最新工业机器人的机械设计基础专业知识讲座

文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。机器人组成机器人是一个高度自动化的机电一体化设备。从控制观点来看，机器人系统可以分成四大部分：机器人执行机构、驱动装置、控制系统、感知反馈系统。处理器关节控制器驱动装置执行机构工作对象控制系统感知反馈系统内部传感器（位形检测）外部传感器（环境检测）文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。机器人分类气压驱动按驱动形式液压驱动电驱动直流伺服驱动交流伺服驱动按用途划分（应用领域）（1）工业机器人（步进电机）弧焊机器人点焊机器人搬运机器人装配机器人喷涂机器人抛光机器人文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。机器人分类（2）特种机器人空间机器人水下机器人军用机器人教学机器人服务机器人医用机器人排险救灾机器人固定式移动式轮式履带式足式蛇行文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。机器人的常见构型文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。机器人常见构型1、直角坐标型(3P)2、圆柱坐标型(R2P)3、极坐标型（也称球面坐标型）(2RP)4、关节坐标型(3R)5、平面关节型(SCARA)文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。直角坐标机器人l结构特点-在直角坐标空间内解耦，空间轨迹易于求解；-易于实现高定位精度；-当具有相同的工作空间时，本体所占空间体积较大这也是大多数数控设备采用这种结构形式的原因文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。圆柱坐标机器人l结构特点-在圆柱坐标空间内解耦；-能够伸入型腔式空间；-相同工作空间，本体所占空间体积比直角坐标式要小；-直线驱动部分密封、防尘较难文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。极坐标机器人l结构特点-所占空间体积小，机构紧凑；-往往需要将极坐标转化成我们习惯的直角坐标，轨迹求解较难；-直线驱动同样存在密封、防尘问题文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。垂直多关节机器人l结构特点-机构紧凑，动作灵活，工作空间大；-能绕过基座周围的一些障碍物；-适合电机驱动，关节密封、防尘比较容易相邻关节轴线垂直或水平文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。水平多关节机器人（SCARA）l结构特点-作业空间与占地面积比很大，使用起来方便；-沿升降方向刚性好，尤其适合平面装配作业SCARA-SelectiveComplianceAssemblyRobotArm1978年由日本山梨大学牧野洋教授首先提出文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。并联机器人模拟器加工设备微动机构文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。机器人基本概念与关键参数文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。1.2.3.4.5.基本概念重复定位精度：往复运动的物体,每次停止的位置与第一次调定的位置之间角度或长度的差值。差值越小,精度越高。描述方式：±0.08mm精度：观测结果、计算值或估计值与真值（或被认为是真值）之间的接近程度。描述方式：±0.08mm分辨率：设备输出最小位移或角度的能力。自由度：完全确定一个物体在空间位置所需要的独立坐标数目，叫做这个物体的自由度。柔性（适应性）：“柔性”是相对于“刚性”而言的,传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。其优点是生产率很高,由于设备是固定的,所以设备利用率也很高,单件产品的成本低。但价格相当昂贵,且只能加工一个或几个相类似的零件,难以应付多品种中小批量的生产。随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换,一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内,生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能力。柔性已占有相当重要的位置。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。6.7.8.9.基本概念柔性制造系统（FMS）：柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统,它包括多个柔性制造单元,能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整,适用于多品种、中小批量生产。”简单地说,ＦＭＳ是由若干数控设备、物料运贮装置和计算机控制系统组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。刚度：刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。零件的刚度（或称刚性）常用单位变形所需的力或力矩来表示，刚度的大小取决于零件的几何形状和材料种类（即材料的弹性模量）。强度：强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。示教再现：具有记忆再现功能的机器人。