工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)-第四章-工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)課件

工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)第一節(jié)：工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第一節(jié)：工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)使工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。它按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)，借助于動(dòng)力元件使機(jī)器人產(chǎn)生動(dòng)作，相當(dāng)于人的肌肉、筋絡(luò)。工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置兩部分，他們通常與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連成機(jī)器人本體。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)使工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。

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2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置目錄12傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置目錄傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

機(jī)器人主要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖3-1所示，機(jī)構(gòu)主要組成有：減速器，滾珠絲杠，鏈、帶以及各種齒輪系。目前工業(yè)機(jī)器人廣泛采用的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是減速器，應(yīng)用在關(guān)節(jié)型機(jī)器人上的減速器主要有兩類(lèi)：RV減速器和諧波減速器。一般將RV減速器放置在基座、腰部、大臂等重載荷的位置(主要用于20kg以上的機(jī)器人關(guān)節(jié))；將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部等輕載荷的位置(主要用于20kg以下的機(jī)器關(guān)節(jié))。此外，機(jī)器人還采用齒輪傳動(dòng)、鏈條（帶）傳動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)單元等。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人主要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖3-1所示，機(jī)構(gòu)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

（一）諧波減速器通常由3個(gè)基本構(gòu)件組成，包括一個(gè)有內(nèi)齒的剛輪，一個(gè)工作時(shí)可產(chǎn)生徑向彈性變形并帶有外齒的柔輪和一個(gè)裝在柔輪內(nèi)部、呈橢圓形、外圈帶有柔性滾動(dòng)軸承的波發(fā)生器，在這3個(gè)基本結(jié)構(gòu)中可任意固定一個(gè)，其余一個(gè)為主動(dòng)件一個(gè)從動(dòng)件，如圖3-2所示。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（一）諧波減速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

（二）RV減速器RV減速器如圖3-3所示，主要由太陽(yáng)輪（中心輪）、行星輪、轉(zhuǎn)臂（曲柄軸）、轉(zhuǎn)臂軸承、擺線輪（RV齒輪）、針齒、剛性盤(pán)與輸出盤(pán)等零部件組成。它具有較高的疲勞強(qiáng)度和剛度以及較長(zhǎng)的壽命，回差精度穩(wěn)定，高精度機(jī)器人傳動(dòng)多采用RV減速器。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（二）RV減速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分類(lèi)圖示應(yīng)用特點(diǎn)市場(chǎng)占有率諧波減速器

放置在小臂、腕部或手部其體積小、重量輕、承載能力大、運(yùn)動(dòng)精度高，單級(jí)傳動(dòng)比大HarmonicDrive公司目前全球市場(chǎng)占有率高達(dá)80%RV減速器

放置在機(jī)座、大臂、肩部等重負(fù)載的位置具有更高的剛度和回轉(zhuǎn)精度。其傳動(dòng)比大、傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)精度高、回差小、低振動(dòng)、剛性大和高可靠性等日本的納博特斯克（帝人）占有全球60%的市場(chǎng)份額，日本住友占據(jù)全球約30%的市場(chǎng)份額。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分類(lèi)圖示應(yīng)用特點(diǎn)市場(chǎng)占有率諧波減速器放置在小臂、腕驅(qū)動(dòng)裝置

工業(yè)機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)裝置有液壓驅(qū)動(dòng)裝置、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置三種基本類(lèi)型。早期的機(jī)械手和機(jī)器人中，其操作機(jī)多應(yīng)用連桿機(jī)構(gòu)中的導(dǎo)桿、滑塊、曲柄，多采用液壓(氣壓)活塞缸(或回轉(zhuǎn)缸)來(lái)實(shí)現(xiàn)其直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。隨著控制技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)器人操作機(jī)各部分動(dòng)作要求的不斷提高，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)在機(jī)器人中應(yīng)用日益廣泛。目前，除個(gè)別運(yùn)動(dòng)精度不高、重載荷或有防爆要求的機(jī)器人采用電液、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)外，工業(yè)機(jī)器人大多采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，而其中屬交流伺服電機(jī)應(yīng)用最廣，且驅(qū)動(dòng)器布置大多采用一個(gè)關(guān)節(jié)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)裝置工業(yè)機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)裝置有液壓驅(qū)動(dòng)裝置、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置

(一)液壓驅(qū)動(dòng)裝置如圖3-4所示是液壓驅(qū)動(dòng)裝置的組成示意圖，它有液壓源、驅(qū)動(dòng)器、伺服閥、傳感器和控制器等組成。采用液壓驅(qū)動(dòng)的工業(yè)機(jī)器人，具有點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制功能，并具有防爆性能。驅(qū)動(dòng)裝置(一)液壓驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置

液壓驅(qū)動(dòng)裝置的工作特點(diǎn)：（1）在系統(tǒng)的輸出和輸入之間存在反饋連接，從而組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。（2）系統(tǒng)的主反饋是負(fù)反饋。（3）系統(tǒng)的輸入信號(hào)的功率很小，而系統(tǒng)的輸出功率可以達(dá)到很大。驅(qū)動(dòng)裝置液壓驅(qū)動(dòng)裝置的工作特點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)裝置

（二）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置與液壓驅(qū)動(dòng)裝置相似，傳動(dòng)介質(zhì)不同，利用氣體的抗擠壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)力的傳遞。氣壓驅(qū)動(dòng)回路主要由氣源裝置、執(zhí)行元件、控制元件及輔助元件四部分組成。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置多用于兩位式或有限點(diǎn)位控制的工業(yè)機(jī)器人，如沖壓機(jī)器人，作為裝配機(jī)器人的氣動(dòng)夾具，用于點(diǎn)焊等較大型通用機(jī)器人的氣動(dòng)平衡。機(jī)器人氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖3-6所示。驅(qū)動(dòng)裝置（二）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置

