第六章伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)配置第六章伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)配置6.1概述6.2位置閉環(huán)系統(tǒng)6.3速度閉環(huán)系統(tǒng)6.4轉(zhuǎn)矩閉環(huán)系統(tǒng)總結(jié)2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut26.1概述2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut3

伺服系統(tǒng)包括3個(gè)反饋回路（位置回路、速度回路以及電流回路）。最內(nèi)環(huán)回路的反應(yīng)速度最快，中間環(huán)節(jié)的反應(yīng)速度必須高于最外環(huán)，如果沒(méi)有遵守此規(guī)則，將會(huì)造成震動(dòng)或反應(yīng)不良。通常伺服驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)可確保電流回路具有良好的反應(yīng)性能，而用戶只需調(diào)整位置回路與速度回路。多重串聯(lián)回路控制架構(gòu)6.2.1位置模式控制架構(gòu)42024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut位置模式控制架構(gòu)位置命令有脈沖及內(nèi)部緩存器輸入兩種，通過(guò)端子臺(tái)輸入的脈沖稱(chēng)為PT模式，根據(jù)參數(shù)（P6-00~P7-27）的內(nèi)容輸入位置命令的稱(chēng)為PR模式。具有方向性的命令脈沖輸入可經(jīng)由外界來(lái)的脈沖來(lái)操縱電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；位置命令緩存器輸入有兩種應(yīng)用方式，第一種為使用者在作動(dòng)前，先將不同位置命令值設(shè)于64組命令緩存器，再規(guī)劃伺服驅(qū)動(dòng)器DI的POS0~POS5來(lái)進(jìn)行切換；第二種為利用通訊方式來(lái)改變命令緩存器的內(nèi)容值。6.2.2位置命令處理單元52024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut為了達(dá)到更好的控制效果，伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部會(huì)將脈沖信號(hào)先經(jīng)過(guò)位置命令處理單元作處理。位置命令處理單元6.2.3位置控制單元62024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut位置控制單元位置控制單元增益6.2.4位置S型平滑器72024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut位置速度S型曲線與時(shí)間設(shè)定關(guān)系圖(位置命令遞增)位置速度S型曲線與時(shí)間設(shè)定關(guān)系圖(位置命令遞減)

使用S型平滑器不但可以改善電機(jī)加減速的特性，在機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)上也更加平順。當(dāng)負(fù)載慣量增加時(shí)，使得電機(jī)在啟動(dòng)與停止期間，因?yàn)槟Σ亮εc慣性的影響運(yùn)轉(zhuǎn)而不平順，可通過(guò)加大S型加減速平滑常數(shù)(TSL)、速度加速常數(shù)(TACC)與速度減速常數(shù)(TDEC)來(lái)改善此現(xiàn)象。6.2.5電子齒輪比82024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut電子齒輪比示意圖電子齒輪提供簡(jiǎn)單易用的行程比例變更，通常大的電子齒輪比會(huì)導(dǎo)致位置命令步階化，可通過(guò)S型曲線或低通濾波器將其平滑化來(lái)改善此現(xiàn)象。當(dāng)電子齒輪比等于1時(shí)，電機(jī)編碼器每周脈沖數(shù)為10000pulse/rev；當(dāng)電子齒輪比等于0.5時(shí)，則命令端每二個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖為1個(gè)脈沖。6.2.6位置模式低頻抑振92024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut自動(dòng)低頻抑振流程圖低頻抑振有兩組低頻抑振濾波器，第一組為參數(shù)P1-25~P1-26，第二組為參數(shù)P1-27~P1-28。可以利用這兩組濾波器來(lái)減緩兩個(gè)不同頻率的低頻擺動(dòng)。參數(shù)P1-25與P1-27用來(lái)設(shè)定低頻擺動(dòng)所發(fā)生的頻率，低頻抑振功能唯有在低頻抑振頻率參數(shù)設(shè)定與真實(shí)的擺動(dòng)頻率接近時(shí)，才會(huì)抑制低頻的機(jī)械傳動(dòng)端的擺動(dòng)，參數(shù)P1-26與P1-28用來(lái)設(shè)定經(jīng)濾波處理后的響應(yīng)，當(dāng)P1-26與P1-28設(shè)定越大響應(yīng)越好，但是設(shè)太大容易使得電機(jī)行走不順。參數(shù)P1-26與P1-28出廠值默認(rèn)值為零，代表兩組濾波器的功能皆被關(guān)閉。1.自動(dòng)設(shè)定功能2.手動(dòng)設(shè)定法代號(hào)功能初值單位P1-25低頻抑振頻率（1）10000.1HZP1-26低頻抑振頻率（1）0-P1-27低頻抑振頻率（2）10000.1HZP1-28低頻抑振頻率（2）0-P1-29自動(dòng)低頻抑振模式設(shè)定0-P1-30低頻擺動(dòng)檢測(cè)準(zhǔn)位500Pulse位置模式低頻抑振參數(shù)配置6.3.1速度模式控制架構(gòu)102024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut速度模式控制架構(gòu)速度命令處理單元是用來(lái)選擇速度命令的來(lái)源，包含比例器（P1-40）設(shè)定模擬電壓所代表的命令大小以及S曲線做速度命令的平滑化。速度控制單元?jiǎng)t是管理驅(qū)動(dòng)器的增益參數(shù)以及實(shí)時(shí)運(yùn)算出供給電機(jī)的電流命令。共振抑制單元?jiǎng)t是用來(lái)抑制機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)生共振現(xiàn)象。。6.3.2速度命令處理單元112024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut代號(hào)功能初值單位P1-09~P1-11內(nèi)部速度指令1~31000~30000.1r/minP1-36S形加減速平滑常數(shù)0msP1-01控制模式及控制命令輸入源設(shè)定0-P1-06模擬速度指令加減速平滑常數(shù)0msP1-40模擬速度指令最大回轉(zhuǎn)速度ratedr/minP1-59模擬速度指令線性濾波常數(shù)00.1ms速度命令處理單元速度命令處理單元參數(shù)配置6.3.3速度控制單元122024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut速度控制單元不同增益下的轉(zhuǎn)速曲線6.3.4速度命令的平滑處理132024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut速度S型曲線與時(shí)間設(shè)定關(guān)系模擬型速度S曲線產(chǎn)生器示意圖1.S型命令平滑器2.模擬型命令平滑器6.3.5模擬命令端比例器142024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut模擬命令端比例器6.3.6共振抑制單元152024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut共振抑制單元6.4.1扭矩模式控制架構(gòu)162024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut扭矩模式控制架構(gòu)圖中的扭矩命令處理單元用來(lái)選擇扭矩命令的來(lái)源，包含比例器（P1-41）設(shè)定模擬電壓所代表的命令大小以及處理扭矩命令的平滑化。電流控制單元?jiǎng)t是管理驅(qū)動(dòng)器的增益參數(shù)以及實(shí)時(shí)運(yùn)算出供給電機(jī)的電流大小。電流控制單元過(guò)于繁復(fù)而且與應(yīng)用面比較無(wú)關(guān)，因此伺服驅(qū)動(dòng)器并不開(kāi)放給使用者調(diào)整參數(shù)，只提供命令端設(shè)定。6.4.2扭矩命令處理單元172024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut扭矩命令處理單元扭矩命令有模擬輸入和緩存器輸入兩種方式。其中模擬輸入命令通過(guò)模擬輸入引腳T-REF和GND的電壓差來(lái)操縱電機(jī)的扭矩，稱(chēng)為T(mén)模式。緩存器輸入由內(nèi)部參數(shù)的數(shù)據(jù)（P1-12~P1-14）作為扭矩命令，稱(chēng)為T(mén)z模式。6.4.3模擬命令端比例器182024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut模擬命令端比例器電機(jī)扭矩命令由T_REF和GND之間的模擬壓差來(lái)控制，并配合內(nèi)部參數(shù)P1-41比例器來(lái)調(diào)整扭矩斜率及范圍?？偨Y(jié)習(xí)題與思考題1.位置控制模式中，比例增益太大會(huì)導(dǎo)致什么問(wèn)題？2.電子齒輪比的定義是什么？通過(guò)什么參數(shù)可以設(shè)置電子齒輪比？3.速度控制模式中，速度命令的來(lái)源有哪兩種？4.簡(jiǎn)述速度控制模式中，比例增益（KVP），積分增益（KVI），前饋增益（KVF）對(duì)系統(tǒng)的影響。5.扭矩模式的模擬輸入命令如何確定？

