工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)PPT演示課件(PPT 40頁(yè))

1、課前回顧 所 處 位 置 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)由哪幾部分組成？工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式， 常見的有哪幾種？ 【 課 前 回 顧 】 1第1頁(yè)，共40頁(yè)。章節(jié)目錄 思考練習(xí) 2.1 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成 2.1.1 操作機(jī) 2.1.2 控制器 2.1.3 示教器 2.2 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo) 學(xué)習(xí)目標(biāo) 導(dǎo)入案例 擴(kuò)展與提高 本章小結(jié) 課堂認(rèn)知 2.3 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制 2.3.1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)問題 2.3.2 機(jī)器人的點(diǎn)位運(yùn)動(dòng) 2.3.3 機(jī)器人的位置控制 2第2頁(yè)，共40頁(yè)。學(xué)習(xí)目標(biāo) 所 處 位 置 熟悉工業(yè)機(jī)器人的常見技術(shù)指標(biāo) 能夠正確識(shí)別工業(yè)機(jī)器人的點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)和連續(xù)路徑運(yùn)動(dòng)【 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 】

2、 返回 目錄 認(rèn)知目標(biāo)能力目標(biāo)了解工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制能夠掌握工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)的含義3第3頁(yè)，共40頁(yè)。2.2 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo) 機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)反映機(jī)器人的適用范圍和工作性能。 所 處 位 置 【 課 堂認(rèn) 知 自由度工作空間額定負(fù)載最大工作速度工作精度一般都有：4第4頁(yè)，共40頁(yè)。相關(guān)術(shù)語(yǔ)及性能指標(biāo)一、關(guān)節(jié)（Joint）：即運(yùn)動(dòng)副，允許機(jī)器人手臂各零件之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。5第5頁(yè)，共40頁(yè)。6第6頁(yè)，共40頁(yè)。7第7頁(yè)，共40頁(yè)。8第8頁(yè)，共40頁(yè)。9第9頁(yè)，共40頁(yè)。10第10頁(yè)，共40頁(yè)。11第11頁(yè)，共40頁(yè)。12第12頁(yè)，共40頁(yè)。13第13頁(yè)，共40頁(yè)。14第14頁(yè)，

3、共40頁(yè)。15第15頁(yè)，共40頁(yè)。16第16頁(yè)，共40頁(yè)。17第17頁(yè)，共40頁(yè)。二、連桿（Link）：機(jī)器人手臂上被相鄰兩關(guān)節(jié)分開的部分。三、剛度（Stiffness）：機(jī)身或臂部在外力作用下抵抗變形的能力。它是用外力和在外力作用方向上的變形量（位移）之比來度量。18第18頁(yè)，共40頁(yè)。1、自由度（Degree of freedom） ：或者稱坐標(biāo)軸數(shù)，是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。手指的開、合，以及手指關(guān)節(jié)的自由度一般不包括在內(nèi)。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo) 通常作為機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)，反映機(jī)器人動(dòng)作的靈活性，可用軸的直線移動(dòng)、擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的數(shù)目來表示。 目前，焊接和涂裝作業(yè)機(jī)器人多為 6

4、或 7 自由度，而搬運(yùn)、碼垛和裝配機(jī)器人多為 46 自由度。 19第19頁(yè)，共40頁(yè)。機(jī)器人的自由度越多，就越能接近人手的動(dòng)作機(jī)能，通用性就越好；但是自由度越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對(duì)機(jī)器人的整體要求就越高，這是機(jī)器人設(shè)計(jì)中的一個(gè)矛盾。是不是自由度越多越好呢？20第20頁(yè)，共40頁(yè)。2、額定負(fù)載 也稱持重。正常操作條件下，作用于機(jī)器人手腕末端，不會(huì)使機(jī)器人性能降低的最大載荷。3、工作精度 目前，工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)精度可達(dá) 0.01 0.5mm 。依據(jù)作業(yè)任務(wù)和末端持重不同，機(jī)器人重復(fù)精度亦不同。 目前，使用的工業(yè)機(jī)器人負(fù)載范圍可從 0.5kg直至 800kg 。 21第21頁(yè)，共40頁(yè)。工業(yè)機(jī)器人典型行