操作者预先进行逐步示教，机器人记忆有关作业程序、位置及其他信息，然后按照再现指令，逐条取出解读，在一定精度范围内重复被示教的程序，完成工作任务。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。§§§§§§§§§关键参数自由度数衡量机器人适应性和灵活性的重要指标，一般等于机器人的关节数。机器人所需要的自由度数决定与其作业任务。负载能力机器人在满足其它性能要求的前提下，能够承载的负荷重量。运动范围机器人在其工作区域内可以达到的最大距离。它是机器人关节长度和其构型的函数。精度指机器人到达指定点的精确程度。与机器人驱动器的分辨率及反馈装置有关。重复定位精度指机器人重复到达同样位置的精确程度。它不仅与机器人驱动器的分辨率及反馈装置有关，还与传动机构的精度及机器人的动态性能有关。控制模式引导或点到点示教模式；连续轨迹示教模式；软件编程模式；自主模式。运动速度单关节速度；合成速度电源与电源容量动态特性—稳定、柔顺§材料文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。机器人运动学文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。机器人运动学•在一般机器人应用问题中，人们感兴趣的是：末端执行器相对于固定参考坐标系的空间几何描述，也就是机器人的运动学问题•机器人的运动学即是研究机器人手臂末端执行器位置和姿态与关节变量空间之间的关系n也就是要把机器人的空间位移解析地表示为时间的函数，特别是研究机器人关节变量空间和机器人末端执行器位置和姿态之间的关系文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。研究的对象•机器人从机构形式上主要分为两种，一种是关节式串联机器人，另外一种是并联机器人，如图：PUMA560FanucmanipulatorHexapod文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。运动学研究的问题Whereismyhand?运动学正问题DirectKinematicsHERE!HowdoIputmyhandhere?运动学逆问题InverseKinematics:Choosetheseangles!文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。研究的问题:n运动学正问题---已知杆件几何参数和关节角矢量，求操作机末端执行器相对于固定参考作标的位置和姿态（齐次变换问题）。n运动学逆问题---已知操作机杆件的几何参数，给定操作机末端执行器相对于参考坐标系的期望位置和姿态（位姿），操作机能否使其末端执行器达到这个预期的位姿？如能达到，那么操作机有几种不同形态可以满足同样的条件？杆件参数关节角关节角运动学正问题杆件参数运动学正问题末端执行器文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。解的存在性n目标点应位于工作空间内n可能存在多解，如何选择最合适的解？存在双解!文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。什么是并联机器人n并联机器人机构可以严格定义为：上，下平台用2个或2个以上分支相连，机构具有2个或2个以上的自由度，且以并联方式驱动的机构称为并联机器人机构。n从广义机构学的角度出发，只要是多自由度的，驱动器分配在不同环境上的多环路机构都可称之为并联机构，如步行机器人，多指手爪等。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。并联机器人运动学参考教材：燕山大学黄真《并联机器人机构学理论及其控制》文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。并联机器人的应用n用作模拟器：运动、飞行、地震、舰船、汽车、火车…n操作器：空间对按机构、潜艇救援、土方挖掘、煤矿开采等，医疗外科…n微动机构和微型机构：显微外科、细胞操作、误差补偿器.n加工设备：虚拟轴机床，很容易获得6轴联动，前两年研究的较多，近年来，大家发现虚拟机床很难获得高的加工精度，如天津大学的黄田教授等人进行了多年的研究，发现很难超过20μ.n娱乐：《真实的谎言》中的拍摄施瓦辛格驾驶鹞式飞机，就是在一个stewart平台上进行的.文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。并联机器人运动学n在串联机器人中，正解容易且有唯一解，逆解比较繁杂，计算时间长，且有时出现多解n并联机器人正好相反，逆解容易，且有唯一解，正解不容易求解，且多解，并联机器人正解一直是并联机器人研究的一个难题。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。机器人工作空间与轨迹规划文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。工作空间工作空间是从几何方面讨论操作机的工作性能。B．Roth在1975年提出了操作机工作空间的概念。n如何获得工作空间:利用正运动学模型,改变关节变量值操作机的可达工作空间（Reachableworkspace）：机器人操作机正常运行时，末端在空间活动的最大范围；或者说末端可达点占有的体积空间。这一空间又称可达空间或总工作空间，记作W(P)。灵活工作空间(Dexterousworkspace)：在总工作空间内，末端以给定姿态达到的点所构成的体积空间。记作Wp(P)。次工作空间：总工作空间中去掉灵活工作空间所余下的部分。记作Ws(P)。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。工作空间工作空间的两个基本问题：1、给出某一结构形式和结构参数的操