2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut19第七章伺服系統(tǒng)的應(yīng)用第七章伺服系統(tǒng)的應(yīng)用7.1面向圖形化的直角坐標(biāo)機(jī)器人7.2電解機(jī)床7.3伺服在高壓防污閃機(jī)器人上的應(yīng)用7.4伺服在生產(chǎn)線上的應(yīng)用總結(jié)2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut217.1面向圖形化的直角坐標(biāo)機(jī)器人222024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut目前，工業(yè)機(jī)器人百家爭(zhēng)鳴，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中，但是，各大機(jī)器人公司的編程語(yǔ)言、編程環(huán)境各不相同，傳統(tǒng)的編程方式給企業(yè)、用戶帶來(lái)一定的困擾。示教盒示教編程是在用戶用程序?qū)μ囟ㄈ蝿?wù)描述完畢后，用戶可通過(guò)示教觸摸屏，完成對(duì)機(jī)器人編程，但其編程過(guò)程繁瑣、任務(wù)單一，無(wú)法適用于其他變化場(chǎng)合；另外不同品牌示教器操作方式不相同。在接觸式示教編程實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)意義上的手把手教學(xué)模式，用戶使用更加簡(jiǎn)單，但對(duì)于一些大型工業(yè)機(jī)器人如焊接、碼垛機(jī)器人，其體積過(guò)于龐大，此時(shí)接觸式示教編程不僅不方便，而且存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)?；诖嗽O(shè)計(jì)出了基于視覺(jué)的機(jī)器人免編程系統(tǒng)。這種免編程系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)示教器編程就如同Windows系統(tǒng)相較于早期DOS系統(tǒng)編程，操作界面人性化，操作方式多樣化，因此免編程系統(tǒng)對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)是一種全新的編程體驗(yàn)，能夠大大地縮短編程時(shí)間，并且對(duì)于機(jī)器人復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡有其獨(dú)到的編程優(yōu)勢(shì)。7.1.1硬件架構(gòu)232024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut向圖形化的直角坐標(biāo)機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)圖直角坐標(biāo)機(jī)器人控制柜布局圖與實(shí)物圖電氣原理圖7.1.2軟件設(shè)計(jì)242024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut軟件側(cè)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)配置PLC流程圖和部分代碼7.1.3界面設(shè)計(jì)252024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut系統(tǒng)主界面圖形編輯界面機(jī)器人在線模擬仿真平臺(tái)7.2電解機(jī)床262024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut電解加工的基本原理是利用金屬在電解液中發(fā)生電化學(xué)陽(yáng)極溶解。加工時(shí)，工件接直流電源的正極，工具接負(fù)極，兩極之間保持較小的間隙，工具電極向工件進(jìn)給。電解液從極間間隙中流過(guò)，使兩極之間形成導(dǎo)電通路，并在電源電壓下產(chǎn)生電流，從而形成電化學(xué)陽(yáng)極溶解。隨著工件表面金屬材料的不斷溶解，工具陰極不斷地向工件進(jìn)給，溶解的電解產(chǎn)物不斷地被電解液沖走，工件表面也就逐漸被加工成接近于工具電極的形狀。電解加工對(duì)于難加工材料、形狀復(fù)雜或薄壁零件的加工具有顯著優(yōu)勢(shì)。目前，電解加工已獲得廣泛應(yīng)用，如模具型腔，葉片，型孔及小孔，整體葉輪，槍、炮管膛線，異型孔及異型零件，倒角和去毛刺等加工，并且在許多零件的加工中，電解加工機(jī)床工藝已占有重要甚至不可替代的地位。7.2.1硬件架構(gòu)272024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut控制系統(tǒng)框圖系統(tǒng)主電路圖該控制系統(tǒng)由三大部分組成：PC上位控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)。其中PC作為人機(jī)界面，實(shí)時(shí)顯示工件加工的狀態(tài)同時(shí)能配置加工參數(shù)并具有控制功能；PLC控制系統(tǒng)主要是完成邏輯控制如電解液的溫度、壓力、流速控制、對(duì)刀、電源柜正負(fù)加電，自動(dòng)加工手動(dòng)加工等，同時(shí)具有故障檢測(cè)與保護(hù)功能；伺服控制系統(tǒng)主要通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)再通過(guò)減速機(jī)控制陰極刀具的進(jìn)給。三大組成部分間是總線式結(jié)構(gòu)，通過(guò)Modbus協(xié)議進(jìn)行通信?？刂葡到y(tǒng)電路框圖7.2.2軟件設(shè)計(jì)282024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut主程序流程圖自動(dòng)加工程序流程圖對(duì)刀子程序流程圖7.2.3界面設(shè)計(jì)292024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut實(shí)際系統(tǒng)圖上位機(jī)軟件部分界面圖7.3伺服在高壓防污閃機(jī)器人上的應(yīng)用302024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut對(duì)于沿海高溫高濕高鹽霧重度污染區(qū)域，配電線路不可避面免地發(fā)生污閃故障。配電線路污閃主要是由于電源表面附著的污穢物受環(huán)境條件影響，導(dǎo)致其表面的絕緣性能下降，并且不斷出現(xiàn)放電的一種現(xiàn)象。配電線路是由多個(gè)小部分共同組合而形成的，其中主要的部分是絕緣子。絕緣子是高壓配電線路的一種絕緣控件,在架空的配電線路中發(fā)揮著重要的絕緣作用的同時(shí)，還有支撐導(dǎo)線和防止電流回流的作用。而污閃會(huì)導(dǎo)致絕緣子的絕緣水平降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響絕緣子的絕緣作用，造成電流回流、電線的降容抗作用受到影響，從而會(huì)導(dǎo)致電流損失增加，發(fā)生某些特殊狀況，如遭到雷擊、導(dǎo)致線路跳閘等嚴(yán)重的影響，嚴(yán)重威脅到配電網(wǎng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。人工高空帶電作業(yè)不僅存在較高的風(fēng)險(xiǎn)，而且效率低下，極可能出現(xiàn)不規(guī)范操作導(dǎo)致線路不能正常工作，基于此本團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種整治防污閃設(shè)備。整個(gè)設(shè)備架設(shè)在絕緣斗臂車(chē)的平臺(tái)上，在車(chē)斗上搭載機(jī)械手臂和高清攝像頭，進(jìn)行視距操作，通過(guò)遙感裝置及顯示屏，進(jìn)行信息傳輸和圖像分析，成像裝置、機(jī)械臂和傳動(dòng)裝置的有機(jī)結(jié)合，能精確、有效的實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型、多場(chǎng)景的線路防污閃治理要求，提高作業(yè)效率，減小人為作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)性，有效降低配電架空線路的跳閘等故障幾率。7.3.1硬件架構(gòu)312024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)圖防污閃機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)圖通訊流程圖7.3.2軟件設(shè)計(jì)322024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfutPLC流程圖PLC部分代碼7.3.3界面設(shè)計(jì)332024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut高電壓防污閃設(shè)備報(bào)警界面示意圖界面主要功能有：（1）顯示七個(gè)軸的備妥、故障、回原點(diǎn)成功及總故障和系統(tǒng)正常運(yùn)行的信號(hào)燈。