5、業(yè)應(yīng)用的工作精度 所 處 位 置 【 課 堂 認(rèn) 知 】 額定負(fù)載（ kg ） 重復(fù)定位精度（ mm ） 作業(yè)任務(wù) 搬運(yùn) 0.2 0.5 5200 碼垛 0.5 50800 點(diǎn)焊 0.2 0.3 50350 弧焊 0.08 0.1 320 噴涂 0.2 0.5 520 0.02 0.03 25 裝配 0.06 0.08 610 0.06 0.1 1020 19/30 22第22頁(yè)，共40頁(yè)。4、工作空間 也稱工作范圍、工作行程。工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)時(shí)，其手腕參考點(diǎn)或末端操作器安裝點(diǎn)（不包括末端操作器）所能掠過的空間，一般不包括末端操作器本身所能到達(dá)的區(qū)域。目前，單體工業(yè)機(jī)器人本體的工作范圍可達(dá)3

6、.5 m 左右。 23第23頁(yè)，共40頁(yè)。所 處 位 置 【 課 堂 認(rèn) 知 】 b) 水平串聯(lián)多關(guān)節(jié)機(jī)器人 MOTOMAN MPP3S a) 垂直串聯(lián)多關(guān)節(jié)機(jī)器人 MOTOMAN MH3F 返回 c) 并聯(lián)多關(guān)節(jié)機(jī)器人 MOTOMAN MYS650L 目錄 不同本體結(jié)構(gòu) YASKAWA 機(jī)器人工作范圍 20/30 24第24頁(yè)，共40頁(yè)。最大工作速度通常指機(jī)器人手腕中心的最大速度。這在生產(chǎn)中是影響生產(chǎn)效率的重要指標(biāo)。 5、工作速度 機(jī)器人在工作載荷條件下、勻速運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)械接口中心或工具中心點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)所移動(dòng)的距離或轉(zhuǎn)動(dòng)的角度機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度是指單關(guān)節(jié)速度；25第25頁(yè)，共40頁(yè)。2.3

7、 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制 2.3.1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)問題 所 處 工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)可看作是一個(gè)開鏈?zhǔn)蕉噙B桿機(jī)構(gòu) ，始 端連桿就是機(jī)器人的基座 ， 末端連桿與工具相連 ， 相鄰連桿之間用一個(gè)關(guān)節(jié)（軸）連接在一起 。對(duì)于一個(gè) 6 自由度工業(yè)機(jī)器人，它由 6 個(gè)連桿和 6 個(gè)關(guān)節(jié)（軸）組成。編號(hào)時(shí)，基座稱為連桿 0 ，不包含在這 6 個(gè)連桿內(nèi)，連桿 1 與基座由關(guān)節(jié) 1 相連，連桿 2 通過關(guān)節(jié) 2 與連桿 1 相連，依此類推。 位 置 【 課 堂 認(rèn) 知 】 返回 目錄 26第26頁(yè)，共40頁(yè)。a) 實(shí)物圖 連桿 4 連桿 6 連桿 5 連桿 3 關(guān)節(jié) 6 關(guān)節(jié) 5 關(guān)節(jié) 4 關(guān)節(jié) 3 連桿 2 關(guān)節(jié)

8、 2 連桿 1 關(guān)節(jié) 1 連桿 0 b) 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 工業(yè)機(jī)器人操作機(jī) 27第27頁(yè)，共40頁(yè)。2.3.1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)問題 所 處 (1) 運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題 對(duì)給定的機(jī)器人操作機(jī)，己知各關(guān)節(jié)角矢量，求末端執(zhí)行器相對(duì)于參考坐標(biāo)系的位姿，稱之為正向運(yùn)動(dòng)學(xué) （運(yùn)動(dòng)學(xué)正解或 Where 問題）。位 置 【 課 堂 認(rèn) 知 】 Where is my hand? 返回 目錄 運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題（示教） 機(jī)器人示教時(shí)，機(jī)器人控制器即逐點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)正解運(yùn)算。 28第28頁(yè)，共40頁(yè)。(2) 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題 對(duì)給定的機(jī)器人操作機(jī)，已知末端執(zhí)行器在參考坐標(biāo)系中的初始位姿和目標(biāo)（期望）位姿，求各關(guān)節(jié)角矢量，稱之為逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)

