工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)(最全)最新精選PPT課件

1、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)課件工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)課件(最全最全) 目錄目錄 1 機(jī)器人坐標(biāo)系機(jī)器人坐標(biāo)系 2 3 4 5 機(jī)器人位姿變換機(jī)器人位姿變換 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué) 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 機(jī)器人性能指標(biāo)機(jī)器人性能指標(biāo) 1 機(jī)器人坐標(biāo)機(jī)器人坐標(biāo)系系 在分析機(jī)器人時(shí)會(huì)牽涉諸多坐標(biāo)系，一些是操作者不須關(guān)心的，另外一些卻是和工藝相關(guān)的。常見的坐標(biāo)系有： ? 關(guān)節(jié)坐標(biāo)系 ? 基座坐標(biāo)系 ? 工具坐標(biāo)系 ? 用戶坐標(biāo)系 1 機(jī)器人坐標(biāo)機(jī)器人坐標(biāo)系系 關(guān)節(jié)坐標(biāo)系主要描述各關(guān)節(jié)相對于標(biāo)定零點(diǎn)的絕對位置，旋轉(zhuǎn)軸常用表示，線性軸的常用mm描述。 作用： 單軸點(diǎn)動(dòng)：單軸示教機(jī)器人，常用于調(diào)試時(shí)驗(yàn)證關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)

2、方向、軟限位； 解除機(jī)器人奇異位置，當(dāng)機(jī)器人出現(xiàn)奇異報(bào)警時(shí)，只能在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下通過單軸點(diǎn)動(dòng)解除奇異報(bào)警； 軸正負(fù)極限報(bào)警：只能在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下通過單軸點(diǎn)動(dòng)解除正負(fù)超限報(bào)警； 關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值均為機(jī)器人關(guān)節(jié)的絕對位置，方便用戶調(diào)試點(diǎn)位時(shí)觀察機(jī)器人的絕對位置，避免機(jī)器人出現(xiàn)極限位置或奇異位置 關(guān)節(jié)坐標(biāo)系1 機(jī)器人坐標(biāo)機(jī)器人坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 系系 直角坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系: 直角坐標(biāo)系，包括很多種，但我們常常狹隘的將基座坐標(biāo)系稱為直角坐標(biāo)系。 直角坐標(biāo)系的Z軸即第一軸的Z軸，X軸為回零后的正前方，Y軸由右手定則確定。原點(diǎn)隨著df參數(shù)的大小上下變動(dòng)。 直角坐標(biāo)系下，用戶可控制機(jī)器

3、人末端機(jī)器人末端沿坐標(biāo)系任一方向移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，常用于現(xiàn)場點(diǎn)位示教。 機(jī)器人末端 右手定則 直角坐標(biāo)系1 機(jī)器人坐標(biāo)機(jī)器人坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 系系 （2）直角坐標(biāo)系 由于軌跡為空間插補(bǔ)，所以會(huì)遇到指定的位置和姿態(tài)不能到達(dá)，即奇異現(xiàn)象。 常見的奇異有： a）4、6軸共線附件，即5軸角度0附件。 b）2、3、5軸關(guān)節(jié)坐標(biāo)系原點(diǎn)接近共線，即已經(jīng)到達(dá)工作范圍邊界。 c） 5軸關(guān)節(jié)坐標(biāo)系原點(diǎn)在Z軸正上方附近。 右圖就處于a）的奇異狀態(tài)，直角下示教會(huì)報(bào)警。 直角坐標(biāo)系1 機(jī)器人坐標(biāo)機(jī)器人坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系坐標(biāo)系 系系 機(jī)器人系統(tǒng) 關(guān)節(jié)坐標(biāo)系 兩者關(guān)系？ 基坐標(biāo)系 1 機(jī)器人坐

4、標(biāo)機(jī)器人坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系坐標(biāo)系 系系 用戶坐標(biāo)系（工件坐標(biāo)系）: 用于描述各個(gè)物體或工位的方位的需要。用戶常常在自己關(guān)心的平面建立自己的坐標(biāo)系，以方便示教。 y 作用： 方便示教； 基于用戶坐標(biāo)系的點(diǎn)位，方便生產(chǎn)線復(fù)制，減少調(diào)試工作量； 離線仿真軟件提取的基于定義坐標(biāo)系軌跡控制點(diǎn)，可直接用于實(shí)際程序中，只需定義匹配的用戶坐標(biāo)系 y z x z y x z x 1 機(jī)器人坐標(biāo)機(jī)器人坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系坐標(biāo)系 系系 工具坐標(biāo)系: 在未加工具參數(shù)時(shí)，工具坐標(biāo)系在機(jī)器人末端的法蘭盤上，但方向與基座坐標(biāo)系不同。如右上圖所示。 安裝工具后，需加入工具參數(shù)，可以看作在機(jī)器人末端連桿的