備妥成功則是綠燈，發(fā)生故障則為紅燈，回原點(diǎn)成功為綠燈。七個(gè)軸有任意一個(gè)有故障時(shí)總故障燈顯示紅色，整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)正常運(yùn)行燈顯示為綠色。無(wú)狀態(tài)時(shí)統(tǒng)一顯示為灰色。（2）可以顯示七個(gè)軸當(dāng)前的實(shí)時(shí)位置數(shù)值，包括當(dāng)前位置、原點(diǎn)、正負(fù)（上下、左右）極限位、正負(fù)（上下、左右）軟極限位。（3）等同于遙控器上急停和解除急停按鈕。（4）等同于遙控器軸控制按鈕，配合第2部分區(qū)域，來(lái)調(diào)整七個(gè)軸到合適位置。（5）等同于遙控器設(shè)備控制按鈕，控制噴涂、清洗、清掃的啟動(dòng)與停止。（6）監(jiān)測(cè)清洗液和噴涂液水箱的實(shí)時(shí)水位，包括上限、下限。（7）點(diǎn)擊按鈕可跳轉(zhuǎn)到報(bào)警界面。7.4伺服在生產(chǎn)線上的應(yīng)用342024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut自動(dòng)化生產(chǎn)線布局圖單條輸送帶控制柜總結(jié)習(xí)題與思考題1.簡(jiǎn)述面向圖像化的直角坐標(biāo)機(jī)器人的硬件架構(gòu)。2.文中面向圖形化的直角坐標(biāo)機(jī)器人用了幾個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)是什么，代表什么含義？3.選擇一種應(yīng)用場(chǎng)景，談?wù)勀愕脑O(shè)計(jì)想法。

2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut35第八章工業(yè)機(jī)器人概論第八章工業(yè)機(jī)器人概論8.1工業(yè)機(jī)器人定義8.2工業(yè)機(jī)器人分類(lèi)8.3工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)8.4工業(yè)機(jī)器人實(shí)例8.5工業(yè)機(jī)器人的歷史及發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut378.1工業(yè)機(jī)器人定義2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut38國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）對(duì)工業(yè)機(jī)器人的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種能自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、多功能、多自由度的操作機(jī)，能搬運(yùn)材料、工件或操持工具來(lái)完成各種作業(yè)。美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)（RIA）對(duì)機(jī)器人的定義：一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過(guò)程序動(dòng)作來(lái)執(zhí)行各種任務(wù)，并具有編程能力的多功能操作機(jī)。日本機(jī)器人協(xié)會(huì)（JIRA）對(duì)工業(yè)機(jī)器人的定義：一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行裝置的，能夠完成各種移動(dòng)來(lái)代替人類(lèi)勞動(dòng)的通用機(jī)器。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）的定義：機(jī)器人是“一種能夠進(jìn)行編程并在自動(dòng)控制下執(zhí)行某些操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置”。英國(guó)簡(jiǎn)明牛津字典的定義：機(jī)器人是“貌似人的自動(dòng)機(jī)，具有智力的和順從于人但不具有人格的機(jī)器”。我國(guó)對(duì)機(jī)器人的定義：一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或者生物相似的智能，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器。8.2工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut398.2.1按機(jī)器人的結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)分類(lèi)402024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut直角坐標(biāo)機(jī)器人圓柱坐標(biāo)機(jī)器人多關(guān)節(jié)型機(jī)器人8.2.2按機(jī)器人的控制方式分類(lèi)412024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut非伺服機(jī)器人功能示意圖伺服控制機(jī)器人功能示意圖8.2.3按機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)分類(lèi)422024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut并聯(lián)機(jī)器人串聯(lián)機(jī)器人8.2.4按機(jī)器人的應(yīng)用分類(lèi)432024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut工業(yè)機(jī)器人分類(lèi)焊接機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人碼垛機(jī)器人裝配機(jī)器人8.3.1自由度442024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut

自由度是機(jī)器人的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，它是由機(jī)器人的結(jié)構(gòu)決定的，并直接影響到機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性。自由度是指物體能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進(jìn)行的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，末端執(zhí)行器的動(dòng)作不包括在內(nèi)。自由度主要有三種類(lèi)型：剛體自由度，機(jī)器人的自由度和機(jī)器人的機(jī)動(dòng)度。剛體自由度是指剛體能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱(chēng)為自由度。機(jī)器人的自由度是指其末端相對(duì)于參考坐標(biāo)系能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。機(jī)器人的機(jī)動(dòng)度是指機(jī)器人各關(guān)節(jié)所具有的能自由運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。機(jī)器人自由度越多就越接近人手的動(dòng)作機(jī)能，但結(jié)構(gòu)會(huì)變得復(fù)雜。工業(yè)機(jī)器人一般多為4-6個(gè)自由度。8.3.2工作空間452024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut機(jī)器人工作空間是指機(jī)器人末端執(zhí)行器上參考點(diǎn)能達(dá)到的空間的集合。通常，工業(yè)機(jī)器人的工作空間用其在垂直面內(nèi)和水平面內(nèi)的投影表示。對(duì)于一些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的機(jī)器人，其工作空間也可用解析方程表示。工作空間是衡量和評(píng)價(jià)機(jī)器人性能的重要方面，特別對(duì)于機(jī)動(dòng)型機(jī)械如裝載機(jī)、挖掘機(jī)和鉆機(jī)等來(lái)說(shuō)尤為重要。研究證實(shí)，機(jī)器人工作空間與機(jī)器人的結(jié)構(gòu)構(gòu)型、結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及關(guān)節(jié)（球鉸）變量的允許活動(dòng)范圍密切相關(guān)。8.3.3工作載荷462024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut機(jī)器人負(fù)載是指機(jī)器人在工作時(shí)能夠承受的最大載重。它一般用質(zhì)量、力矩、慣性矩表示，還和運(yùn)行速度和加速度大小、方向有關(guān)。