9、（運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解或 How 問題）。 How do I put my hand here? 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題（再現(xiàn)） 機(jī)器人再現(xiàn)時(shí)，機(jī)器人控制器即逐點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解運(yùn)算，并將矢量分解到操作機(jī)各關(guān)節(jié)。29第29頁(yè)，共40頁(yè)。2.3.2 機(jī)器人的點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)和連續(xù)路徑運(yùn)動(dòng) 所 處 位 (1) 點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)（ Point to Point, PTP ） PTP 運(yùn)動(dòng)只關(guān)心機(jī)器人末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)位姿，不關(guān)心這兩點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡。 置 (2) 連續(xù)路徑運(yùn)動(dòng)（ Continuous Path, CP ） CP 運(yùn)動(dòng)不僅關(guān)心機(jī)器人末端執(zhí)行器達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的精度，而且必須保證機(jī)器人能沿所期望的軌跡在一定精度范圍內(nèi)重復(fù)

10、運(yùn)動(dòng)。 【 課 堂 認(rèn) 知 】 Z Y A X E D B C 工業(yè)機(jī)器人 PTP 運(yùn)動(dòng)和 CP 運(yùn)動(dòng) 30第30頁(yè)，共40頁(yè)。2.3.2 機(jī)器人的點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)和連續(xù)路徑運(yùn)動(dòng) 所 機(jī)器人 CP 運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是以點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，通過在相鄰兩點(diǎn)之間采用滿足精度要求的直線或圓弧軌跡插補(bǔ)運(yùn)算即可實(shí)現(xiàn)軌跡的連續(xù)化。 機(jī)器人再現(xiàn)時(shí)主控制器（上位機(jī)從）存儲(chǔ)器中逐點(diǎn)取出各示教點(diǎn)空間位姿坐標(biāo)值，通過對(duì)其進(jìn)行直線或圓弧或插補(bǔ)運(yùn)算，生成相應(yīng)路徑規(guī)劃，然后把各插補(bǔ)點(diǎn)的位姿坐標(biāo)值通過運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解運(yùn)算轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)角度值，分送機(jī)器人各關(guān)節(jié)或關(guān)節(jié)控制器（下位機(jī)）。 處 位 置 【 課 堂 認(rèn) 知 】 31第31頁(yè)，共40頁(yè)。關(guān)節(jié)控制

11、器 1 （下位機(jī)） 機(jī)器人主控制器 （上位機(jī)） 關(guān)節(jié)控制器 2 （下位機(jī)） 機(jī)器人關(guān)節(jié) 軌跡 角度值 i 示教點(diǎn)位姿 中間位姿 直線 / 圓弧插補(bǔ) 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題 關(guān)節(jié)控制器 n （下位機(jī)） 工業(yè)機(jī)器人的連續(xù)路徑運(yùn)動(dòng) 32第32頁(yè)，共40頁(yè)。2.3.3 機(jī)器人的位置控制 所 處 位 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的 位置控制 是工業(yè)機(jī)器人的基本控制任務(wù)。關(guān)節(jié)控制器（下位機(jī)）是執(zhí)行計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)伺服電機(jī)的閉環(huán)控制及實(shí)現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動(dòng)作協(xié)調(diào)。 置 【 課 堂 認(rèn) 知 】 關(guān)節(jié)控制器 位置調(diào)節(jié)器 速度調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器 功率放大 給定 + 期望 + + M 位置 位置 - - - 電流反饋 光電 碼盤 位置反饋 速度反饋 工

12、業(yè)機(jī)器人的位置控制 33第33頁(yè)，共40頁(yè)。運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)及驅(qū)動(dòng) 機(jī)器人的核心技術(shù)是運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，目前工業(yè)機(jī)器人采用的電氣驅(qū)動(dòng)主要有 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī) 兩類。 所 處 位 1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 置 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制精密驅(qū)動(dòng)元件 ，分為 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁式步進(jìn)電機(jī)和混合式步進(jìn)電機(jī) 三種，其中混合式步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，是一種精度高、控制簡(jiǎn)單、成本低廉的驅(qū)動(dòng)方案。 【 擴(kuò) 展 與 提 高 】 步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器 34第34頁(yè)，共40頁(yè)。2 伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 所 處 伺服電機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸上的角位移或角速

