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)動方式， 常見的有哪幾種？ 【 課 前 回 顧 】 章節(jié)目錄錄思考練習(xí)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)動控制 2.3.1 機(jī)器人運(yùn)動學(xué)問題 2.3.2 機(jī)器人的點(diǎn)位運(yùn)動 2.3.3 機(jī)器人的位置控制 學(xué)習(xí)目標(biāo)標(biāo)所 處 位 置 熟悉工業(yè)業(yè)機(jī)器人人的常見見技術(shù)指指標(biāo)能夠正確確識別工工業(yè)機(jī)器器人的點(diǎn)點(diǎn)位運(yùn)動動和連續(xù)續(xù)路徑運(yùn)運(yùn)動【 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 】 返回 目錄 認(rèn)知目

2、標(biāo)標(biāo)能力目標(biāo)標(biāo)了解工業(yè)業(yè)機(jī)器人人的運(yùn)動動控制能夠掌握握工業(yè)機(jī)機(jī)器人的的技術(shù)指指標(biāo)的含含義2.2工業(yè)機(jī)器器人的技技術(shù)指標(biāo)標(biāo)機(jī)器人的的技術(shù)指指標(biāo)反映映機(jī)器人人的適用范圍圍和工作性能能。 所 處 位 置 【 課 堂認(rèn) 知 自由度工作空間間額定負(fù)載載最大工作作速度工作精度度一般都有有：相關(guān)術(shù)語語及性能能指標(biāo)一、關(guān)節(jié)節(jié)（Joint）：即運(yùn)動動副，允允許機(jī)器器人手臂臂各零件件之間發(fā)發(fā)生相對對運(yùn)動的的機(jī)構(gòu)。二、連桿桿（Link）：機(jī)器人手手臂上被被相鄰兩關(guān)關(guān)節(jié)分開的部部分。三、剛度度（Stiffness）：機(jī)身或臂臂部在外外力作用用下抵抗抗變形的的能力。它是用外外力和在在外力作作用方向向上的變變形量（位移）

3、之比來來度量。1、自由度度（Degreeoffreedom） ：或或者稱坐坐標(biāo)軸數(shù)數(shù)，是指指描述物物體運(yùn)動動所需要要的獨(dú)立立坐標(biāo)數(shù)數(shù)。手指的開開、合，以及手手指關(guān)節(jié)節(jié)的自由由度一般般不包括括在內(nèi)。工業(yè)機(jī)器器人的技技術(shù)指標(biāo)標(biāo)通常作為為機(jī)器人人的技術(shù)術(shù)指標(biāo)，反映機(jī)機(jī)器人動動作的靈活性，可用軸軸的直線移動動、擺動動或旋轉(zhuǎn)動作作的數(shù)目來來表示。目前，焊焊接和涂涂裝作業(yè)業(yè)機(jī)器人人多為6或7自由度，而搬運(yùn)運(yùn)、碼垛垛和裝配配機(jī)器人人多為46自由度。機(jī)器人的的自由度度越多，就越能能接近人人手的動動作機(jī)能能，通用用性就越越好；但但是自由由度越多多，結(jié)構(gòu)構(gòu)越復(fù)雜雜，對機(jī)機(jī)器人的的整體要要求就越越高，這這是機(jī)器器人

4、設(shè)計(jì)計(jì)中的一一個矛盾盾。是不是自自由度越越多越好好呢？2、額定負(fù)負(fù)載也也稱持重。正常操操作條件件下，作作用于機(jī)機(jī)器人手手腕末端端，不會會使機(jī)器人性性能降低低的最大大載荷。3、工作精度度 目前，工工業(yè)機(jī)器器人的重重復(fù)精度度可達(dá) 0.01 0.5mm。依據(jù)作作業(yè)任務(wù)務(wù)和末端端持重不不同，機(jī)機(jī)器人重重復(fù)精度度亦不同同。目前，使使用的工工業(yè)機(jī)器器人負(fù)載載范圍可可從0.5kg直至800kg。工業(yè)機(jī)器器人典型型行業(yè)應(yīng)應(yīng)用的工工作精度度所 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.