（三）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置電動(dòng)驅(qū)動(dòng)是利用各種電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力和力矩，直接或經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)，以獲得所要求的位置、速度和加速度的驅(qū)動(dòng)方法。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)包括驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)兩部分。對(duì)于電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，第一個(gè)解決的問(wèn)題是，如何讓電動(dòng)機(jī)根據(jù)要求轉(zhuǎn)動(dòng)，一般由專(zhuān)門(mén)的控制卡和控制芯片來(lái)進(jìn)行控制，將微控制器和控制卡連接起來(lái)，就可以用程序來(lái)控制電動(dòng)機(jī)，第二個(gè)要解決的問(wèn)題是，控制控制電動(dòng)機(jī)的速度，主要表現(xiàn)在機(jī)器人各關(guān)節(jié)部件實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度。驅(qū)動(dòng)裝置（三）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置

（四）新型驅(qū)動(dòng)裝置1.壓電驅(qū)動(dòng)裝置壓電效應(yīng)的原理是，如果對(duì)壓電材料施加壓力，它便會(huì)產(chǎn)生電位差（稱(chēng)為正壓電效應(yīng)）；反之，施加電壓，則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力（稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)）。壓電驅(qū)動(dòng)器是利用逆壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能或機(jī)械運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微量位移的執(zhí)行裝置。壓電材料具有很多優(yōu)點(diǎn)：易于微型化、控制方便、低壓驅(qū)動(dòng)、對(duì)環(huán)境影響小以及無(wú)電磁干擾等。驅(qū)動(dòng)裝置（四）新型驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置2.形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)裝置形狀記憶合金是一種特殊的合金，一旦使它記憶了任何形狀，即使產(chǎn)生變形，但當(dāng)加熱到某一適當(dāng)溫度時(shí)，它就能恢復(fù)到變形前的形狀。利用這種驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)即為形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)技術(shù)。3.超聲波電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置超聲波電機(jī)(UltrasonicMotor，簡(jiǎn)稱(chēng)為USM)，是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來(lái)的一種全新概念的新型驅(qū)動(dòng)裝置，它利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)換為彈性體的超聲振動(dòng)，并將摩擦傳動(dòng)轉(zhuǎn)換成運(yùn)動(dòng)體的回轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)，超聲波電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置是指應(yīng)用這種超聲波電機(jī)的裝置。驅(qū)動(dòng)裝置2.形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置4.人工肌肉驅(qū)動(dòng)裝置隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，驅(qū)動(dòng)器從傳統(tǒng)的電機(jī)-減速器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式，發(fā)展為骨架-腱-肌肉的生物運(yùn)動(dòng)方式。為了使機(jī)器人手臂能完成比較柔順的作業(yè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)骨骼-肌肉的部分功能而研制的驅(qū)動(dòng)裝置稱(chēng)為人工肌肉驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)裝置歸納總結(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置歸納總結(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置第二節(jié)：工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)第二節(jié)：工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作。一般由控制計(jì)算機(jī)和伺服控制器組成?？刂朴?jì)算機(jī)發(fā)出指令，協(xié)調(diào)各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器之間的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還要完成編程、示教/再現(xiàn)，以及和其他環(huán)境狀態(tài)（傳感器信息），工藝要求，外部相關(guān)設(shè)備（如電焊機(jī)）之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作，伺服控制各個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，使各桿按一定的速度、加速度和位置要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)

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2控制系統(tǒng)的特點(diǎn)控制系統(tǒng)的分類(lèi)目錄

3控制系統(tǒng)的主要功能

4控制系統(tǒng)的組成

5工業(yè)機(jī)器人的控制方式12控制系統(tǒng)的特點(diǎn)控制系統(tǒng)的分類(lèi)目錄3控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，它的機(jī)能類(lèi)似于人腦。工業(yè)機(jī)器人要與外圍設(shè)備協(xié)調(diào)動(dòng)作，共同完成作業(yè)任務(wù)，就必須具備一個(gè)功能完善、靈敏可靠的控制系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)總體來(lái)講可以分為兩大部分：一部分是對(duì)其自身運(yùn)動(dòng)的控制，另一部分是工業(yè)機(jī)器人與其周邊設(shè)備的協(xié)調(diào)控制。工業(yè)機(jī)器人控制研究的重點(diǎn)是對(duì)其自身的控制?？刂葡到y(tǒng)的特點(diǎn)控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，它控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等項(xiàng)目，其中有些項(xiàng)目的控制是非常復(fù)雜的，這就決定了工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：（1）是傳統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)械是以自身的動(dòng)作為重點(diǎn)，而工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)則更著重本體與操作對(duì)象的相互關(guān)系。（2）是工業(yè)機(jī)器人的控制與其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)有密不可分的關(guān)系，因而要使工業(yè)機(jī)器人的臂、腕及末端執(zhí)行器等部位在空間具有準(zhǔn)確無(wú)誤的位姿，就必須在不同的坐標(biāo)系中描述它們，并且隨著基準(zhǔn)坐標(biāo)系的不同而要做適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換，同時(shí)要經(jīng)常求解運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題?？刂葡到y(tǒng)的特點(diǎn)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制機(jī)器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

（3）是描述工業(yè)機(jī)器人狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)非線性模型，因此隨著工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)環(huán)境的改變，其參數(shù)也在改變。又因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人往往具有多個(gè)自由度，所以引起運(yùn)動(dòng)變化的變量不止一個(gè)，而且各個(gè)變量之間一般都存在耦合問(wèn)題，這就使得工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)不僅是一個(gè)非線性系統(tǒng)，而且是一個(gè)多變量系統(tǒng)，（4）是工業(yè)機(jī)器人還有一種特有的控制方式——示教再現(xiàn)控制方式?？傊?，工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)是一個(gè)與運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理密切相關(guān)的、有耦合的、非線性的多變量控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（3）是描述工業(yè)機(jī)器人狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)?？刂葡到y(tǒng)的分類(lèi)

工業(yè)機(jī)器人控制結(jié)構(gòu)的選擇，是由工業(yè)機(jī)器人所執(zhí)行的任務(wù)決定的，對(duì)不同類(lèi)型的機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展了不同的控制綜合方法。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的分類(lèi)，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。（1）按運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)控制的方式來(lái)分：有關(guān)節(jié)空間運(yùn)動(dòng)控制、直角坐標(biāo)空間運(yùn)動(dòng)控制。（2）按控制系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境變化的適應(yīng)程度來(lái)分：有程序控制系統(tǒng)、適應(yīng)性控制系統(tǒng)、人工智能控制系統(tǒng)。（3）按同時(shí)控制機(jī)器人數(shù)目的多少來(lái)分：可分為單控系統(tǒng)、群控系統(tǒng)。（4）按作業(yè)任務(wù)的不同來(lái)分：可分為點(diǎn)位控制方式、連續(xù)軌跡控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式等。控制系統(tǒng)的分類(lèi)工業(yè)機(jī)器人控制結(jié)構(gòu)的選擇，是由工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要功能

