工业机器人的技术指标学习目标导入案例课堂认知扩展与提高

第二章工业机器人机械结构与运动控制章节内容21工业机器人系统组成211机械手212控制器213示教器22工业机器人技术指标学习目标导入案例课堂认知拓展与提高本章小结思维练习23运动工业机器人控制 231 机器人运动学问题 232 机器人的点运动 233 机器人的位置控制 课前复习 什么是工业机器人 工业机器人有几个显着特点 工业机器人的常见分类有哪些及其简要说明 其行业应用学习目标、认知目标，熟悉工业机器人常用技术指标，掌握工业机器人的结构和各部分的功能，了解工业机器人的运动控制能力，能正确识别工业机器人的基本部件。能正确区分工业机器人的点。运动和连续路径运动介绍案例国产机器人缺乏竞争力的关键技术是瓶颈。众所周知，由于单体和核心部件的先天因素，中国机器人产业仍落后于日、美、韩等发达国家。虽然我国机器人产业经过30年的发展已经形成了比较完善的产业基础，但与发达国家相比仍有较大差距。工业基础仍然薄弱。关键零部件严重依赖进口。整个机器人产业链主要分为上游核心部件，主要是机器人、伺服电机、减速机三大核心部件，而控制系统相当于机器人的大脑。机器人主体和下游系统集成商的主体。国内95家企业集中在这一环节。课堂认知的三个层次 21 工业机器人系统由第一代工业机器人组成。第二代和第三代工业机器人的机械手控制器和示教器的组成部分还包括感知系统和分析决策系统。它们分别由传感器和软件实现。工业机器人系统是由211个机械手组成的机械手或机器人本体是工业机器人的机械本体是用来完成各种任务的执行器。它主要由机械手驱动单元、内部传感器等部分组成。关节型机器人机械手的基本结构。机器人机械手最后一个轴的机械接口通常是一种连接方式。 Lan可以连接不同的机械操作装置，如夹爪、吸盘、焊枪等1。关节型工业机器人的机械臂是由多个关节连接的机械联动装置的集合，本质上是拟人手臂的空间开链。型式机构一端固定在底座上机器人教案模板，另一端可自由移动。由关节-连杆结构组成的机械臂，大致可分为底座。腰臂。大臂和前臂。手腕。 4个部分。 1 基地是机器人。底座部分起支撑作用。腰部是机器人手臂的支撑部分。手臂是连接身体和手腕的部分。它是执行结构中的主要活动部分。又称主轴，主要用于改变手腕和末端执行器的空间位置。手腕是连接末端执行器和手臂的部分，也称为副轴，主要用于改变末端执行器的空间姿态。 2 驱动装置驱动工业机器人机械臂运动。它根据控制系统发出的指令信号，借助动力元件生成机器人。动作阶段人体肌肉和肌肉机器人常见的驱动方式主要有液压驱动、气动驱动和电力驱动三种基本类型。目前，除了一些运动精度低、负载重或有防爆要求的机器人外，大多数工业机器人都是由液压驱动的。其中，交流伺服电机应用最为广泛，大部分驱动布局采用一关节一驱动。比较了三种驱动模式的特性。 3 传动装置工业机器人广泛使用的机械传动装置是关节型机器人使用的主要减速器。有RV减速机和谐波减速机两种。一般RV减速器放置在底座腰部等重物上。主要用于20kg以上的机器人关节。谐波减速器放置在前臂手腕或手上。轻载位置主要用于20kg以下的机器接头。此外，机器人还采用齿轮传动链带传动直线运动单元等机器人关节传动单元。 1 谐波减速器通常由三个基本部件组成，包括一个带内齿的刚性轮。工作时可产生径向弹性变形并具有外齿的柔轮，以及具有椭圆形外圈和安装在柔轮中的柔性滚动轴承的波发生器，可任意固定在三种基本结构之一上。它是驱动部分和从动部分。谐波减速器原理图2 疲劳强度和刚度寿命长，回位精度稳定，精度高 机器人传动多采用RV减速器 RV减速器原理图 212控制器 机器人控制器是控制机器人按照指令完成一定动作或任务的装置和传感器信息是决定机器人功能和性能的主要因素。它也是机器人系统中更新和发展最快的部分。其基本功能包括示教功能、记忆功能、位置伺服功能、坐标设定功能和外围设备接触功能、传感器接口故障诊断、安全保护功能