5、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 19/304、工作空空間也稱工作范圍圍、工作作行程。工業(yè)機(jī)機(jī)器人執(zhí)執(zhí)行任務(wù)務(wù)時，其其手腕參考考點(diǎn)或末端操作作器安裝裝點(diǎn)（不不包括末末端操作作器）所能掠過過的空間間，一般不包包括末端端操作器器本身所所能到達(dá)達(dá)的區(qū)域域。目前，單單體工業(yè)業(yè)機(jī)器人人本體的的工作范范圍可達(dá)達(dá)3.5m左右。 所 處 位 置 【 課 堂 認(rèn) 知 】 b)水平串聯(lián)聯(lián)多關(guān)節(jié)節(jié)機(jī)器人人MOTOMAN MPP3Sa)垂直串聯(lián)聯(lián)多關(guān)節(jié)節(jié)機(jī)器人人MOTOMAN MH3F返

6、回 c)并聯(lián)多關(guān)關(guān)節(jié)機(jī)器器人MOTOMAN MYS650L目錄 不同本體體結(jié)構(gòu)YASKAWA機(jī)器人工工作范圍圍20/30最大工作作速度通常指機(jī)機(jī)器人手腕中心心的最大速速度。這在生產(chǎn)產(chǎn)中是影影響生產(chǎn)產(chǎn)效率的的重要指指標(biāo)。5、工作速速度機(jī)器人在在工作載載荷條件件下、勻勻速運(yùn)動動過程中中，機(jī)械械接口中中心或工工具中心心點(diǎn)在單位時間間內(nèi)所移動的距距離或轉(zhuǎn)動的角角度機(jī)器人的的運(yùn)動速速度是指單關(guān)關(guān)節(jié)速度度；2.3工業(yè)機(jī)器器人的運(yùn)運(yùn)動控制制2.3.1機(jī)器人運(yùn)運(yùn)動學(xué)問問題所 處 工業(yè)機(jī)器器人操作作機(jī)可看看作是一一個開鏈?zhǔn)蕉喽噙B桿機(jī)構(gòu)，始端端連桿就就是機(jī)器器人的基基座， 末端端連桿與與工具相相連， 相鄰鄰連桿之

7、之間用一一個關(guān)節(jié)節(jié)（軸）連接在在一起。對于于一個6自由度工工業(yè)機(jī)器器人，它它由6個連桿和和6個關(guān)節(jié)（軸）組組成。編編號時，基座稱為為連桿0，不包含含在這6個連桿內(nèi)內(nèi)，連桿1與基座由由關(guān)節(jié)1相連，連連桿2通過關(guān)節(jié)節(jié)2與連桿1相連，依依此類推推。 位 置 【 課 堂 認(rèn) 知 】 返回 目錄 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) 2 連桿 1 關(guān)節(jié) 1 連桿 0 b) 機(jī)構(gòu)簡圖 工業(yè)機(jī)器器人操作作機(jī)2.3.1機(jī)器人運(yùn)運(yùn)動學(xué)問問題所 處 (1)運(yùn)動學(xué)正正問題對給定的的機(jī)器人人操作機(jī)機(jī)，己知知各關(guān)節(jié)節(jié)角矢量量，求末末端執(zhí)行行器相對于參考

8、考坐標(biāo)系系的位姿姿，稱之之為正向運(yùn)動動學(xué)（運(yùn)動學(xué)學(xué)正解或或Where問題）。位 置 【 課 堂 認(rèn) 知 】 Where is my hand? 返回 目錄 運(yùn)動學(xué)正正問題（示教）機(jī)器人示示教時，機(jī)器人人控制器器即逐點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)運(yùn)動學(xué)正正解運(yùn)算算。(2)運(yùn)動學(xué)逆逆問題對給定的的機(jī)器人人操作機(jī)機(jī)，已知知末端執(zhí)執(zhí)行器在在參考坐坐標(biāo)系中中的初始始位姿和和目標(biāo)（期望）位姿，求各關(guān)關(guān)節(jié)角矢矢量，稱稱之為逆向運(yùn)動動學(xué)（運(yùn)動學(xué)學(xué)逆解或How問題）。 How do I put my hand here? 運(yùn)動學(xué)逆問題（再現(xiàn)） 機(jī)器人再再現(xiàn)時，機(jī)器人人控制器器即逐點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)運(yùn)動學(xué)逆逆解運(yùn)算算，并將將矢量分分解到操操

9、作機(jī)各各關(guān)節(jié)。2.3.2機(jī)器人的的點(diǎn)位運(yùn)運(yùn)動和連連續(xù)路徑徑運(yùn)動所 處 位 (1)點(diǎn)位運(yùn)動動（PointtoPoint,PTP）PTP運(yùn)動只關(guān)關(guān)心機(jī)器器人末端端執(zhí)行器器運(yùn)動的的起點(diǎn)和和目標(biāo)點(diǎn)點(diǎn)位姿，不關(guān)心這這兩點(diǎn)之之間的運(yùn)運(yùn)動軌跡跡。置 (2)連續(xù)路徑徑運(yùn)動（Continuous Path, CP）CP運(yùn)動不僅僅關(guān)心機(jī)機(jī)器人末末端執(zhí)行行器達(dá)到到目標(biāo)點(diǎn)點(diǎn)的精度度，而且必須須保證機(jī)機(jī)器人能能沿所期期望的軌軌跡在一一定精度度范圍內(nèi)內(nèi)重復(fù)運(yùn)運(yùn)動?！?課 堂 認(rèn) 知 】 Z Y A X E D B C 工業(yè)機(jī)器器人PTP運(yùn)動和CP運(yùn)動2.3.2機(jī)器人的的點(diǎn)位運(yùn)運(yùn)動和連連續(xù)路徑徑運(yùn)動所 機(jī)器人CP運(yùn)動的實(shí)實(shí)