機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分，用于對(duì)操作機(jī)的控制，以完成特定的工作任務(wù)，其基本功能如下：1、記憶功能：存儲(chǔ)作業(yè)順序、運(yùn)動(dòng)路徑、運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)速度和與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息。2、示教功能：離線編程，在線示教，間接示教。在線示教包括示教器和導(dǎo)引示教兩種。3、與外圍設(shè)備聯(lián)系功能：輸入和輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、同步接口。4、坐標(biāo)設(shè)置功能：有關(guān)節(jié)、絕對(duì)、工具、用戶自定義四種坐標(biāo)系。5、人機(jī)接口：示教器、操作面板、顯示屏?？刂葡到y(tǒng)的主要功能機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分控制系統(tǒng)的主要功能

6、傳感器接口：位置檢測(cè)、視覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等。7、位置伺服功能：機(jī)器人多軸聯(lián)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制、速度和加速度控制、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)取?、故障診斷安全保護(hù)功能：運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下的安全保護(hù)和故障自診斷?？刂葡到y(tǒng)的主要功能控制系統(tǒng)的組成

1、控制計(jì)算機(jī)：控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機(jī)構(gòu)。一般為微型機(jī)、微處理器有32位、64位等如奔騰系列CPU以及其他類(lèi)型CPU。2、示教器：示教機(jī)器人的工作軌跡和參數(shù)設(shè)定，以及所有人機(jī)交互操作，擁有自己獨(dú)立的CPU以及存儲(chǔ)單元，與主計(jì)算機(jī)之間以串行通信方式實(shí)現(xiàn)信息交互。3、操作面板：由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構(gòu)成，只完成基本功能操作。4、硬盤(pán)和軟盤(pán)存儲(chǔ)存：儲(chǔ)機(jī)器人工作程序的外圍存儲(chǔ)器。5、數(shù)字和模擬量輸入輸出：各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出。

控制系統(tǒng)的組成1、控制計(jì)算機(jī)：控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機(jī)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)的組成

6、打印機(jī)接口：記錄需要輸出的各種信息。7、傳感器接口：用于信息的自動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔順控制，一般為力覺(jué)、觸覺(jué)和視覺(jué)傳感器。8、軸控制器：完成機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度控制。9、輔助設(shè)備控制：用于和機(jī)器人配合的輔助設(shè)備控制，如手爪變位器等。10、通信接口：實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和其他設(shè)備的信息交換，一般有串行接口、并行接口等。11、網(wǎng)絡(luò)接口控制系統(tǒng)的組成6、打印機(jī)接口：記錄需要輸出的各種信息控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的組成工業(yè)機(jī)器人的控制方式

工業(yè)機(jī)器人的控制方式有多種多樣，根據(jù)作業(yè)任務(wù)的不同，主要可分為點(diǎn)位控制方式（PTP）、連續(xù)軌跡控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式等。工業(yè)機(jī)器人的控制方式工業(yè)機(jī)器人的控制方式有多種多樣，根工業(yè)機(jī)器人的控制方式（一）點(diǎn)位控制方式點(diǎn)位控制方式又稱(chēng)PTP控制，其特點(diǎn)是只控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點(diǎn)上的位姿?？刂茣r(shí)只要求工業(yè)機(jī)器人快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)相鄰個(gè)點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)，而對(duì)達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡（包括移動(dòng)的路徑和運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)）則不作任何規(guī)定，如圖3－11（a）所示。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是定位精度和運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間。由于其具有控制方式易于實(shí)現(xiàn)、定位精度要求不宜過(guò)高的特點(diǎn)，因而常被應(yīng)用在上下料、搬運(yùn)、點(diǎn)焊和在電路板上安插元件等只要求目標(biāo)點(diǎn)處保持末端執(zhí)行器位姿準(zhǔn)確的作業(yè)中。工業(yè)機(jī)器人的控制方式（一）點(diǎn)位控制方式工業(yè)機(jī)器人的控制方式（二）連續(xù)軌跡控制方式連續(xù)軌跡控制又稱(chēng)CP控制，其特點(diǎn)是連續(xù)控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中的位置，要求其嚴(yán)格按照預(yù)定的軌跡和速度在一定的精度要求內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而且速度可控，軌跡光滑且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，以完成作業(yè)任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)連續(xù)、同步地進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，期末端執(zhí)行器即可形成連續(xù)的軌跡，如圖3－12（b）所示。工業(yè)機(jī)器人的控制方式（二）連續(xù)軌跡控制方式工業(yè)機(jī)器人的控制方式這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器位勢(shì)的軌跡跟蹤精度及平穩(wěn)性。通?；『浮娖?、去毛邊和檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人都采用這種控制方式。（三）力（力矩）控制方式在完成裝配、抓放物體等工作時(shí)，除要準(zhǔn)確定位之外，還要求使用適度的力或力矩進(jìn)行工作，這時(shí)就要利用力或力矩控制方式。這種方式的控制原理與位置伺服控制原理基本相同，只不過(guò)輸入量和反饋量不是位置信號(hào)，而是力（力矩）信號(hào)，所以，系統(tǒng)中必須有力（力矩）傳感器。工業(yè)機(jī)器人的控制方式這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的控制方式（四）智能控制方式機(jī)器人的智能控制是通過(guò)傳感器獲得周?chē)h(huán)境的知識(shí)，并根據(jù)自身內(nèi)部和知識(shí)庫(kù)做出相應(yīng)的決策。采用智能控制技術(shù)，機(jī)器人就能具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性及自覺(jué)能力。智能控制技術(shù)的發(fā)展依靠于近年來(lái)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基因算法、遺傳算法等人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人的控制方式（四）智能控制方式歸納總結(jié)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)控制系統(tǒng)的分類(lèi)控制系統(tǒng)的主要功能控制系統(tǒng)的組成工業(yè)機(jī)器人的控制方式歸納總結(jié)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)控制系統(tǒng)的分類(lèi)控制系統(tǒng)的主要功能控制系第三節(jié)：工業(yè)機(jī)器人人機(jī)交互系統(tǒng)第三節(jié)：工業(yè)機(jī)器人人機(jī)交互系統(tǒng)認(rèn)識(shí)和使用示教器對(duì)于前者，人們借助鍵盤(pán)，鼠標(biāo)，操縱桿，數(shù)據(jù)服裝，眼動(dòng)跟蹤器，位置跟蹤器，數(shù)據(jù)手套，壓力筆等設(shè)備，用手，腳，聲音，姿態(tài)或身體的動(dòng)作，眼睛甚至腦電波等向計(jì)算機(jī)傳遞信息；對(duì)于后者，計(jì)算機(jī)通過(guò)打印機(jī)，繪圖儀，顯示器，頭盔式顯示器（HMD），音響等輸出或顯示設(shè)備給人提供信息。機(jī)器人中最典型的人機(jī)交互裝置就是示教器，示教器亦稱(chēng)示教編程器或示教器，主要由液晶屏幕和操作按鍵組成?？捎刹僮髡呤殖忠苿?dòng)，機(jī)器人的所有操作基本上都是通過(guò)它來(lái)完成的。示教器實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)專(zhuān)用的智能終端。認(rèn)識(shí)和使用示教器對(duì)于前者，人們借助鍵盤(pán)，鼠標(biāo)，操縱桿，數(shù)據(jù)服