要確定機(jī)器人負(fù)載，首先要知道機(jī)器人將要從事何種工作，之后才是負(fù)載數(shù)值。如果需要將零件從一臺(tái)設(shè)備上搬至另外一處，則需要將零件的重量和機(jī)器人抓手的重量合并計(jì)算在負(fù)載內(nèi)。一般低速運(yùn)行時(shí)承載能力大，為安全考慮，規(guī)定在高速運(yùn)行時(shí)所能抓取的工件重量作為承載能力指標(biāo)。8.3.4控制方式472024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut機(jī)器人用于控制軸的方式，可分為伺服控制和非伺服控制。伺服控制又可分為連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)控制和點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制。點(diǎn)動(dòng)伺服控一般只為其一段路徑的端點(diǎn)進(jìn)行示教，而且機(jī)器人以最快和最直接的路徑從一個(gè)端點(diǎn)移到另一端點(diǎn)。點(diǎn)到點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)總是有些不平穩(wěn)，即使同時(shí)控制兩根軸，它們的運(yùn)動(dòng)軌跡也很難完全一樣，因此，點(diǎn)動(dòng)伺服控制機(jī)器人用于只有終端位置有要求而對(duì)點(diǎn)位之間的路徑和速度不作要求的場(chǎng)合?？捎糜邳c(diǎn)焊、搬運(yùn)機(jī)器人。連續(xù)軌跡伺服控制機(jī)器人能夠平滑地跟隨某個(gè)規(guī)定的軌跡，它能較準(zhǔn)確復(fù)原示教路徑。連續(xù)軌跡伺服機(jī)器人具有良好的控制和運(yùn)行特性，其數(shù)據(jù)是依時(shí)間采樣的，而不是依預(yù)先規(guī)定的空間點(diǎn)采樣。因此其運(yùn)行速度較快、功率較小、負(fù)載能力也較小，主要用于弧焊、噴涂、大飛邊毛刺和檢測(cè)機(jī)器人。8.3.5精度482024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut機(jī)器人的工作精度主要指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度（也稱(chēng)絕對(duì)精度）是指機(jī)器人末端執(zhí)行器實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異。重復(fù)定位精度（簡(jiǎn)稱(chēng)重復(fù)精度）是指機(jī)器人重復(fù)定位其末端執(zhí)行器于同一目標(biāo)位置的能力。機(jī)器人精度主要體現(xiàn)在末端執(zhí)行器的位姿誤差。研究表明，工作精度上的誤差主要是由零部件制造、裝配、鉸鏈間隙，伺服控制，載荷及熱變形等因素導(dǎo)致的準(zhǔn)靜態(tài)誤差，以及由機(jī)器人結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)特性和作業(yè)中振動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)誤差這兩方面引起。8.3.6最大工作速度492024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut最大工作速度是指在各軸聯(lián)動(dòng)情況下，機(jī)器人手腕中心所能達(dá)到的最大線速度。這在生產(chǎn)中是影響生產(chǎn)效率的重要指標(biāo)，因生產(chǎn)廠家不同而標(biāo)注不同，一般都會(huì)在技術(shù)參數(shù)中加以說(shuō)明。很明顯，最大工作速度越高，生產(chǎn)效率也就越高，然而，工作速度越高，對(duì)機(jī)器人最大加速度的要求也就越高。8.3.7安裝方式502024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut機(jī)器人的安裝方式與結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般而言，直角坐標(biāo)型機(jī)器人大都采用底面安裝，并聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人則采用倒置安裝；水平串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多關(guān)節(jié)型機(jī)器人可采用底面和壁掛安裝；而垂直串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多關(guān)節(jié)機(jī)器人除了常規(guī)的底面安裝方式外，還可根據(jù)實(shí)際需要，選擇壁掛式、框架式、傾斜式、倒置式等安裝方式。同其他設(shè)備相似，機(jī)器人重量也是設(shè)計(jì)者、應(yīng)用者關(guān)注的一個(gè)重要參數(shù)。例如，如果工業(yè)機(jī)器人需要安裝在定制的工作臺(tái)甚至軌道上，就需要知道它的重量并設(shè)計(jì)相應(yīng)的支撐。8.4工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)實(shí)例512024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfutDRS系列機(jī)器人型號(hào)說(shuō)明機(jī)器人DRS30L3SS1BN002外觀與工作范圍圖8.5.1工業(yè)機(jī)器人的歷史522024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut家用機(jī)器人ElektroUnimate機(jī)器人Versation的圓柱坐標(biāo)型的數(shù)控自動(dòng)機(jī)械我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了如下四個(gè)階段：第一個(gè)階段（理論研究階段）：20世紀(jì)70年代處于萌芽期，1972年開(kāi)始研制自己的工業(yè)機(jī)器人，當(dāng)時(shí)主要是局限于理論探。第二個(gè)階段（樣機(jī)研發(fā)階段）：20世紀(jì)80年代處于開(kāi)發(fā)期，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開(kāi)發(fā)，研制出了噴漆、點(diǎn)焊、弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。第三個(gè)階段（示范應(yīng)用階段）：20世紀(jì)90年代處于應(yīng)用期，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人在實(shí)踐中又邁進(jìn)了一大步，先后研制了點(diǎn)焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運(yùn)和碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī)器人，并實(shí)施了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，形成了一批工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地。第四個(gè)階段（產(chǎn)業(yè)化階段）：進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化階段。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，我國(guó)在工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)和工程應(yīng)用上取得了快速的發(fā)展，奠定了獨(dú)立自主發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。8.5.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)532024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut高效率、高精度智能化、數(shù)字化結(jié)構(gòu)的模塊化、可重構(gòu)化控制技術(shù)的PC化、開(kāi)放化和網(wǎng)絡(luò)化工作條件設(shè)置的優(yōu)化，生產(chǎn)作業(yè)的柔性化和管理系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)和智能化總結(jié)習(xí)題與思考題1.工業(yè)機(jī)器人按照結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)可以分成哪幾類(lèi)？2.并聯(lián)機(jī)器人和串聯(lián)機(jī)器人的區(qū)別在哪里？3.舉例說(shuō)明工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景。4.工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)有哪些？5.串聯(lián)機(jī)器人的自由度是多少個(gè)？