10、現(xiàn)是以以點(diǎn)到點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)動為為基礎(chǔ)，通過在在相鄰兩兩點(diǎn)之間間采用滿滿足精度度要求的的直線或或圓弧軌軌跡插補(bǔ)補(bǔ)運(yùn)算即即可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)軌跡的的連續(xù)化化。機(jī)器人再再現(xiàn)時主控制器器（上位位機(jī)從）存儲器器中逐點(diǎn)點(diǎn)取出各各示教點(diǎn)點(diǎn)空間位位姿坐標(biāo)標(biāo)值，通通過對其其進(jìn)行直直線或圓圓弧或插插補(bǔ)運(yùn)算算，生成成相應(yīng)路路徑規(guī)劃劃，然后后把各插插補(bǔ)點(diǎn)的的位姿坐坐標(biāo)值通通過運(yùn)動動學(xué)逆解運(yùn)算算轉(zhuǎn)換成關(guān)關(guān)節(jié)角度度值，分分送機(jī)器器人各關(guān)關(guān)節(jié)或關(guān)關(guān)節(jié)控制制器（下下位機(jī)）。 處 位 置 【 課 堂 認(rèn) 知 】 關(guān)節(jié)控制器 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

11、 直線 / 圓弧插補(bǔ) 運(yùn)動學(xué)逆問題 關(guān)節(jié)控制器 n （下位機(jī)） 工業(yè)機(jī)器器人的連連續(xù)路徑徑運(yùn)動2.3.3機(jī)器人的的位置控控制所 處 位 實(shí)現(xiàn)機(jī)器器人的位位置控控制是是工業(yè)機(jī)機(jī)器人的的基本控控制任務(wù)務(wù)。關(guān)節(jié)節(jié)控制器器（下位位機(jī)）是是執(zhí)行計(jì)計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)伺伺服電機(jī)機(jī)的閉環(huán)控制制及實(shí)現(xiàn)所有有關(guān)節(jié)的的動作協(xié)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 工業(yè)機(jī)器器人的位位置控制制運(yùn)動控制制電機(jī)及及驅(qū)動機(jī)器人的的核心技技術(shù)是運(yùn)動控制制技術(shù)，目前工工業(yè)機(jī)器器人采用用的電氣

12、驅(qū)動動主要有步進(jìn)電動動機(jī)和伺服電動動機(jī)兩類。 所 處 位 1步進(jìn)電電動機(jī)系系統(tǒng)置 步進(jìn)電機(jī)機(jī)是一種種將電脈脈沖信號號轉(zhuǎn)變?yōu)闉榻俏灰埔苹蚓€位位移的開環(huán)控制精密密驅(qū)動元件件，分為反應(yīng)式步步進(jìn)電機(jī)機(jī)、永磁磁式步進(jìn)進(jìn)電機(jī)和混合式步步進(jìn)電機(jī)機(jī)三種，其其中混合合式步進(jìn)進(jìn)電機(jī)的的應(yīng)用最最為廣泛泛，是一一種精度度高、控控制簡單單、成本本低廉的的驅(qū)動方方案。 【 擴(kuò) 展 與 提 高 】 步進(jìn)電機(jī)機(jī)與步進(jìn)進(jìn)驅(qū)動器器2伺服電電動機(jī)系系統(tǒng)所 處 伺服電機(jī)機(jī)，在自自動控制制系統(tǒng)中中，用作執(zhí)行元件件，把所收收到的電電信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電電機(jī)軸上上的角位位移或角角速度輸輸出，可可分為直流和交流伺服服電機(jī)兩大類。 位 置 特點(diǎn)：當(dāng)