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2認(rèn)識(shí)和使用示教器示教器使用時(shí)注意事項(xiàng)目錄計(jì)算機(jī)人語(yǔ)言

312認(rèn)識(shí)和使用示教器示教器使用時(shí)注意事項(xiàng)目錄計(jì)算機(jī)

人機(jī)交互（Human-CompterInteraction,HCI）是關(guān)于設(shè)計(jì)，評(píng)價(jià)和實(shí)現(xiàn)供人們使用的交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，且圍繞這些方面主要現(xiàn)象進(jìn)行研究的科學(xué)。狹義的講，人機(jī)交互技術(shù)主要是研究人和計(jì)算機(jī)之間的信息交換，它主要包括人到計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)到人的信息交換兩部分。人機(jī)交互（Human-CompterIntera

機(jī)器人示教器是工業(yè)機(jī)器人主要組成部分，其設(shè)計(jì)與研究均有各廠家自行研制，下圖3-13所示為工業(yè)機(jī)器人四大家族典型的示教器產(chǎn)品：ABB、庫(kù)卡（KUKA）、發(fā)那科（FANUC）、安川電機(jī)（YASKAWA）。認(rèn)識(shí)和使用示教器機(jī)器人示教器是工業(yè)機(jī)器人主要組成部分，其設(shè)計(jì)與研究認(rèn)識(shí)和使用示教器認(rèn)識(shí)和使用示教器

不同家族的示教器雖然在外形，功能和操作上都有不同，但也有很多共同之處，結(jié)構(gòu)上主要由顯示屏和各種操作按鍵組成，顯示屏主要有4個(gè)顯示區(qū)組成，見(jiàn)表3-1示教器功能健說(shuō)明。菜單顯示區(qū)：顯示操作屏主菜單和子菜單。通用顯示區(qū)：在通用顯示區(qū)，可對(duì)作業(yè)程序、特性文件、各種設(shè)定進(jìn)行顯示和編輯。顯示區(qū)：顯示系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，如動(dòng)作坐標(biāo)系、機(jī)器人移動(dòng)速度等。顯示的信息根據(jù)控制柜的模式（示教或再現(xiàn)）不同而改變。