2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut54第九章工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析第九章工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析9.1簡(jiǎn)介9.2Denavit-Hartenberg約定9.3逆運(yùn)動(dòng)學(xué)總結(jié)2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut569.1簡(jiǎn)介572024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut機(jī)器人的工作是由控制器指揮的，對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)末端位姿運(yùn)動(dòng)的各關(guān)節(jié)參數(shù)是需要實(shí)時(shí)計(jì)算的。當(dāng)機(jī)器人執(zhí)行工作任務(wù)時(shí)，其控制器根據(jù)加工軌跡指令規(guī)劃好的位姿序列數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)運(yùn)用逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)算法計(jì)算出關(guān)節(jié)參數(shù)序列，并依此驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)，使末端按照預(yù)定的位姿序列運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)是從幾何（機(jī)構(gòu)）角度研究機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性。工業(yè)機(jī)器人一般可看成由若干個(gè)連桿構(gòu)成，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是所有連桿運(yùn)動(dòng)結(jié)果的合成?；诰€性代數(shù)知識(shí)，將連桿運(yùn)動(dòng)看成矩陣變換，用數(shù)學(xué)知識(shí)推導(dǎo)出機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)結(jié)果，不考慮引起這些運(yùn)動(dòng)的力或力矩的作用。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)中有如下兩類(lèi)基本問(wèn)題。（1）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程的表示問(wèn)題，即正向運(yùn)動(dòng)學(xué)：對(duì)一給定的機(jī)器人，已知連桿幾何參數(shù)和關(guān)節(jié)變量，欲求機(jī)器人末端執(zhí)行器相對(duì)于參考坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)。這就需要建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程。運(yùn)動(dòng)方程的表示問(wèn)題，即正向運(yùn)動(dòng)學(xué)，屬于問(wèn)題分析。因此，也可以把機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程的表示問(wèn)題稱(chēng)為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的分析。（2）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程的求解問(wèn)題，即逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)：已知機(jī)器人連桿的幾何參數(shù)，給定機(jī)器人末端執(zhí)行器相對(duì)于參考坐標(biāo)系的期望位置和姿態(tài)（位姿），求機(jī)器人能夠達(dá)到預(yù)期位姿的關(guān)節(jié)變量。。9.2Denavit-Hartenberg約定582024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut坐標(biāo)系示意圖圖中H表示齊次變換矩陣，一個(gè)任意的齊次變換矩陣可以通過(guò)6個(gè)數(shù)字來(lái)表示，例如用來(lái)指定矩陣第4列元素的3個(gè)數(shù)字以及用來(lái)指定左上方3×3旋轉(zhuǎn)矩陣的3個(gè)歐拉角，而在DH表述里只有4個(gè)參數(shù)。雖然參考系i需要被固連到連桿i上，在坐標(biāo)系原點(diǎn)和坐標(biāo)軸的選擇上，我們有相當(dāng)大的自由度。9.2.1存在和唯一性問(wèn)題592024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut滿足DH1和DH2約定假設(shè)的坐標(biāo)系假設(shè)兩個(gè)給定的坐標(biāo)系分別記為坐標(biāo)系0和坐標(biāo)系1，顯然僅使用4個(gè)參數(shù)來(lái)表示任意的齊次變換是不可能的。為了找到唯一的齊次變換矩陣A，將參考系1中的坐標(biāo)變換到坐標(biāo)系0中，假設(shè)這兩個(gè)坐標(biāo)系間存在下列兩個(gè)附加條件：（1）（DH1）坐標(biāo)軸x1垂直于坐標(biāo)軸z0；（2）（DH2）坐標(biāo)軸x1與坐標(biāo)軸z0相交。這兩個(gè)性質(zhì)如圖1所示。參數(shù)的正向取值9.2.2坐標(biāo)系的配置602024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut工具坐標(biāo)系的配置一旦完成了對(duì)所有連桿z軸的建立，我們就建立了基礎(chǔ)坐標(biāo)系?；A(chǔ)坐標(biāo)系的選擇幾乎是任意的。我們可以選擇將基礎(chǔ)坐標(biāo)系的原點(diǎn)o0放置在z0軸上的任何一點(diǎn)，然后通過(guò)任意方便的方式來(lái)選擇x0軸和y0軸，只要最后生成的是右手坐標(biāo)系。這樣就建立了坐標(biāo)系0。一旦建立了坐標(biāo)系0，我們開(kāi)始一個(gè)迭代過(guò)程，其中從坐標(biāo)系1開(kāi)始，通過(guò)使用坐標(biāo)系i-1來(lái)定義坐標(biāo)系i。為了方便的建立坐標(biāo)系i，考慮以下三種情形：（1）軸Zi-1和軸Zi不共面，（2）軸Zi-1和軸Zi相交，（3）軸Zi-1和軸Zi平行。在n連桿機(jī)器人中，上述這種構(gòu)造程序適用于坐標(biāo)系0,…,n-1。為了完成構(gòu)造，需要確定坐標(biāo)系n。坐標(biāo)系onxnynzn通常被稱(chēng)作末端執(zhí)行器（end

effector）坐標(biāo)系或者工具坐標(biāo)系（tool

frame），如圖所示。最常見(jiàn)的是將原點(diǎn)on以對(duì)稱(chēng)方式布置在夾持器的手指間。沿xn、yn以及軸zn的單位向量分別被標(biāo)記為n、s以及a。方向a是接近（approach）方向，這是由于夾持器通常沿方向a接近物體；同樣，方向s是滑動(dòng)（sliding）方向，沿此方向夾持器滑動(dòng)手指來(lái)達(dá)到打開(kāi)和閉合；n是垂直于a與s組成平面的法線（normal）方向。9.2.3連桿正運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)例612024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut平面雙連桿機(jī)械臂斯坦機(jī)械臂的DH坐標(biāo)系配置機(jī)械臂9.2.4

SCARA正運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)例622024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut機(jī)器人正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的關(guān)系示意圖9.3.1一般的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題632024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut9.3.2運(yùn)動(dòng)解耦642024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut雖然逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的一般問(wèn)題是相當(dāng)困難的，事實(shí)證明，對(duì)于具有6個(gè)關(guān)節(jié)且其中最后3個(gè)關(guān)節(jié)軸線交于一點(diǎn)(例如上述的斯坦福機(jī)械臂)的機(jī)械臂，有可能將逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題進(jìn)行解耦，從而將其分解成兩個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，它們分別被稱(chēng)為逆位置運(yùn)動(dòng)學(xué)(positionkinematics)和逆姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)(inverseorientationkinematics)。