13、度輸出，可分為 直流 和 交流伺服電機(jī) 兩大類。 位 置 特點(diǎn)：當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)電刷和換向器，工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低；定子繞組散熱比較方便；慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性；適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)；同功率下有較小的體積和重量。 【 擴(kuò) 展 與 提 高 】 伺服電機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器 35第35頁(yè)，共40頁(yè)。本章小結(jié) 所 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分稱為操作機(jī)。通常用自由度、工作空間、額定負(fù)載、定位精度、重復(fù)定位精度和最大工作速度等技術(shù)指標(biāo)來表征工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)的性能。 處 位 置 工業(yè)機(jī)器人通常由操作機(jī)、控制器和示教器三部分組成。操作機(jī)是機(jī)器人賴以

14、完成各種作業(yè)的主體部分，一般由機(jī)械臂、驅(qū)動(dòng) - 傳動(dòng)裝置以及內(nèi)部傳感器等組成?？刂破魇峭瓿蓹C(jī)器人控制功能的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，一般由控制計(jì)算機(jī)和伺服控制器組成。示教器是機(jī)器人的人機(jī)交互接口，主要由顯示屏和按鍵組成。 【 本 章 小 結(jié) 】 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制是指工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)的過程中，常采用點(diǎn)位（ PTP ）控制和連續(xù)路徑（ CP ）控制兩種方式。 36第36頁(yè)，共40頁(yè)。思考練習(xí) 1 、填空 所 (1) _ 通常作為機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)，反映了機(jī)器人動(dòng)作的靈活性，可 處 用軸的直線移動(dòng)、擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的數(shù)目來表示。 位 置 (2) 工業(yè)機(jī)器人主要由 _ 、 _ 和 _ 組成。下

15、圖中 1 表示 _ ； 2 表示 _ ； 3 表示 _ 和 4 表示 _ 。 1 【 2 思 考 3 練 4 習(xí) 】 題 2 圖 (3) 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制主要是實(shí)現(xiàn) _ 和 _ 兩種。當(dāng)機(jī)器人進(jìn)行 _ 運(yùn)動(dòng)控制時(shí)，末端執(zhí)行器既要保證運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)位姿，而且必 須保證機(jī)器人能沿所期望的軌跡在一定精度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。 (4) 對(duì)給定的機(jī)器人操作機(jī)，己知各關(guān)節(jié)角矢量，求末端執(zhí)行器相對(duì)于參 考坐標(biāo)系的位姿，稱之為 _ 運(yùn)動(dòng)學(xué)。 29/30 37第37頁(yè)，共40頁(yè)。思考練習(xí) 2 、選擇 所 (1) 操作機(jī)是工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械主體，是用于完成各種作業(yè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它主 處 要哪幾部分組成？（ ） 位 置 機(jī)械臂；驅(qū)動(dòng)裝置；傳動(dòng)單元；內(nèi)部傳感器 A. B. C. D. (2) 示教器也稱示教編程器或示教盒，主要由液晶屏幕和操作按鍵組成，可由 【 操作者手持移動(dòng)。它是機(jī)器人的人機(jī)交互接口，試問以下哪些機(jī)器人操作可通 思 考 過示教器來完成？（ ）。 練 點(diǎn)動(dòng)機(jī)器人；編寫、測(cè)試和運(yùn)行機(jī)器人程序；設(shè)定機(jī)器人參數(shù)；查 習(xí) 】 閱機(jī)器人狀態(tài) A. B. C. D. 3 、判斷 (1) 機(jī)器人手臂是連接機(jī)身和手腕的部分。它是執(zhí)行結(jié)構(gòu)中的主要運(yùn)動(dòng)部件，主 要用于改變手腕和末端執(zhí)行器的空間位置，滿足機(jī)器人的作業(yè)空間，并將各種載 荷傳遞到機(jī)座。（ ） (2) 除