認(rèn)識(shí)和使用示教器不同家族的示教器雖然在外形，功能和操作上都有不同，人機(jī)對(duì)話顯示區(qū)：在機(jī)器人示教或自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，顯示功能圖標(biāo)以及系統(tǒng)錯(cuò)誤信息等。示教器按鍵設(shè)置主要包括“急停鍵”、“安全開(kāi)關(guān)”、“坐標(biāo)選擇鍵”、“軸操作鍵”/“Jog鍵”、“速度鍵”、“光標(biāo)鍵”、“功能鍵”、“模式旋鈕”等。認(rèn)識(shí)和使用示教器認(rèn)識(shí)和使用示教器示教器編程使用時(shí)注意事項(xiàng)1、禁止用力搖晃機(jī)械臂及在機(jī)械臂上懸掛重物。2、示教時(shí)請(qǐng)勿戴手套。穿戴和使用規(guī)定的工作服、安全鞋、安全帽、保護(hù)用具等。3、未經(jīng)許可不能擅自進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)域。調(diào)試人員進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)域時(shí)，需隨身攜帶示教器，以防他人誤操作。4、示教前，需仔細(xì)確認(rèn)示教器的安全保護(hù)裝置是否能夠正確工作，如【急停鍵】、【安全開(kāi)關(guān)】等。5、在手動(dòng)操作機(jī)器人時(shí)要采用較低的倍率速度以增加對(duì)機(jī)器人的控制機(jī)會(huì)。示教器編程使用時(shí)注意事項(xiàng)1、禁止用力搖晃機(jī)械臂及在機(jī)械臂上懸6、在按下示教器上的【軸操作鍵】之前要考慮到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。7、要預(yù)先考慮好避讓機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，并確認(rèn)該路徑不受干涉。8、在察覺(jué)到有危險(xiǎn)時(shí)，立即按下【急停鍵】，停止機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)。示教器編程使用時(shí)注意事項(xiàng)示教器編程使用時(shí)注意事項(xiàng)機(jī)器人語(yǔ)言都是機(jī)器人公司自己開(kāi)發(fā)的針對(duì)用戶的語(yǔ)言平臺(tái)，它是給用戶示教編程使用的,力求通俗易懂。C語(yǔ)言、C++語(yǔ)言、基于IEC61141標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言等語(yǔ)言是機(jī)器人公司做機(jī)器人系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)所使用的語(yǔ)言平臺(tái)，這一層次的語(yǔ)言平臺(tái)可以編寫(xiě)翻譯解釋程序，針對(duì)用戶示教的語(yǔ)言平臺(tái)編寫(xiě)的程序進(jìn)行翻譯解釋成該層語(yǔ)言所能理解的指令，該層語(yǔ)言平臺(tái)主要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和控制方面的編程，最底層就是機(jī)器語(yǔ)言，如基于Intel硬件的匯編指令等。機(jī)器人語(yǔ)言機(jī)器人語(yǔ)言都是機(jī)器人公司自己開(kāi)發(fā)的針對(duì)用戶的語(yǔ)言平臺(tái)，它是給機(jī)器人語(yǔ)言1.VAL語(yǔ)言。VAL語(yǔ)言是美國(guó)Unimation公司于1979年推出的一種機(jī)器人編程語(yǔ)言，主要配置在PUMA和UNIMATION等型機(jī)器人上，是一種專(zhuān)用的動(dòng)作類(lèi)描述語(yǔ)言。2.SIGLA語(yǔ)言。SIGLA是一種僅用于直角坐標(biāo)式SIGMA裝配型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制時(shí)的一種編程語(yǔ)言，是20世紀(jì)70年代后期由意大利Olivetti公司研制的一種簡(jiǎn)單的非文本語(yǔ)言。這種語(yǔ)言主要用于裝配任務(wù)的控制，它可以把裝配任務(wù)劃分為一些裝配子任務(wù)，機(jī)器人語(yǔ)言1.VAL語(yǔ)言。VAL語(yǔ)言是美國(guó)Unimation機(jī)器人語(yǔ)言3.IML語(yǔ)言。IML也是一種著眼于末端執(zhí)行器的動(dòng)作級(jí)語(yǔ)言，由日本九州大學(xué)開(kāi)發(fā)而成。IML語(yǔ)言的特點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，能人機(jī)對(duì)話，適合于現(xiàn)場(chǎng)操作，許多復(fù)雜動(dòng)作可由簡(jiǎn)單的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)，易被操作者掌握。4.AL語(yǔ)言。AL語(yǔ)言是20世紀(jì)70年代中期美國(guó)斯坦福大學(xué)人工智能研究所開(kāi)發(fā)研制的一種機(jī)器人語(yǔ)言，它是在WAVE的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，也是一種動(dòng)作級(jí)編程語(yǔ)言，但兼有對(duì)象級(jí)編程語(yǔ)言的某些特征，使用于裝配作業(yè)。機(jī)器人語(yǔ)言3.IML語(yǔ)言。IML也是一種著眼于末端執(zhí)行器的動(dòng)歸納總結(jié)認(rèn)識(shí)示教器編程示教器使用時(shí)注意事項(xiàng)機(jī)器人語(yǔ)言歸納總結(jié)認(rèn)識(shí)示教器編程示教器使用時(shí)注意事項(xiàng)機(jī)器人語(yǔ)言課后作業(yè)回顧本節(jié)課知識(shí)要點(diǎn)，熟記關(guān)鍵概念完成課后習(xí)題課后作業(yè)回顧本節(jié)課知識(shí)要點(diǎn)，熟記關(guān)鍵概念完成課后習(xí)題END54END54工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)第一節(jié)：工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第一節(jié)：工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)使工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。它按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)，借助于動(dòng)力元件使機(jī)器人產(chǎn)生動(dòng)作，相當(dāng)于人的肌肉、筋絡(luò)。工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置兩部分，他們通常與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連成機(jī)器人本體。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)使工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。

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2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置目錄12傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置目錄傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

機(jī)器人主要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖3-1所示，機(jī)構(gòu)主要組成有：減速器，滾珠絲杠，鏈、帶以及各種齒輪系。目前工業(yè)機(jī)器人廣泛采用的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是減速器，應(yīng)用在關(guān)節(jié)型機(jī)器人上的減速器主要有兩類(lèi)：RV減速器和諧波減速器。一般將RV減速器放置在基座、腰部、大臂等重載荷的位置(主要用于20kg以上的機(jī)器人關(guān)節(jié))；將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部等輕載荷的位置(主要用于20kg以下的機(jī)器關(guān)節(jié))。此外，機(jī)器人還采用齒輪傳動(dòng)、鏈條（帶）傳動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)單元等。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人主要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖3-1所示，機(jī)構(gòu)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

（一）諧波減速器通常由3個(gè)基本構(gòu)件組成，包括一個(gè)有內(nèi)齒的剛輪，一個(gè)工作時(shí)可產(chǎn)生徑向彈性變形并帶有外齒的柔輪和一個(gè)裝在柔輪內(nèi)部、呈橢圓形、外圈帶有柔性滾動(dòng)軸承的波發(fā)生器，在這3個(gè)基本結(jié)構(gòu)中可任意固定一個(gè)，其余一個(gè)為主動(dòng)件一個(gè)從動(dòng)件，如圖3-2所示。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（一）諧波減速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

（二）RV減速器RV減速器如圖3-3所示，主要由太陽(yáng)輪（中心輪）、行星輪、轉(zhuǎn)臂（曲柄軸）、轉(zhuǎn)臂軸承、擺線輪（RV齒輪）、針齒、剛性盤(pán)與輸出盤(pán)等零部件組成。它具有較高的疲勞強(qiáng)度和剛度以及較長(zhǎng)的壽命，回差精度穩(wěn)定，高精度機(jī)器人傳動(dòng)多采用RV減速器。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（二）RV減速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分類(lèi)圖示應(yīng)用特點(diǎn)市場(chǎng)占有率諧波減速器

放置在小臂、腕部或手部其體積小、重量輕、承載能力大、運(yùn)動(dòng)精度高，單級(jí)傳動(dòng)比大HarmonicDrive公司目前全球市場(chǎng)占有率高達(dá)80%RV減速器