5、延長，此時(shí)工具坐標(biāo)系為表示新的工況需向末端延長，形成新的坐標(biāo)系。如右下圖所示。 在示教時(shí)，也可以沿著工具坐標(biāo)系的X、Y、Z軸平行的方向平移，也可以末端不動(dòng)繞工具坐標(biāo)系的X、Y、Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 無工具參數(shù) 工具坐標(biāo)系1 機(jī)器人坐標(biāo)機(jī)器人坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系坐標(biāo)系 系系 工具坐標(biāo)系: 建立工具坐標(biāo)系方法： 直接輸入法 三點(diǎn)法（工具末端對一固定點(diǎn)示教三個(gè)不同姿態(tài)的點(diǎn)） 五點(diǎn)法（工具末端對一固定點(diǎn)示教五個(gè)不同姿態(tài)的點(diǎn)） 工具坐標(biāo)系三點(diǎn)法 五點(diǎn)法 2 機(jī)器人位姿機(jī)器人位姿變換變換 機(jī)器人點(diǎn)的位置描述： 在選定的直角坐標(biāo)系A(chǔ) A,空間任一點(diǎn)P P的位置可用31的位置矢量AP表示 ?px?Ap?py?

6、pz?點(diǎn)的位置描述 2 機(jī)器人位姿機(jī)器人位姿變換變換 齊次坐標(biāo)： 如用四個(gè)數(shù)組成(41)列陣 ?px?p?y?p?pz?1?表示三維空間直角坐標(biāo)系A(chǔ) A中點(diǎn)p，則列陣px py pz 1T稱為三維空間點(diǎn)p的齊次坐標(biāo)。 ?px?a?p?b?y?p? ?pz?c? ?1?w?2 機(jī)器人位姿機(jī)器人位姿變換變換 坐標(biāo)軸方向的描述： i、j、k分別是直角坐標(biāo)系中x、y、Z坐標(biāo)軸的單位向量。若用齊次坐標(biāo)來描述x、y、z軸的方向，則 X?1 0 0 0?Y?0 1 0 0?Z?0 0 1 0?TTT(41)列陣a b c oT T中第四個(gè)元素為零，且a2+b2+c2=1，則表示某軸(某矢量)的方向； (4x

7、1)列陣a b c wT T中第四個(gè)元素不為零，則表示空間某點(diǎn)的位置。 2 機(jī)器人位姿機(jī)器人位姿變換變換 動(dòng)坐標(biāo)系姿態(tài)的描述： 動(dòng)坐標(biāo)系位姿的描述就是對動(dòng)坐標(biāo)系原點(diǎn)位置的描述以及對動(dòng)坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸方向的描述： 機(jī)器人的一個(gè)連桿可以看成一個(gè)剛體。若給定了剛體上某一點(diǎn)的位置和該剛體在空間的姿態(tài)，則這個(gè)剛體在空間上是完全確定的。 剛體Q在固定坐標(biāo)系OXYZ中的位置可用齊次坐標(biāo)形式的一個(gè)(41)列陣表示為： ?xo?y?o?p?zo?1?o?oa?an?nxxxnyoyaynzozaz?o?o?oTTT剛體的姿態(tài)可由動(dòng)坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸方向來表示。令n、o、a分別為X、y 、z 坐標(biāo)軸的單位方向矢量，每個(gè)

8、單位方向矢量在固定坐標(biāo)系上的分量為動(dòng)坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸的方向余弦，用齊次坐標(biāo)形式的(41)列陣分別表示為： 2 機(jī)器人位姿機(jī)器人位姿變換變換 剛體的位姿可用下面(44)矩陣來描述： T?n oa?nx?ny?p?nz?0oxoyoz0axayaz0 xo?yo?zo?1?對剛體Q位姿的描述就是對固連于剛體Q的坐標(biāo)系OXYZ位姿的描述。 3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué) 運(yùn)動(dòng)學(xué)：機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究對象是機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置和機(jī)器人末端位姿之間的關(guān)系 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)包含兩個(gè)基本問題： 1.已知機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位置，求機(jī)器人 末端的位姿； 2.已知機(jī)器人末端的位姿，求機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位置. 3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)工