換言之，對(duì)于一個(gè)帶有球型手腕的六自由度機(jī)械臂，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題可被分解成兩個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，即首先求解手腕軸線交點(diǎn)位置，以下稱(chēng)該交點(diǎn)為手腕中心或腕心；然后求解手腕的姿態(tài)角度。9.3.3連桿逆運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)例652024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut機(jī)械臂機(jī)械臂D-H參數(shù)表9.3.3SCARA逆運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)例662024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfutSCARA型機(jī)械臂SCARA機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是給定末端執(zhí)行器的姿態(tài)矩陣，確定相應(yīng)的關(guān)節(jié)變量。目的是將分配給操作空間中的末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為工作空間中相應(yīng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。常用的方法有幾何法、代數(shù)法、迭代法等等?？偨Y(jié)習(xí)題與思考題1.簡(jiǎn)述機(jī)器人正向運(yùn)動(dòng)學(xué)解決的問(wèn)題。2.簡(jiǎn)述機(jī)器人逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)解決的問(wèn)題。3.機(jī)器人應(yīng)用中選擇參考坐標(biāo)系的Denavit-hartenberg約定是什么？

2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut67第十章工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)力學(xué)分析第十章工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)力學(xué)分析10.1剛體動(dòng)力學(xué)10.2SCADA機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)分析總結(jié)2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut6910.1.1剛體的動(dòng)能和位能702024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut一般物體的動(dòng)能與位能根據(jù)力學(xué)原理，對(duì)如圖所示的一般物體平動(dòng)時(shí)所具有的動(dòng)能和位能進(jìn)行計(jì)算如下：式中，K、P、D和W分別表示物體所具有的動(dòng)能、位能、所消耗的能量和外力所做的功；M0和M1為支架和運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量；x0和x1為運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的點(diǎn)；g為重力加速點(diǎn)；k為彈簧胡克系數(shù)；c為摩擦系數(shù)；F為外施作用力。10.1.2動(dòng)力學(xué)方程的兩種求法712024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut二連桿機(jī)械手(2)根據(jù)力學(xué)原理，對(duì)如圖所示的一般物體平動(dòng)時(shí)所具有的動(dòng)能和位能進(jìn)行計(jì)算如下：1．拉格朗日功能平衡法2.頓-歐拉動(dòng)態(tài)函數(shù)平衡法10.2.1機(jī)器人正動(dòng)力學(xué)分析722024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut平面二自由度機(jī)器人示意圖1.選取廣義關(guān)節(jié)變量及廣義力2.求系統(tǒng)動(dòng)能

3.求系統(tǒng)的勢(shì)能4.建立拉格朗日算子5.求系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程10.2.2機(jī)器人逆動(dòng)力學(xué)分析732024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut逆動(dòng)力學(xué)的計(jì)算包含了兩個(gè)遞歸算法，即前向計(jì)算機(jī)械臂的速度、加速度和反向計(jì)算機(jī)械臂的力矩。逆動(dòng)力學(xué)的給定值是機(jī)械臂的速度和加速度。由于基座的速度和加速度為零，機(jī)械臂的關(guān)節(jié)角度是相對(duì)于上一個(gè)連桿定義的。顯然，后一個(gè)連桿的速度和加速度依賴(lài)于前一個(gè)連桿。所以，對(duì)于機(jī)器人所有的連桿，其速度和加速度都可以一步步計(jì)算出來(lái)。如果選擇中間任意一個(gè)連桿兩側(cè)的受力都是未知的，只有末端執(zhí)行器所在的連桿一側(cè)受力為確定值。由于通過(guò)前向遞歸算法可以計(jì)算出了加速度，那么借助連桿的拉格朗日方程可以求出它另一側(cè)的受力。因?yàn)榱Φ淖饔檬窍嗷サ?，所以?xún)蓚€(gè)連桿的連接處受到大小相等、方向相反的力，由此可以推導(dǎo)出它前一個(gè)連桿一側(cè)的受力。依次從末端執(zhí)行器向基座計(jì)算，最終可以推導(dǎo)出所有連桿的受力?？偨Y(jié)習(xí)題與思考題1.簡(jiǎn)述機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的兩種求法。2.機(jī)器人正動(dòng)力學(xué)分析的求解問(wèn)題是什么？3.機(jī)器人逆動(dòng)力學(xué)的計(jì)算包含了哪兩個(gè)遞歸算法？

2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut74第十一章工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)第十一章工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)11.1機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)11.2末端執(zhí)行器11.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)11.4機(jī)器人感知系統(tǒng)11.5控制系統(tǒng)總結(jié)2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut7611.1機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)772024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)示意圖機(jī)座：機(jī)座是機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起支撐作用。整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置都安裝在基座上。對(duì)固定式機(jī)器人，直接連接在地面基礎(chǔ)上；對(duì)移動(dòng)式機(jī)器人，則安裝在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，可分為有軌無(wú)軌兩種。腰部：腰部是機(jī)器人手臂的支撐部分。根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系的不同，腰部可以與基座制成一體。有時(shí)腰部也可以通過(guò)導(dǎo)桿或?qū)Р墼诨弦苿?dòng)，從而增大工作空間。臂部：臂部是連接機(jī)身和手腕的部分，由操作機(jī)的動(dòng)力關(guān)節(jié)和連接桿件等構(gòu)成。它是執(zhí)行結(jié)構(gòu)中的主要運(yùn)動(dòng)部件，也稱(chēng)主軸，主要用于改變手腕和末端執(zhí)行器的空間位置，滿足機(jī)器人的作業(yè)空間，并將各種載荷傳遞到機(jī)座。手腕：手腕是連接末端執(zhí)行器和手臂的部分，將作業(yè)載荷遞到臂部，也稱(chēng)次軸，主要用于改變末端執(zhí)行器的空間姿態(tài)。11.2末端執(zhí)行器782024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut一個(gè)機(jī)器人末端執(zhí)行器指的是任何一個(gè)連接在機(jī)器人邊緣（關(guān)節(jié)）具有一定功能的工具。機(jī)器人末端執(zhí)行器通常被認(rèn)為是機(jī)器人的外圍設(shè)備，機(jī)器人的附件，機(jī)器人工具，手臂末端工具（EOA）。末端執(zhí)行器與機(jī)器人的作業(yè)要求、作業(yè)對(duì)象密切相關(guān)，一般需要由機(jī)器人制造廠和用戶共同設(shè)計(jì)與制造。例如，用于裝配、搬運(yùn)、包裝的機(jī)器人則需要配置吸盤(pán)，手爪等用來(lái)抓取零件、物品的夾持器；而加工類(lèi)機(jī)器人需要配置用于焊接、切割、打磨等加工的焊槍、銑頭、磨頭等各種工具或刀具。