建立工业机器人钻孔工作站单元6建立工业机器人工作站一、操作要求本任务的工件为立方体。孔的位姿如图所示，孔的中心轴线位于XOZ平面，与

Z轴夹角为30°，从工件表面到达工件的几何中心。7.3建立工业机器人钻孔工作站单元7建立工业机器人工作站二、操作步骤（1）需要工具以直线路径进行