9、業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 學(xué)學(xué) 為什么要研究運(yùn)動(dòng)學(xué)：機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)無非有兩種：PTPPTP(點(diǎn)到點(diǎn))及CPCP(連續(xù)運(yùn)動(dòng)) 3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 學(xué)學(xué) 運(yùn)動(dòng)學(xué)的實(shí)用方式： 位置反饋 3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué) D-H參數(shù)： 關(guān)節(jié)坐標(biāo)系 兩個(gè)關(guān)節(jié)軸線沿公垂線的距離an，稱為連桿長度；另一個(gè)是垂直于an的平面內(nèi)兩個(gè)軸線的夾角n，稱為連桿扭角，這兩個(gè)參數(shù)為連桿的尺寸參數(shù)；是沿關(guān)節(jié)n軸線兩個(gè)公垂線的距離，稱為dn，n是垂直于關(guān)節(jié)n軸線的平面內(nèi)兩個(gè)公垂線的夾角。 3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué) 連桿坐標(biāo)系之間的矩陣變建立了各連桿坐標(biāo)系后，n-1系與n系間的

10、變換關(guān)系可以用坐標(biāo)系的平移、旋轉(zhuǎn)換： 來實(shí)現(xiàn)。 從n-1系到n系的變換，可先令以n-1系繞Z n-1軸旋轉(zhuǎn)n角，再沿Z n-1軸平移dn ，然后沿Xn軸平移an ，最后繞Xn軸旋轉(zhuǎn)n角，使得n-1系n系重合。 上述四次變換時(shí)應(yīng)注意到坐標(biāo)系在每次旋轉(zhuǎn)或平移后發(fā)生了上述四次變換時(shí)應(yīng)注意到坐標(biāo)系在每次旋轉(zhuǎn)或平移后發(fā)生了變動(dòng)變動(dòng)，后一次變換，后一次變換都是相對于都是相對于動(dòng)系動(dòng)系進(jìn)行的，因此在運(yùn)算中變換算子應(yīng)該進(jìn)行的，因此在運(yùn)算中變換算子應(yīng)該右乘右乘。 0Tn?A1A2.Ai.01i?1n?1An 用一個(gè)變換矩陣用一個(gè)變換矩陣A An n來綜合表示來綜合表示 3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)

11、工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 學(xué)學(xué) 6自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)D-H參數(shù)表： 關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)i i n n 1 2 3 4 5 6 a ai i 0 d di i 0 i i 1 2 3 4 5 6 0 -90 0 90 -90 90 a1 a2 a3 0 0 df 0 0 d4 d5 ?nx0?0?nnRnpy?T6?nz0 1?0oxaxpx?oyaypy?ozazpz?0 0 1? 3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 學(xué)學(xué) 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算： 如何選取 某個(gè)解 3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 學(xué)學(xué) 逆動(dòng)學(xué)應(yīng)注意的問題：奇異性 奇異性：造成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)能力缺失（

12、缺少自由度）的特性。 工具坐標(biāo)系常見的奇異有： a）4、6軸共線附件，即5軸角度0附件。 b）2、3、5軸關(guān)節(jié)坐標(biāo)系原點(diǎn)接近共線，即已經(jīng)到達(dá)工作范圍邊界。 c） 5軸關(guān)節(jié)坐標(biāo)系原點(diǎn)在Z軸正上方附近。 4 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 定義：動(dòng)力學(xué)(dynamics)是研究作用于物體的力和物體運(yùn)動(dòng)之間的一般關(guān)系，它包括兩個(gè)基本問題 1). 已知作用在機(jī)器人各關(guān)節(jié)的力，求該關(guān)節(jié)對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，即求加速度，速度和位置； 簡單講，動(dòng)力學(xué)是解決機(jī)器人各關(guān)節(jié)受力大小和它簡單講，動(dòng)力學(xué)是解決機(jī)器人各關(guān)節(jié)受力大小和它 2). 已知機(jī)器人關(guān)節(jié)當(dāng)前的加速度，速度和位置，求此時(shí)關(guān)節(jié)上的受力大小。 運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系運(yùn)動(dòng)之間

13、的關(guān)系 已知運(yùn)動(dòng)的特性能夠求出對應(yīng)的力的大小，反之，已知運(yùn)動(dòng)的特性能夠求出對應(yīng)的力的大小，反之， 已知受力的大小，可以計(jì)算出機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性。已知受力的大小，可以計(jì)算出機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性。 動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)方程：動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)方程： ?B (q)q?C1(q)q?C2(q,q)q?Fvq?Fssign (q)?G (q)?f?4 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 動(dòng)力學(xué) 應(yīng)用 1).機(jī)器人最優(yōu)控制：優(yōu)化性能指標(biāo)和動(dòng)態(tài)性能、調(diào)整伺服增益*； 2).機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計(jì)：算出實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)所需的力/力矩，選擇合適的伺服及電機(jī)* ； 3).機(jī)器人碰撞檢測：比較實(shí)際電流和計(jì)算的預(yù)定電流之差