機(jī)器人的手部是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從功能和形態(tài)上看，它可分為工業(yè)機(jī)器人的手部和仿人機(jī)器人的手部。目前，前者應(yīng)用較多，也比較成熟。工業(yè)機(jī)器人的手部是用來(lái)握持工件或工具的部件。由于被握持工件的形狀、尺寸重量、材質(zhì)及表面狀態(tài)的不同，手部結(jié)構(gòu)是多種多樣的。大部分的手部結(jié)構(gòu)都是根據(jù)特定的工件要求而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。各種手部的工作原理不同，故其結(jié)構(gòu)形態(tài)各異。常用的手部按其握持原理可以分為夾持類(lèi)和吸附類(lèi)兩大類(lèi)，還有一些新型的人型機(jī)器人末端夾具類(lèi)似于人的手指，在此也一并作簡(jiǎn)單介紹。11.2.1氣吸式792024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut氣吸式機(jī)器人末端執(zhí)行器按形成負(fù)壓的方法有以下幾種方法：擠壓式吸盤(pán)氣流負(fù)壓式吸盤(pán)真空泵排氣式吸盤(pán)氣吸式機(jī)器人末端執(zhí)行器如圖所示，利用吸盤(pán)內(nèi)產(chǎn)的負(fù)壓產(chǎn)生的吸力來(lái)吸住并移動(dòng)工件。吸盤(pán)就是用的軟橡膠或者是塑料制成的皮碗中形成的負(fù)壓來(lái)吸住工件。此種機(jī)器人末端執(zhí)行器適用于吸取大而薄、剛性差的金屬或木質(zhì)板材、紙張、玻璃和弧形殼體等作業(yè)零件。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同，末端執(zhí)行器可以做成單吸盤(pán)、雙吸盤(pán)、多吸盤(pán)或特殊形狀的吸盤(pán)。11.2.2機(jī)械夾持式802024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut直桿式雙氣缸平移夾持器結(jié)構(gòu)圖直桿式雙氣缸平移夾持器的結(jié)構(gòu)如圖所示，夾持器指端安裝在裝有指端安裝座的直桿上，當(dāng)壓力氣體進(jìn)入單作用式雙氣缸的兩個(gè)有桿腔時(shí)，兩活塞向中間移動(dòng)，工件被夾緊；當(dāng)沒(méi)有壓力氣體進(jìn)入時(shí)，彈簧推動(dòng)兩個(gè)活塞向外伸出，工件被松開(kāi)。為保證兩活塞同步運(yùn)動(dòng)，在氣缸的進(jìn)氣路上安裝分流閥。上下料裝配工作站采用的是此種末端執(zhí)行器。11.2.2機(jī)械夾持式812024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut仿人手型執(zhí)行器（1）柔性手可對(duì)不同外形物體實(shí)施抓取，并使物體表面受力比較均勻。每個(gè)手指由多個(gè)關(guān)節(jié)串接而成。手指?jìng)鲃?dòng)部分由牽引鋼絲繩及摩擦滾輪組成，每個(gè)手指由兩根鋼絲繩牽引，一側(cè)為握緊，一側(cè)為放松。這樣的結(jié)構(gòu)可抓取凹凸外形并使物體受力較為均勻。（2）多指靈巧手機(jī)器人手部和手腕最完美的形式是模仿人手的多指靈巧手，多指靈巧手由多個(gè)手指組成，每一個(gè)手指有三個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，每一個(gè)關(guān)節(jié)自由度都是獨(dú)立控制的。這樣，各種復(fù)雜動(dòng)作都能模仿。11.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)822024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器分類(lèi)要使機(jī)器人運(yùn)行起來(lái)，需給各個(gè)關(guān)節(jié)即每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度安置傳動(dòng)裝置，這就是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用是提供機(jī)器人各部位，各關(guān)節(jié)動(dòng)作的原動(dòng)力。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式，將驅(qū)動(dòng)器劃分為液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和混合驅(qū)動(dòng)裝置，如下圖所示。11.3.1電動(dòng)驅(qū)動(dòng)832024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：在控制電路中，給電動(dòng)機(jī)輸入一個(gè)脈沖，電動(dòng)機(jī)軸僅旋轉(zhuǎn)一定的角度，稱(chēng)為“一個(gè)步長(zhǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)”。這個(gè)旋轉(zhuǎn)角的理論值稱(chēng)為步距角。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸按照與脈沖頻率成正比的速度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)輸入脈沖停止時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸在最后的脈沖位置處停止，并產(chǎn)生相對(duì)于外力的一個(gè)反作用力。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制較為簡(jiǎn)單，適用于開(kāi)環(huán)回路驅(qū)動(dòng)器。直流伺服電動(dòng)機(jī)：直流伺服電動(dòng)機(jī)最適合工業(yè)機(jī)器人的試制階段或競(jìng)技用機(jī)器人。直流伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方式有兩種：線性驅(qū)動(dòng)和PWM驅(qū)動(dòng)。線性驅(qū)動(dòng)即給電動(dòng)機(jī)施加的電壓以模擬量的形式連續(xù)變化，是電動(dòng)機(jī)理想驅(qū)動(dòng)方式，但在電子線路中易產(chǎn)生大量熱損耗。實(shí)際應(yīng)用較多的是脈寬調(diào)制方法，特點(diǎn)是在低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大，高速時(shí)轉(zhuǎn)矩急速減小。因此，常用于競(jìng)技機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器。交流伺服電動(dòng)機(jī)：常見(jiàn)的交流伺服電動(dòng)機(jī)有以下三類(lèi)：籠式感應(yīng)型電動(dòng)機(jī)、交流整流子型電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。機(jī)器人中采用交流伺服電動(dòng)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)精確的速度控制和定位功能。這種電動(dòng)機(jī)還具備直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本性質(zhì)，又可以理解為把電刷和整流子換為半導(dǎo)體元件的裝置，所以也稱(chēng)為無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)。直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)：在齒輪、皮帶等減速機(jī)構(gòu)組成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，存在間隙、回差、摩擦等問(wèn)題?？朔@些問(wèn)題的手段可以借助于直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)被廣泛地應(yīng)用于裝配SCARA機(jī)器人、自動(dòng)裝配機(jī)、加工機(jī)械、檢測(cè)機(jī)器及印刷機(jī)械中。對(duì)直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的要求是沒(méi)有減速器，但仍要提供大輸出轉(zhuǎn)矩（推力），可控性要好。11.3.2液壓驅(qū)動(dòng)842024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut液壓驅(qū)動(dòng)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：液壓容易達(dá)到較高的單位面積壓力體積較小，可以得較大的推力或轉(zhuǎn)矩氣流負(fù)壓式吸盤(pán)。液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，并可得到較高的位置精度。液壓驅(qū)動(dòng)中，力、速度和方向比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。液壓系統(tǒng)采用油液作為介質(zhì)，其有緩蝕性和自洞滑性，可以提高機(jī)械效率。