根据控制系统的开放程度，机器人控制器分为3种类型。封闭、开放和混合。目前，它们基本上是日本机器人等封闭系统或欧洲机器人等混合系统。根据计算机结构控制方式和控制算法，机器人控制器的处理方式可分为集中控制和分布式控制。 1 集中控制器的优点是硬件成本低，易于信息收集和分析，易于实现系统的最优控制，更好的整体性和协调性 基于PC的系统硬件扩展更方便。缺点。系统控制缺乏灵活性。控制危险很容易集中注意力。一旦发生故障，影响面广，后果严重。大量的数据计算会降低系统的实时性。冲突系统连接复杂会降低系统可靠性 a 单接口卡驱动 b 多轴运动控制卡驱动 集中式机器人控制器结构 2 分布式控制器的主要思想是分散控制、集中管理、财务成本管理系统、文件管理系统、成本管理 项目成本管理行政管理系统是一个开放、实时、准确的机器人控制系统。在分布式系统中经常使用两级控制方法。它由上位机和下位机组成。该系统的优点是灵活。控制系统的危险性较小。有利于系统功能的并行执行，提高系统的处理效率，缩短响应时间，分布式机器人控制器结构213示教器，又称示教编程器或示教盒，主要由液晶屏和操作按钮组成，可由操作员的手移动。它是一个机器人 机器人的人机交互界面基本上是用来完成机器人的所有操作的。示教器本质上是一个专用的智能终端。示教时的数据流向关系 22 工业机器人技术指标 机器人技术指标反映了机器人的适用性。范围和工作性能一般有自由度、工作空间、额定载荷、最大工作度、速度和工作精度，以及可以独立移动坐标系的自由对象数量。不包括末端执行器的动作。通常作为机器人的技术指标来体现机器人。动作的灵活性可以用轴的直线运动、摆动或旋转的次数来表示。目前大部分焊接和喷漆机器人有6、7个自由度，而搬运和码垛组装机器人大多有46个自由度。额定负载也称为正常运行。在条件下，作用在机器人手腕末端的最大负载不会降低机器人的性能。目前使用的工业机器人的负载范围可以从05kg到800kg。工作精度。机器人的工作精度主要规定了位置精度和重复定位精度。定位精度也称为绝对精度。机器人末端执行器实际到达位置与目标位置的差值。重复定位精度是指机器人将其末端执行器重复定位在同一目标位置的能力。目前，工业机器人根据任务的不同，重复精度可达±001±05mm。机器人的重复性与端部负载的重复性不同。工业机器人典型工业应用的工作精度。工作任务的工作精度。额定载荷kg。重复定位精度mm。焊接 320±008±01 喷涂 520±02±0525±002±003 装配 610±006±0081020±006±01 工作空间也称工作范围 工作行程 手腕参考点可扫过的空间工业机器人执行任务常用 图形显示，目前单个工业机器人本体的工作范围可达35m左右。最大工作速度。机器人手腕中心在各轴联动情况下所能达到的最大线速度。这是生产中影响生产效率的重要指标。 a 立式串联多关节机 MOTOMANMH3Fb 卧式串联多关节机器人 MOTOMANMPP3Sc 并联多关节机器人 MOTOMANMYS650L 不同体结构 YASKAWA 机器人工作范围 23 工业机器人的运动控制 231 机器人运动学问题 工业机器人机械手可视为开链式多关节-link 机构起始端连杆 即机器人底座的端连杆与工具连接。相邻的连杆由关节轴连接。对于 6 自由度工业机器人，它由 6 个连杆和 6 个关节轴组成。当编号被编号时，该基被称为连接。这 6 根连杆不包括 0 根连杆。连杆 1 通过接头 1 与底座相连。连杆 2 通过接头 2 与连杆 1 相连，依此类推。给定机器人机械手的问题是知道每个关节角度向量以找到末端执行器相对于参考坐标系的位置。它被称为正向运动学运动学正解或 Where 问题。当机器人被示教时，机器人控制器将逐点进行。运动学正解运算 2 运动学逆问题 对于给定的机器人机械手，末端执行器在参考坐标系中的初始位姿和目标预期位姿是已知的。每个关节角度向量的计算称为逆运动学逆运动学解或者当机器人再现How问题时，机器人控制器将逐点执行逆运动学解并将向量分解为机械手的运动学。教逆运动学问题再现232机器人的点运动和连续轨迹运动1点位运气