14、，判定撞擊是否發(fā)生* ； 4).機(jī)器人零力控制：機(jī)器人順應(yīng)外力作用運(yùn)動(dòng)，其仿佛處于一個(gè)不受重力和摩擦力的環(huán)境（ing）； 5).機(jī)器人的仿真：根據(jù)連桿質(zhì)量、負(fù)載、傳動(dòng)特征的動(dòng)態(tài)性能仿真,較之運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真更接近真實(shí)情況*。 4 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 動(dòng)力學(xué)模型的計(jì)算： 動(dòng)力學(xué)的計(jì)算有很多方法，如Lagrange、Newton-Euler、Gauss、Kane、Screw、Roberson-Wittenburg。其中以Lagrange、Newton-Euler最為常用。 第一關(guān)節(jié) 動(dòng)力學(xué)方程 第二關(guān)節(jié) 動(dòng)力學(xué)方程 4 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)

15、知識(shí)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)的部署 將經(jīng)（正向，逆向？）動(dòng)力學(xué)計(jì)算出的力矩， 以前饋的方式，加入到伺服的電流控制環(huán)路 4 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 動(dòng)力學(xué) 動(dòng)力學(xué)控制器的評價(jià)指標(biāo) 控制性能的好壞主要通過位置跟蹤偏差，速度跟蹤偏差以及 力矩波動(dòng)來判定 a) 位置跟蹤偏差對比 b) 速度跟蹤偏差對比 4 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 動(dòng)力學(xué) 動(dòng)力學(xué)方程 B (q)q?C1(q)q?C2(q,q)q?Fvq?Fssign (q)?G(q)?f?角加速度 速度 速度 速位度置 方向 慣性?力 離心?力 哥氏? ?力 粘摩?

16、擦 靜摩?擦 重力 外力 關(guān)節(jié)力矩 4 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 動(dòng)力學(xué) 生活中的哥氏力: 在地球上的擺動(dòng)會(huì)受到地球自 轉(zhuǎn)的影響。只要擺面方向與地球自轉(zhuǎn)的角速度方向存在一定的夾 角，擺面就會(huì)受到哥氏的影響，而產(chǎn)生一個(gè)與地球自轉(zhuǎn)方向相反 的扭矩，從而使得擺面發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。 1851年法國物理學(xué)家傅科預(yù)言了這種現(xiàn)象的存在，并且以實(shí)驗(yàn)證明了這種現(xiàn)象，他用一根長67米的鋼絲繩和一枚27千克的金屬球組成一個(gè)單擺，在擺垂下鑲嵌了一個(gè)指針，將這個(gè)巨大的單擺懸掛在 教堂穹頂之上，實(shí)驗(yàn)證實(shí)了 在北半球擺面會(huì)緩緩向右旋轉(zhuǎn) 4 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)工業(yè)機(jī)器人

17、基礎(chǔ)知識(shí) 動(dòng)力學(xué) 動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí) 作用：解決因機(jī)器人本體生產(chǎn)商無法提供動(dòng)力學(xué)參數(shù)或因在機(jī)械安裝過程中引起動(dòng)力學(xué)參數(shù)與標(biāo)稱不一致的問題。 方法：通過控制機(jī)器人按特定方式運(yùn)動(dòng)，可以自動(dòng)辨識(shí)出包括質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、摩擦力等在內(nèi)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。 利用機(jī)械廠家提供參數(shù)算得力矩 通過自動(dòng)辨識(shí)算得力矩 5 機(jī)器人性能指機(jī)器人性能指工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 標(biāo)標(biāo) 機(jī)器人性能指標(biāo) 重復(fù)定位精度：表示對同一指令位姿從一方向重復(fù)響應(yīng)次后實(shí)到位姿的一致程度。 定位精度：表示指令位姿和從同一方向接近該指令位姿時(shí)的實(shí)到位姿平均值z實(shí)到點(diǎn)位的集群之間的偏差。 姿態(tài)重復(fù)定3 SA位精度 實(shí)到姿態(tài)角平均值 位置集群重心G：x,y ,z? ?x,y ,z?指令位置O：G位置重復(fù)性：RP姿態(tài)定位精度 AAPA位置定位精度 位置重復(fù)定位精度 OAy坐標(biāo)系x指令姿態(tài)備注：B，C均可用同一圖表示。5 機(jī)器人性能指機(jī)器人性能指工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí) 標(biāo)標(biāo) 機(jī)器人性能指標(biāo) : 最小定位時(shí)間：機(jī)器人在點(diǎn)位控制方式下從靜態(tài)開始移動(dòng)一預(yù)定距離或擺動(dòng)一預(yù)定角度到達(dá)穩(wěn)定狀