搜索
1.3工业机器人的组成及技术参数机器人的组成机器人的组成部分机械部分传感部分控制部分机器人的组成系统驱动系统机械结构系统人机交互系统感受系统机器人－环境交互系统控制系统1.3.1机器人系统组成人机交互系统控制系统驱动系统机械机构系统机器人－环境交互系统感受系统驱动系统机器人系统组成分析机械结构系统控制系统人机交互系统机器人－环境交互系统感受系统概念：要使机器人运行起来,需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置1、驱动系统作用：提供机器人各部位、各关节动作的原动力驱动系统可以是液压传动、气动传动、电动传动,或者把它们结合起来应用的综合系统;可以是直接驱动或者是通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接驱动。液压驱动：•分类：–从运动形式来分分为直线驱动如直线运动液压缸和旋转驱动如液压马达、摆动液压缸。–从控制水平的高低来分分为开环控制液压系统和闭环控制液压系统。•适用范围：–液压系统具有较大的功率体积比，适合于大负载的情形。–液压驱动的本质优点在于它的安全性。如喷漆时要求工作区域所带电压不超过9V。气压驱动：•分类：–直线气缸，摆动汽缸及旋转气动马达。•适用范围：–适合于节拍快、负载小且精度要求不高的场合（因为空气具有可压缩性）。电气驱动：•分类：–按照电机的工作原理不同分为步进电机、直流伺服电机、无刷电机等。–按照控制水平的高低来分分为开环控制系统和闭环控制系统。•适用范围：–适合于中等负载，特别适合于动作复杂、运动轨迹严格的各类机器人。对驱动装置的要求驱动装置的质量尽可能要轻。单位质量的输出功率要高，效率高。反应速度要快。要求力质量比和力矩转动惯量比要大。动作平滑，不产生冲击。控制灵活，位移偏差和速度偏差小。安全可靠。操作维修方便等。驱动系统机器人系统组成分析机械结构系统控制系统人机交互系统机器人－环境交互系统感受系统工业机器人的机械结构系统由基座、手臂、末端操作器三大件组成,如图1.4所示。每一大件都有若干自由度,构成一个多自由度的机械系统。若基座具备行走机构,则构成行走机器人;若基座不具备行走及腰转机构,则构成单机器人臂(SingleRobotArm)。手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。末端操作器是直接装在手腕上的一个重要部件,它可以是二手指或多手指的手爪,也可以是喷漆枪、焊具等作业工具。2、机械结构系统图1.4工业机器人的机械结构系统2、机械结构系统机身部分机身部分：如同机床的床身结构一样，机器人机身构成机器人的基础支撑。有的机身底部安装有机器人行走机构；有的机身可以绕轴线回转，构成机器人的腰。手臂部分手臂部分：分为大臂、小臂和手腕，完成各种动作。末端操作器末端操作器：可以是拟人的手掌和手指，也可以是各种作业工具，如焊枪、喷漆枪等。关节关节：分为滑动关节和转动关节。实现机身、手臂各部分、末端操作器之间的相对运动。驱动系统机器人系统组成分析机械结构系统控制系统人机交互系统机器人－环境交互系统感受系统3、感受系统1感受系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成,用以获取内部和外部环境状态中有意义的信息。2智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准。3智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准。4对于一些特殊的信息,传感器比人类的感受系统更有效。驱动系统机器人系统组成分析机械结构系统控制系统人机交互系统机器人－环境交互系统感受系统1、机器人-环境交互系统是实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。2、工业机器人与外部设备集成为一个功能单元如加工制造单元、焊接单元、装配单元等。也可以是多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储装置等集成为一个去执行复杂任务的功能单元。4、机器人－环境交互系统驱动系统机器人系统组成分析机械结构系统控制系统人机交互系统机器人－环境交互系统感受系统5、人机交互系统人机交互系统是使操作人员参与机器人控制并与机器人进行联系的装置。例如,计算机的标准终端,指令控制台,信息显示板,危险信号报警器等。该系统归纳起来分为两大类:指令给定装置和信息显示装置。驱动系统机器人系统组成分析机械结构系统控制系统人机交互系统机器人－环境交互系统感受系统6、控制系统控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。分为开环系统和闭环系统。根据控制原理,控制系统可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统。