Motion PointtoPointPTPPTP 运动只关心机器人末端执行器运动的起点和目标点位姿。它不关心这两个点之间的运动轨迹。 2 连续路径运动ContinuousPath CPCP运动不仅关心机器人末端执行器到达目标点的精度，还必须保证机器人可以在一定精度范围内沿所需轨迹重复运动。工业机器人PTP运动和CP运动的实现机器人CP运动是基于点对点运动，相邻两点之间采用满足精度要求的直线或圆。圆弧轨迹插补操作可以实现机器人的连续轨迹。当主控制器上位机从内存中逐点取出每个示教点的空间位姿坐标值时，对其进行直线或圆弧或插补运算，生成相应的路径。规划完成后，通过逆运动学计算将每个插值点的位置和姿态坐标值转换为关节角度值，分配给机器人的每个关节或关节控制器。下位机233的位置控制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 下位机是负责伺服电机闭环控制和所有关节协调运动的执行计算机。工业机器人位置控制的扩展与改进。运动控制电机和驱动机器人的核心技术是运动控制技术。目前的工业机器人采用电力驱动。主要有步进电机和伺服电机两种。步进电机系统步进电机是一种将电脉冲信号转换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。应用最广泛的混合式步进电机是一种高精度、简单、低成本的驱动方案、施工施工方案、施工方案实例、结构施工方案、营销策划方案模板、施工组织设计（施工方案）步进电机和步进驱动器 2. 伺服电机系统 伺服电机在自动控制系统中用作执行器，将接收到的电信号转换为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。当信号电压为零时无旋转现象。转速随着扭矩的增加而均匀降低。优点 ①无电刷和换向器工作可靠，维护保养要求低 ②定子绕组散热更方便 ③惯性小，易于提高系统的快速性 ④适应高速转矩工作状态 ⑤同等功率下体积和重量更小伺服电机和伺服驱动 本章总结了称为机械手的工业机器人的机械结构，通常用自由度、工作空间、额定载荷、定位精度、重复定位精度和最大工作速度等指标来表征工业机器人的性能机械手工业机器人通常由三部分组成：机械手控制器和示教器。机械手是机器人完成各种任务的主要部件。一般由机械手驱动传动装置和内部传感器组成。控制器是完成机器人控制功能的结构。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界面。在从一个点移动到另一个点的过程中，经常使用点位PTP控制和连续路径CP控制两种方法。思维练习 1 填空 1 ______ 通常作为机器人的技术指标，反映机器人动作的灵活性。轴可以直线移动、摆动或旋转。从数量上看，2个工业机器人主要由_____________和_______组成。下图1表_______表示2表示_______ 3表示_______和4表示_______ 问题2 图3 工业机器人的运动控制主要是实现_____和_____两种类型。当机器人进行______运动控制时，末端执行器必须保证运动的起点和目标点位姿，并且必须保证机器人可以在一定精度范围内沿着期望的轨迹运动4对于给定的机器人机械手机器人教案模板，已知每个关节角度向量用于计算末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿势。它被称为_____运动学。操作执行机构的哪些部分主要由①机械臂②驱动装置③传动装置④内部传感器A①②B①②③C①③D①②③④2示教器又称示教器或示教盒主要组成LCD屏幕和操作按钮，操作者的手可以移动它是机器人的人机交互界面。请问示教器可以完成以下哪些机器人操作 ① 点动机器人 ② 编写测试并运行机器人程序 ③ 设置机器人参数 ④ 检查机器人状态 A ① ② B ① ② ③ C ① ③ D ① ③ ④ 3 判断 1 机器人手臂与身体和手腕相连 是执行结构中的主要运动部件，主要用于改变手腕和末端执行器的空间位置，以满足机器人的工作空间并将各种负载转移到底座上。 2 除了个别动作精度低，重载或保护需要爆炸的机器人使用液压驱动外部工业机器人。目前，工业机器人大多采用交流伺服电机驱动。 3 工业机器人手腕传动多采用RV减速器，手臂采用谐波减速器

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