放置在機(jī)座、大臂、肩部等重負(fù)載的位置具有更高的剛度和回轉(zhuǎn)精度。其傳動(dòng)比大、傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)精度高、回差小、低振動(dòng)、剛性大和高可靠性等日本的納博特斯克（帝人）占有全球60%的市場(chǎng)份額，日本住友占據(jù)全球約30%的市場(chǎng)份額。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分類(lèi)圖示應(yīng)用特點(diǎn)市場(chǎng)占有率諧波減速器放置在小臂、腕驅(qū)動(dòng)裝置

工業(yè)機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)裝置有液壓驅(qū)動(dòng)裝置、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置三種基本類(lèi)型。早期的機(jī)械手和機(jī)器人中，其操作機(jī)多應(yīng)用連桿機(jī)構(gòu)中的導(dǎo)桿、滑塊、曲柄，多采用液壓(氣壓)活塞缸(或回轉(zhuǎn)缸)來(lái)實(shí)現(xiàn)其直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。隨著控制技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)器人操作機(jī)各部分動(dòng)作要求的不斷提高，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)在機(jī)器人中應(yīng)用日益廣泛。目前，除個(gè)別運(yùn)動(dòng)精度不高、重載荷或有防爆要求的機(jī)器人采用電液、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)外，工業(yè)機(jī)器人大多采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，而其中屬交流伺服電機(jī)應(yīng)用最廣，且驅(qū)動(dòng)器布置大多采用一個(gè)關(guān)節(jié)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)裝置工業(yè)機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)裝置有液壓驅(qū)動(dòng)裝置、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置

(一)液壓驅(qū)動(dòng)裝置如圖3-4所示是液壓驅(qū)動(dòng)裝置的組成示意圖，它有液壓源、驅(qū)動(dòng)器、伺服閥、傳感器和控制器等組成。采用液壓驅(qū)動(dòng)的工業(yè)機(jī)器人，具有點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制功能，并具有防爆性能。驅(qū)動(dòng)裝置(一)液壓驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置

液壓驅(qū)動(dòng)裝置的工作特點(diǎn)：（1）在系統(tǒng)的輸出和輸入之間存在反饋連接，從而組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。（2）系統(tǒng)的主反饋是負(fù)反饋。（3）系統(tǒng)的輸入信號(hào)的功率很小，而系統(tǒng)的輸出功率可以達(dá)到很大。驅(qū)動(dòng)裝置液壓驅(qū)動(dòng)裝置的工作特點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)裝置

（二）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置與液壓驅(qū)動(dòng)裝置相似，傳動(dòng)介質(zhì)不同，利用氣體的抗擠壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)力的傳遞。氣壓驅(qū)動(dòng)回路主要由氣源裝置、執(zhí)行元件、控制元件及輔助元件四部分組成。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置多用于兩位式或有限點(diǎn)位控制的工業(yè)機(jī)器人，如沖壓機(jī)器人，作為裝配機(jī)器人的氣動(dòng)夾具，用于點(diǎn)焊等較大型通用機(jī)器人的氣動(dòng)平衡。機(jī)器人氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖3-6所示。驅(qū)動(dòng)裝置（二）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置

（三）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置電動(dòng)驅(qū)動(dòng)是利用各種電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力和力矩，直接或經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)，以獲得所要求的位置、速度和加速度的驅(qū)動(dòng)方法。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)包括驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)兩部分。對(duì)于電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，第一個(gè)解決的問(wèn)題是，如何讓電動(dòng)機(jī)根據(jù)要求轉(zhuǎn)動(dòng)，一般由專(zhuān)門(mén)的控制卡和控制芯片來(lái)進(jìn)行控制，將微控制器和控制卡連接起來(lái)，就可以用程序來(lái)控制電動(dòng)機(jī)，第二個(gè)要解決的問(wèn)題是，控制控制電動(dòng)機(jī)的速度，主要表現(xiàn)在機(jī)器人各關(guān)節(jié)部件實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度。驅(qū)動(dòng)裝置（三）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置

（四）新型驅(qū)動(dòng)裝置1.壓電驅(qū)動(dòng)裝置壓電效應(yīng)的原理是，如果對(duì)壓電材料施加壓力，它便會(huì)產(chǎn)生電位差（稱(chēng)為正壓電效應(yīng)）；反之，施加電壓，則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力（稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)）。壓電驅(qū)動(dòng)器是利用逆壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能或機(jī)械運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微量位移的執(zhí)行裝置。壓電材料具有很多優(yōu)點(diǎn)：易于微型化、控制方便、低壓驅(qū)動(dòng)、對(duì)環(huán)境影響小以及無(wú)電磁干擾等。驅(qū)動(dòng)裝置（四）新型驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置2.形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)裝置形狀記憶合金是一種特殊的合金，一旦使它記憶了任何形狀，即使產(chǎn)生變形，但當(dāng)加熱到某一適當(dāng)溫度時(shí)，它就能恢復(fù)到變形前的形狀。利用這種驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)即為形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)技術(shù)。3.超聲波電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置超聲波電機(jī)(UltrasonicMotor，簡(jiǎn)稱(chēng)為USM)，是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來(lái)的一種全新概念的新型驅(qū)動(dòng)裝置，它利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)換為彈性體的超聲振動(dòng)，并將摩擦傳動(dòng)轉(zhuǎn)換成運(yùn)動(dòng)體的回轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)，超聲波電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置是指應(yīng)用這種超聲波電機(jī)的裝置。驅(qū)動(dòng)裝置2.形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置4.人工肌肉驅(qū)動(dòng)裝置隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，驅(qū)動(dòng)器從傳統(tǒng)的電機(jī)-減速器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式，發(fā)展為骨架-腱-肌肉的生物運(yùn)動(dòng)方式。為了使機(jī)器人手臂能完成比較柔順的作業(yè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)骨骼-肌肉的部分功能而研制的驅(qū)動(dòng)裝置稱(chēng)為人工肌肉驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)裝置歸納總結(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置歸納總結(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置第二節(jié)：工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)第二節(jié)：工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作。一般由控制計(jì)算機(jī)和伺服控制器組成?？刂朴?jì)算機(jī)發(fā)出指令，協(xié)調(diào)各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器之間的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還要完成編程、示教/再現(xiàn)，以及和其他環(huán)境狀態(tài)（傳感器信息），工藝要求，外部相關(guān)設(shè)備（如電焊機(jī)）之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作，伺服控制各個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，使各桿按一定的速度、加速度和位置要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)