根据控制运动的形式,控制系统可分为点位控制和轨迹控制。可用示教的方式和用PC机编程的方式来控制机器人的动作。机器人工作原理机器人的基本工作原理是示教再现；示教也称导引，即由用户导引机器人，一步步按实际任务操作一遍，机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数＼工艺参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序。完成示教后，只需给机器人一个启动命令，机器人将精确地按示教动作，一步步完成全部操作；1.3.2工业机器人技术参数工业机器人的技术参数是各工业机器人制造商在产品供货时所提供的技术数据。表1.3为PUMA工业机器人的主要技术参数。尽管各厂商提供的技术参数不完全一样,工业机器人的结构、用途等有所不同,且用户的要求也不同,但工业机器人的主要技术参数一般应有自由度、重复定位精度、工作范围、最大工作速度和承载能力等。表1.3PUMA562机器人的主要技术参数自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目,不应包括手爪(末端操作器)的开合自由度。自由度越多越灵活，但结构也越复杂，控制难度越大。冗余自由度机器人从运动学的观点看,在完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人,就叫做冗余自由度机器人，利用冗余自由度可以增加机器人的灵活性、躲避障碍物和改善动力性能。人的手臂(大臂、小臂、手腕)共有七个自由度,所以工作起来很灵巧,手部可回避障碍而从不同方向到达同一个目标位置。1、自由度定位精度（Positioningaccuracy）：指机器人末端操作器的实际位置与目标位置之间的偏差。2、定位精度和重复定位精度重复精度（Repeatability）：指在同一环境、同一条件、同一目标动作、同一命令下，机器人连续重复运动若干次时，其位置的分散情况，是关于精度的统计数据。作业范围（Workingspace）：是指机器人运动时手臂末端或手腕中心所能到达的做有点的集合。一般不包括末端操作器本身所能到达的区域。3、作业范围4、最大工作速度最大工作速度，有的厂家指工业机器人主要自由度上最大的稳定速度，有的厂家指手臂末端最大的合成速度，通常都在技术参数中加以说明。很明显，工作速度愈高，工作效率愈高。但是，工作速度愈高就要花费更多的时间去升速或降速，或者对工业机器人的最大加速度率或最大减速度率的要求更高。5、承载能力承载能力是指机器人在工作范围内的任何位置上所能承受的最大质量。承载能力不仅决定于负载的质量，而且还与机器人运行的速度和加速度的大小和方向有关。为了安全起见，承载能力这一技术指标是指高速运行时的承载能力。通常，承载能力不仅指负载，而且还包括了机器人末端操作器的质量。图1.17PUMA562工业机器人表1.3PUMA562机器人的主要技术参数注意：不同的书上，运动简图的符号表示可能不一样。（a）表示手指（末端执行器）；（b）表示垂直、升降运动；（c）表示水平伸缩运动；（d）表示回转运动；（e）表示俯仰运动。附：工业机器人的结构机构运动简图直角坐标式圆柱坐标式球坐标式1234561234562020/6/12机电学院-工业机器人机器人的坐标系机器人运动学中通常定义以下三种坐标系：1、机座坐标系：参照机器人机座的坐标系，它是机器人各活动杆件的公共参考坐标系。此时，机器人是通过各关节的组合运动产生沿X、Y、Z三个坐标轴直线运动和绕他们的转动。2020/6/12机电学院-工业机器人2、杆件坐标系：参照机器人指定杆件的坐标系。它是在每个活动杆件上固定的坐标系，随杆件运动而运动。此时，机器人是通过各关节独立运动产生期望运动。3、工具参考坐标系：也称机器人位姿坐标系，参照末端执行器的坐标系。它表示末端执行器在指定坐标系中的位置和姿态，末端执行器的位置及姿态又简称机器人位姿，是一个活动坐标系，随机器人手运动而随之运动。2020/6/12机电学院-工业机器人2020/6/12机电学院-工业机器人参考书籍：1.工业机器人，韩建海主编，华中科技大学出版社；2.机器人运动学及动力学，王庭树著，西安电子科技大学出版社；3.工业机器人:徐元昌,中国轻工业出版社出版;4.机器人操作的数学导论,[美]理查得摩雷编著机械工业出版社2020/6/12机电学院-工业机器人习题1.1什么叫冗余自由度机器人？1.2工业机器人四大部分？1.3简述下面几个术语的含义：自由度、定位精度、重复定位精度、工作原理、工作速度、承载能力。1.4什么叫冗余自由度机器人？1.5人的手臂（包括肩、肘、腕）有几个自由度？2020/6/12机电学院-工业机器人1.6题0.7图所示为二自由度平面关节型机器人机械手，图中L1=2L2，关节的转角范围是01180，–902180，画出该机械手的工作范围(画图时可以设L2=3cm)。