13、當(dāng)信號電電壓為零零時無自自轉(zhuǎn)現(xiàn)象象，轉(zhuǎn)速速隨著轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的增增加而勻勻速下降降。優(yōu)點(diǎn)：無電刷刷和換向向器，工工作可靠靠，對維維護(hù)和保保養(yǎng)要求求低；定子繞繞組散熱熱比較方方便；慣量小小，易于于提高系系統(tǒng)的快快速性；適應(yīng)于于高速大大力矩工工作狀態(tài)態(tài)；同功率率下有較較小的體體積和重重量。 【 擴(kuò) 展 與 提 高 】 伺服電機(jī)機(jī)與伺服服驅(qū)動器器本章小結(jié)結(jié)所 工業(yè)機(jī)器器人的機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)部分稱稱為操作作機(jī)。通通常用自由度、工作空空間、額額定負(fù)載載、定位位精度、重復(fù)定定位精度度和最大大工作速速度等技術(shù)指指標(biāo)來表表征工業(yè)業(yè)機(jī)器人人操作機(jī)機(jī)的性能能。處 位 置 工業(yè)機(jī)器器人通常常由操作機(jī)、控控制器和示教器三部分組組

14、成。操操作機(jī)是是機(jī)器人人賴以完完成各種種作業(yè)的的主體部部分，一一般由機(jī)機(jī)械臂、驅(qū)動-傳動裝置置以及內(nèi)內(nèi)部傳感感器等組組成?？乜刂破魇鞘峭瓿蓹C(jī)機(jī)器人控控制功能能的結(jié)構(gòu)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，一般由由控制計(jì)計(jì)算機(jī)和和伺服控控制器組組成。示示教器是是機(jī)器人人的人機(jī)機(jī)交互接接口，主主要由顯顯示屏和和按鍵組組成?！?本 章 小 結(jié) 】 工業(yè)機(jī)器器人的運(yùn)運(yùn)動控制制是指工工業(yè)機(jī)器器人的末末端執(zhí)行行器從一一點(diǎn)移動動到另一一點(diǎn)的過過程中，常采用用點(diǎn)位（PTP）控制和和連續(xù)路路徑（CP）控制兩兩種方式式。 思考練習(xí)習(xí)1、填空所 (1)_通常作為為機(jī)器人人的技術(shù)術(shù)指標(biāo)，反映了了機(jī)器人人動作的的靈活性性，可處 用軸的直直線移動動、擺

15、動動或旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動作的的數(shù)目來來表示。位 置 (2)工業(yè)機(jī)器器人主要要由_、_和_組成。下下圖中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)器器人的運(yùn)運(yùn)動控制制主要是是實(shí)現(xiàn)_和_兩種。當(dāng)當(dāng)機(jī)器人人進(jìn)行_運(yùn)動控制制時，末末端執(zhí)行行器既要要保證運(yùn)運(yùn)動的起起點(diǎn)和目目標(biāo)點(diǎn)位位姿，而而且必須保證機(jī)機(jī)器人能能沿所期期望的軌軌跡在一一定精度度范圍內(nèi)內(nèi)運(yùn)動。(4)對給定的的機(jī)器人人操作機(jī)機(jī)，己知知各關(guān)節(jié)節(jié)角矢量量，求末末端執(zhí)行行器相對對于參考坐標(biāo)系系的位姿姿，稱之之為_運(yùn)動學(xué)。29/30思考練習(xí)習(xí)2、選擇所 (1)操作機(jī)是是工業(yè)機(jī)機(jī)器人的的機(jī)械主主體，是是用于

16、完完成各種種作業(yè)的的執(zhí)行機(jī)機(jī)構(gòu)。它它主處 要哪幾部部分組成成？（）位 置 機(jī)械臂臂；驅(qū)驅(qū)動裝置置；傳傳動單元元；內(nèi)內(nèi)部傳感感器A.B.C.D.(2)示教器也也稱示教教編程器器或示教教盒，主主要由液液晶屏幕幕和操作作按鍵組組成，可可由【 操作者手手持移動動。它是是機(jī)器人人的人機(jī)機(jī)交互接接口，試試問以下下哪些機(jī)機(jī)器人操操作可通通思 考 過示教器器來完成成？（）。練 點(diǎn)動機(jī)機(jī)器人；編寫寫、測試試和運(yùn)行行機(jī)器人人程序；設(shè)定定機(jī)器人人參數(shù)；查習(xí) 】 閱機(jī)器人人狀態(tài)A.B.C.D.3、判斷(1)機(jī)器人手手臂是連連接機(jī)身身和手腕腕的部分分。它是是執(zhí)行結(jié)結(jié)構(gòu)中的的主要運(yùn)運(yùn)動部件件，主要用于改改變手腕腕和末端端執(zhí)行器器的空間間位置，滿足機(jī)機(jī)器人的的作業(yè)空空間，并并將各種種載荷傳遞到到機(jī)座。（）(2)除