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2控制系統(tǒng)的特點(diǎn)控制系統(tǒng)的分類(lèi)目錄

3控制系統(tǒng)的主要功能

4控制系統(tǒng)的組成

5工業(yè)機(jī)器人的控制方式12控制系統(tǒng)的特點(diǎn)控制系統(tǒng)的分類(lèi)目錄3控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，它的機(jī)能類(lèi)似于人腦。工業(yè)機(jī)器人要與外圍設(shè)備協(xié)調(diào)動(dòng)作，共同完成作業(yè)任務(wù)，就必須具備一個(gè)功能完善、靈敏可靠的控制系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)總體來(lái)講可以分為兩大部分：一部分是對(duì)其自身運(yùn)動(dòng)的控制，另一部分是工業(yè)機(jī)器人與其周邊設(shè)備的協(xié)調(diào)控制。工業(yè)機(jī)器人控制研究的重點(diǎn)是對(duì)其自身的控制?？刂葡到y(tǒng)的特點(diǎn)控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，它控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等項(xiàng)目，其中有些項(xiàng)目的控制是非常復(fù)雜的，這就決定了工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：（1）是傳統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)械是以自身的動(dòng)作為重點(diǎn)，而工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)則更著重本體與操作對(duì)象的相互關(guān)系。（2）是工業(yè)機(jī)器人的控制與其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)有密不可分的關(guān)系，因而要使工業(yè)機(jī)器人的臂、腕及末端執(zhí)行器等部位在空間具有準(zhǔn)確無(wú)誤的位姿，就必須在不同的坐標(biāo)系中描述它們，并且隨著基準(zhǔn)坐標(biāo)系的不同而要做適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換，同時(shí)要經(jīng)常求解運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題?？刂葡到y(tǒng)的特點(diǎn)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制機(jī)器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

（3）是描述工業(yè)機(jī)器人狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)非線性模型，因此隨著工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)環(huán)境的改變，其參數(shù)也在改變。又因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人往往具有多個(gè)自由度，所以引起運(yùn)動(dòng)變化的變量不止一個(gè)，而且各個(gè)變量之間一般都存在耦合問(wèn)題，這就使得工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)不僅是一個(gè)非線性系統(tǒng)，而且是一個(gè)多變量系統(tǒng)，（4）是工業(yè)機(jī)器人還有一種特有的控制方式——示教再現(xiàn)控制方式?？傊?，工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)是一個(gè)與運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理密切相關(guān)的、有耦合的、非線性的多變量控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的特點(diǎn)（3）是描述工業(yè)機(jī)器人狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模控制系統(tǒng)的分類(lèi)

工業(yè)機(jī)器人控制結(jié)構(gòu)的選擇，是由工業(yè)機(jī)器人所執(zhí)行的任務(wù)決定的，對(duì)不同類(lèi)型的機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展了不同的控制綜合方法。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的分類(lèi)，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。（1）按運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)控制的方式來(lái)分：有關(guān)節(jié)空間運(yùn)動(dòng)控制、直角坐標(biāo)空間運(yùn)動(dòng)控制。（2）按控制系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境變化的適應(yīng)程度來(lái)分：有程序控制系統(tǒng)、適應(yīng)性控制系統(tǒng)、人工智能控制系統(tǒng)。（3）按同時(shí)控制機(jī)器人數(shù)目的多少來(lái)分：可分為單控系統(tǒng)、群控系統(tǒng)。（4）按作業(yè)任務(wù)的不同來(lái)分：可分為點(diǎn)位控制方式、連續(xù)軌跡控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式等?？刂葡到y(tǒng)的分類(lèi)工業(yè)機(jī)器人控制結(jié)構(gòu)的選擇，是由工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要功能

機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分，用于對(duì)操作機(jī)的控制，以完成特定的工作任務(wù)，其基本功能如下：1、記憶功能：存儲(chǔ)作業(yè)順序、運(yùn)動(dòng)路徑、運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)速度和與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息。2、示教功能：離線編程，在線示教，間接示教。在線示教包括示教器和導(dǎo)引示教兩種。3、與外圍設(shè)備聯(lián)系功能：輸入和輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、同步接口。4、坐標(biāo)設(shè)置功能：有關(guān)節(jié)、絕對(duì)、工具、用戶自定義四種坐標(biāo)系。5、人機(jī)接口：示教器、操作面板、顯示屏?？刂葡到y(tǒng)的主要功能機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分控制系統(tǒng)的主要功能

6、傳感器接口：位置檢測(cè)、視覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等。7、位置伺服功能：機(jī)器人多軸聯(lián)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制、速度和加速度控制、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)取?、故障診斷安全保護(hù)功能：運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下的安全保護(hù)和故障自診斷?？刂葡到y(tǒng)的主要功能控制系統(tǒng)的組成

1、控制計(jì)算機(jī)：控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機(jī)構(gòu)。一般為微型機(jī)、微處理器有32位、64位等如奔騰系列CPU以及其他類(lèi)型CPU。2、示教器：示教機(jī)器人的工作軌跡和參數(shù)設(shè)定，以及所有人機(jī)交互操作，擁有自己獨(dú)立的CPU以及存儲(chǔ)單元，與主計(jì)算機(jī)之間以串行通信方式實(shí)現(xiàn)信息交互。3、操作面板：由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構(gòu)成，只完成基本功能操作。4、硬盤(pán)和軟盤(pán)存儲(chǔ)存：儲(chǔ)機(jī)器人工作程序的外圍存儲(chǔ)器。5、數(shù)字和模擬量輸入輸出：各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出。

控制系統(tǒng)的組成1、控制計(jì)算機(jī)：控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機(jī)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)的組成

6、打印機(jī)接口：記錄需要輸出的各種信息。7、傳感器接口：用于信息的自動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔順控制，一般為力覺(jué)、觸覺(jué)和視覺(jué)傳感器。8、軸控制器：完成機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度控制。9、輔助設(shè)備控制：用于和機(jī)器人配合的輔助設(shè)備控制，如手爪變位器等。10、通信接口：實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和其他設(shè)備的信息交換，一般有串行接口、并行接口等。11、網(wǎng)絡(luò)接口控制系統(tǒng)的組成6、打印機(jī)接口：記錄需要輸出的各種信息控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的組成工業(yè)機(jī)器人的控制方式

