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1、第四章工业机器人 工业机器人与数控机床的异同 相同之处 二者的末端执行器都有位姿变化要求 二者都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿变化要求 不同之处 机床是按直角坐标形式为主 机器人是按关节形式运动为主 机床对刚度 精度的要求很高 灵活性相对较低 而机器人对灵活性要求很高 其刚度 精度相对较低 工业机器人是什么 是一种生产设备 能提供作业所需的运动和动力 通过操作机上各运动构件 自动实现手部作业的动作功能和技术要求 工业机器人由以下几个部分组成 操作机 驱动单元和控制装置 第四章工业机器人 工业机器人的控制装置由 和 两部分组成 监测控制工业机器人的驱动单元为操作机各运动附件提供 和 动力
2、运动工业机器人的机械本体称为 操作机 主机 机器人的 是表示机器人动作灵活程度的参数 自由度 第四章工业机器人 球坐标机器人的特点灵活性好 工作空间范围大 但刚度和精度较差 第四章工业机器人 工业机器人按机械结构类型可以分为四类 关节型机器人 球坐标机器人 圆柱坐标机器人和直角坐标机器人 关节型机器人的特点 灵活性好 工作空间范围大 但刚度 精度要求较低 PUMA机器人是 关节型机器人 六自由度 第四章工业机器人 直角坐标机器人的特点 与机床相似 按直角坐标形式动作 刚度和精度高 但灵活性差 工作空间范围小 机器人的机械结构类型特征 用它的 和 表示 结构坐标形式 自由度数机器人的自由度是表示
3、机器人 的参数 动作灵活程度机器人的自由度是 的参数 以 和 的独立运动数表示 表示机器人动作灵活程度 直线运动 回转运动 第四章工业机器人 工作空间指 工业机器人正常运行时 手腕参考点 能在空间活动的最大范围 工业机器人的额定载荷是什么 指在规定的性能范围内 机械接口处所能承受负载的允许值 按作业要求确定工作空间时 要同时考虑 的要求 作业对象对机器人末端执行器的位姿和姿态 第四章工业机器人 工业机器人的额定速度是什么 指工业机器人在额定负载 匀速运动过程中 机械接口中心的最大速度 工业机器人的额定载荷是指在规定的性能范围内 机械 所能承受负载的允许值 接口处按作业要求确定工作空间时 要同时
4、考虑作业对象对机器人末端执行器的 的要求 位姿和姿态 2020年4月7日1时41分 作者 徐嘉乐 8常州机电是骨干学院 第四章工业机器人 工业机器人的位姿是指 其末端执行器在指定坐标系中的位置和姿态 机器人的位姿可以有两种描述方式 作业动作功能要求描述运动功能描述 齐次坐标和变换矩阵的含义 齐次坐标 变换矩阵 第四章工业机器人 由机器人的末端执行器的位姿求关节运动量称为 机器人逆运动学解析 由机器人各关节的运动量 求末端执行器的位置和姿态称为 机器人的正运动学解析 已知在操作机各驱动关节上作用的驱动力或力矩 求机器人末端执行器的运动轨迹 速度和加速度 是 机器人正动力学问题 2020年4月7日
5、1时41分 作者 徐嘉乐 9常州机电是骨干学院 第四章工业机器人 已知末端执行器上某一点的运动轨迹及各轨迹点的速度 加速度 求驱动器应向主动关节提供的驱动力或力矩是 机器人逆动力学问题 谐波齿轮传动装置由三个基本构件组成 即 具有内齿的刚轮 具有外齿的柔轮和波发生器 2020年4月7日1时41分 作者 徐嘉乐 10常州机电是骨干学院 第四章工业机器人 谐波齿轮减速器传动比的计算1 波发生器主动 刚轮固定 柔轮从动时 波发生器与柔轮的减速传动比为 柔轮的齿数除以刚轮与柔轮的齿数之差 iGHR nH nR zR zG zR zG和zR分别为钢轮与柔轮的齿数 nH和nR分别为波发生器和柔轮的转速2
6、波发生器主动 柔轮固定 刚轮从动时 波发生器与刚轮的减速传动比为 刚轮的齿数除以刚轮与柔轮的齿数之差 2020年4月7日1时41分 作者 徐嘉乐 11常州机电是骨干学院 第四章工业机器人 简述谐波减速器的特点传动比大 承载能力强 传动精度高 传动平稳 效率高 体积小 质量轻等特点由机器人的 求 称为机器人逆运动学解析 末端执行器的位姿关节运动量由机器人 求 称为机器人的正运动学解析 各关节的运动量末端执行器的位姿和姿态 2020年4月7日1时41分 作者 徐嘉乐 12常州机电是骨干学院 第四章工业机器人 机器人手臂结构设计要求 1 手臂的结构和尺寸应满足工作空间要求 2 合理选择手臂截面形状和
7、高强度轻质材料 3 尽量减小手臂质量和相对其他关节回转轴的转动惯量和偏心力矩 4 设法减少机械间隙引起的运动误差 提高运动的精确性和运动刚度 2020年4月7日1时41分 作者 徐嘉乐 13常州机电是骨干学院 第四章工业机器人 机器人机座结构设计的要求1 要有足够大的安装基面 以保证机器人工作时的稳定性 2 机座承受机器人全部重力和工作载荷 应保证足够的强度 刚度和承载能力 3 机座与手臂的连接要有可靠的定位基准面 要有调整轴承间隙和传动间隙的调整机构 2020年4月7日1时41分 作者 徐嘉乐 14常州机电是骨干学院 第四章工业机器人 机器人手腕结构设计的要求 1 力求结构紧凑 减小其质量和
8、体积2 不应盲目增加手腕的自由度 3 提高传动的刚度 尽量减少机械传动系统中由于间隙产生的反转回差4 手腕回转各关节轴上要设置限位开关和机械挡块 2020年4月7日1时41分 作者 徐嘉乐 15常州机电是骨干学院 第四章工业机器人 机器人末端执行器结构设计的要求 1 不论是夹持或吸附 末端执行器需具有满足作业需要的足够的夹持 吸附 力和所需的夹持位置精度2 应尽可能使末端执行器的结构简单 紧凑 质量轻 以减轻手臂的负荷 位置控制是机器人最基本的 控制任务工业机器人控制系统的 的选取依赖于任务描述的层次 控制变量 2020年4月7日1时41分 作者 徐嘉乐 16常州机电是骨干学院 第四章工业机器人 机器人最基本的控制任务是 实现位置控制工业机器人控制系统的构成形式取决于 机器人所要执行的任务及描述任务的层次 工业机器人控制系统的功能是 根据描述的任务来执行任务 工业机器人控制系统的控制变量的选取依赖于 任务描述的层次 2020年4月7日1时41分 作者 徐嘉乐 17常州机电是骨干学院 第四章工业机器人 根据任务描述的层次 工业机器人控制分为三个层次 人工智能级 控制模式级和一般自动化级 根据 的层次 工业机器人控制分为三个层次人工智能级 控制模式级和一般自动化级 任务描述 2020年4月7日1时41分 作者 徐嘉乐 18常州机电是骨干学院