工業(yè)機(jī)器人的控制方式有多種多樣，根據(jù)作業(yè)任務(wù)的不同，主要可分為點(diǎn)位控制方式（PTP）、連續(xù)軌跡控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式等。工業(yè)機(jī)器人的控制方式工業(yè)機(jī)器人的控制方式有多種多樣，根工業(yè)機(jī)器人的控制方式（一）點(diǎn)位控制方式點(diǎn)位控制方式又稱(chēng)PTP控制，其特點(diǎn)是只控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點(diǎn)上的位姿?？刂茣r(shí)只要求工業(yè)機(jī)器人快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)相鄰個(gè)點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)，而對(duì)達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡（包括移動(dòng)的路徑和運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)）則不作任何規(guī)定，如圖3－11（a）所示。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是定位精度和運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間。由于其具有控制方式易于實(shí)現(xiàn)、定位精度要求不宜過(guò)高的特點(diǎn)，因而常被應(yīng)用在上下料、搬運(yùn)、點(diǎn)焊和在電路板上安插元件等只要求目標(biāo)點(diǎn)處保持末端執(zhí)行器位姿準(zhǔn)確的作業(yè)中。工業(yè)機(jī)器人的控制方式（一）點(diǎn)位控制方式工業(yè)機(jī)器人的控制方式（二）連續(xù)軌跡控制方式連續(xù)軌跡控制又稱(chēng)CP控制，其特點(diǎn)是連續(xù)控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中的位置，要求其嚴(yán)格按照預(yù)定的軌跡和速度在一定的精度要求內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而且速度可控，軌跡光滑且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，以完成作業(yè)任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)連續(xù)、同步地進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，期末端執(zhí)行器即可形成連續(xù)的軌跡，如圖3－12（b）所示。工業(yè)機(jī)器人的控制方式（二）連續(xù)軌跡控制方式工業(yè)機(jī)器人的控制方式這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器位勢(shì)的軌跡跟蹤精度及平穩(wěn)性。通?；『?、噴漆、去毛邊和檢測(cè)作業(yè)機(jī)器人都采用這種控制方式。（三）力（力矩）控制方式在完成裝配、抓放物體等工作時(shí)，除要準(zhǔn)確定位之外，還要求使用適度的力或力矩進(jìn)行工作，這時(shí)就要利用力或力矩控制方式。這種方式的控制原理與位置伺服控制原理基本相同，只不過(guò)輸入量和反饋量不是位置信號(hào)，而是力（力矩）信號(hào)，所以，系統(tǒng)中必須有力（力矩）傳感器。工業(yè)機(jī)器人的控制方式這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的控制方式（四）智能控制方式機(jī)器人的智能控制是通過(guò)傳感器獲得周?chē)h(huán)境的知識(shí)，并根據(jù)自身內(nèi)部和知識(shí)庫(kù)做出相應(yīng)的決策。采用智能控制技術(shù)，機(jī)器人就能具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性及自覺(jué)能力。智能控制技術(shù)的發(fā)展依靠于近年來(lái)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基因算法、遺傳算法等人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人的控制方式（四）智能控制方式歸納總結(jié)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)控制系統(tǒng)的分類(lèi)控制系統(tǒng)的主要功能控制系統(tǒng)的組成工業(yè)機(jī)器人的控制方式歸納總結(jié)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)控制系統(tǒng)的分類(lèi)控制系統(tǒng)的主要功能控制系第三節(jié)：工業(yè)機(jī)器人人機(jī)交互系統(tǒng)第三節(jié)：工業(yè)機(jī)器人人機(jī)交互系統(tǒng)認(rèn)識(shí)和使用示教器對(duì)于前者，人們借助鍵盤(pán)，鼠標(biāo)，操縱桿，數(shù)據(jù)服裝，眼動(dòng)跟蹤器，位置跟蹤器，數(shù)據(jù)手套，壓力筆等設(shè)備，用手，腳，聲音，姿態(tài)或身體的動(dòng)作，眼睛甚至腦電波等向計(jì)算機(jī)傳遞信息；對(duì)于后者，計(jì)算機(jī)通過(guò)打印機(jī)，繪圖儀，顯示器，頭盔式顯示器（HMD），音響等輸出或顯示設(shè)備給人提供信息。機(jī)器人中最典型的人機(jī)交互裝置就是示教器，示教器亦稱(chēng)示教編程器或示教器，主要由液晶屏幕和操作按鍵組成?？捎刹僮髡呤殖忠苿?dòng)，機(jī)器人的所有操作基本上都是通過(guò)它來(lái)完成的。示教器實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)專(zhuān)用的智能終端。認(rèn)識(shí)和使用示教器對(duì)于前者，人們借助鍵盤(pán)，鼠標(biāo)，操縱桿，數(shù)據(jù)服

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2認(rèn)識(shí)和使用示教器示教器使用時(shí)注意事項(xiàng)目錄計(jì)算機(jī)人語(yǔ)言

312認(rèn)識(shí)和使用示教器示教器使用時(shí)注意事項(xiàng)目錄計(jì)算機(jī)

人機(jī)交互（Human-CompterInteraction,HCI）是關(guān)于設(shè)計(jì)，評(píng)價(jià)和實(shí)現(xiàn)供人們使用的交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，且圍繞這些方面主要現(xiàn)象進(jìn)行研究的科學(xué)。狹義的講，人機(jī)交互技術(shù)主要是研究人和計(jì)算機(jī)之間的信息交換，它主要包括人到計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)到人的信息交換兩部分。人機(jī)交互（Human-CompterIntera

機(jī)器人示教器是工業(yè)機(jī)器人主要組成部分，其設(shè)計(jì)與研究均有各廠家自行研制，下圖3-13所示為工業(yè)機(jī)器人四大家族典型的示教器產(chǎn)品：ABB、庫(kù)卡（KUKA）、發(fā)那科（FANUC）、安川電機(jī)（YASKAWA）。認(rèn)識(shí)和使用示教器機(jī)