液壓伺服系統(tǒng)主要由液壓源、驅(qū)動(dòng)器、伺服閥、傳感器、控制器等構(gòu)成。通過(guò)這些元件的組合，組成反饋控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。液壓源產(chǎn)生一定的壓力，通過(guò)伺服閥控制液體的壓力和流量從而驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。位置指令與位置傳感器的差被放大后得到的電氣信號(hào)，然后將其輸入伺服閥中驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行器，直到偏差變?yōu)榱銥橹埂Ｈ魝鞲衅餍盘?hào)與位置指令相同，則負(fù)載停止運(yùn)動(dòng)。液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩與慣性比大，也就是單位重量的輸出功率高。液壓驅(qū)動(dòng)也存在不足之處：油液的黏度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起燃燒爆炸等危險(xiǎn)。液體的泄漏難以克服，要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量，故造價(jià)較高。需要相應(yīng)的供油系統(tǒng)，尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴(yán)格的濾油裝置，否則會(huì)引起液壓驅(qū)動(dòng)方式的輸出力和功率大，能構(gòu)成何服機(jī)構(gòu)。11.3.3氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)852024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut氣壓驅(qū)動(dòng)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：壓縮空氣黏度小，容易達(dá)到高速(1m/s)。利用工廠集中的空氣壓縮機(jī)站供氣，不必添加動(dòng)力設(shè)備?？諝饨橘|(zhì)對(duì)環(huán)境無(wú)污染，使用安全?？芍苯討?yīng)用于高溫作業(yè)。氣動(dòng)元件工作壓力低，故制造要求也比液壓元件低。氣壓驅(qū)動(dòng)多用于開(kāi)關(guān)控制和順序控制的機(jī)器人。典型的氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由氣壓發(fā)生裝置、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件四個(gè)部分組成。氣壓發(fā)生裝置簡(jiǎn)稱(chēng)氣源裝置，是獲得壓縮空氣的能源裝置。執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)，并將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。控制元件又稱(chēng)為操縱、運(yùn)算、檢測(cè)元件，用來(lái)控制壓縮空氣流的壓力、流量和流動(dòng)方向等，以便使執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。輔助元件是壓縮空氣凈化、潤(rùn)滑、消聲及元件間連接所需要的一些裝置。氣壓驅(qū)動(dòng)也存在不足之處：壓縮空氣常用壓力為4-63Pa，若能獲得較大的出力，其結(jié)構(gòu)就要相對(duì)增大空氣壓縮性大，工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達(dá)到準(zhǔn)確的位置控制很圖難。壓縮空氣的除水是一個(gè)很重要的問(wèn)題，處理不當(dāng)會(huì)使鋼類(lèi)零件生銹，導(dǎo)致機(jī)器人失靈。此外，排氣還會(huì)造成噪聲污染。11.4機(jī)器人感知系統(tǒng)862024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut工業(yè)機(jī)器人傳感器分類(lèi)機(jī)器人感覺(jué)系統(tǒng)通常由多種機(jī)器人傳感器或視覺(jué)系統(tǒng)組成，第一代具有計(jì)算機(jī)視覺(jué)和觸覺(jué)能力的工業(yè)機(jī)器人是由美國(guó)斯坦福研究所研制成功的。目前，使用較多的機(jī)器人傳感器有位移的傳感器及其工作原理，并對(duì)其使用要求以及各種傳感器的選擇方法和評(píng)價(jià)方法加以介紹。11.4.1.1機(jī)器人的位置傳感器872024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut接近開(kāi)關(guān)位置傳感器可用來(lái)檢測(cè)位置，反映某種狀態(tài)的開(kāi)關(guān)，和位移傳感器不同，位置傳感器有接觸式和接近式兩種。接觸式傳感器的觸頭由兩個(gè)物體接觸擠壓而動(dòng)作，常見(jiàn)的有行程開(kāi)關(guān)、二維矩陣式位置傳感器等。接近開(kāi)關(guān)是指當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時(shí)就可以發(fā)出“動(dòng)作”信號(hào)的開(kāi)關(guān)，它無(wú)需和物體直接接觸。接近開(kāi)關(guān)有很多種類(lèi)，主要有電磁式、光電式、差動(dòng)變壓器式、電渦流式、電容式、干簧管、霍爾式等?；魻柺浇咏_(kāi)關(guān)是利用霍爾現(xiàn)象制成的傳感器。11.4.1.2機(jī)器人的角度傳感器882024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut機(jī)器人的角度傳感器有旋轉(zhuǎn)編碼器和光學(xué)編碼器。其中應(yīng)用最多的旋轉(zhuǎn)角度傳感器是旋轉(zhuǎn)編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼器又稱(chēng)轉(zhuǎn)軸編碼器、回轉(zhuǎn)編碼器等，它把連續(xù)輸入的軸的旋轉(zhuǎn)角度同時(shí)進(jìn)行離散化（樣本化）和量化處理后予以輸出。把旋轉(zhuǎn)角度的現(xiàn)有值，用1bit的二進(jìn)制碼表示進(jìn)行輸出，這種形式的編碼器稱(chēng)為絕對(duì)值型；還有一種形式，是每旋轉(zhuǎn)一定角度，就有1bit的脈沖（1和0交替取值）被輸出，這種形式的編碼器稱(chēng)為相對(duì)值型（増量型）。相對(duì)值型用計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行累積計(jì)算，從而可以得知從初始角旋轉(zhuǎn)的角度。根據(jù)檢測(cè)方法的不同，可以分為光學(xué)式、磁場(chǎng)式和感應(yīng)式。一般來(lái)說(shuō)，普及型的分辨率能達(dá)到2-12的程度，對(duì)于高精度型的編碼器其分辦率可以達(dá)到2-20的程度。光學(xué)編碼器是一種應(yīng)用廣泛的角位移傳感器，其分辦率完全能滿足機(jī)器人技術(shù)要求。這種非接觸型傳感器可分為絕對(duì)型和增量型。對(duì)前者，只要電源加到這種傳感器的機(jī)電系統(tǒng)中，編碼器就能給出實(shí)際的線性或旋轉(zhuǎn)位置。因此，用絕對(duì)型編碼器裝備的機(jī)器人關(guān)節(jié)不要求校準(zhǔn)，通電上，控制器就知道實(shí)際的關(guān)節(jié)位置。而增量型編碼器只能提供與某基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置信息。所以用增量型編碼器的機(jī)器人在獲得真實(shí)位置信息以前，必須首先完成校準(zhǔn)程序。線性或旋轉(zhuǎn)編碼器都有絕對(duì)型和增量型兩類(lèi)，旋轉(zhuǎn)型器件在機(jī)器人中的應(yīng)用特別多，因?yàn)闄C(jī)器人的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于棱柱形關(guān)節(jié)。直線編碼器成本高，甚至以線性方式移動(dòng)的關(guān)節(jié)，如球坐標(biāo)機(jī)器人都用旋轉(zhuǎn)編碼器。11.4.1.3機(jī)器人的姿態(tài)傳感器892024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut姿態(tài)傳感器是基于MEMS技術(shù)的高性能三維運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。它包含三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)，三軸電子羅盤(pán)等運(yùn)動(dòng)傳感器，通過(guò)內(nèi)嵌的低功耗ARM處理器得到經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)娜S姿態(tài)與方位等數(shù)據(jù)。利用基于四元數(shù)的三維算法和特殊數(shù)據(jù)融合技術(shù)，實(shí)時(shí)輸出以四元數(shù)、歐拉角表示的零漂移三維姿態(tài)方位數(shù)據(jù)。姿態(tài)傳感器設(shè)置在機(jī)器人的軀干部分，它用來(lái)檢測(cè)移動(dòng)中的姿態(tài)和方位變化，保持機(jī)器人的正確姿態(tài)，并且實(shí)現(xiàn)指令要求的方位。除此以外，還有氣體速率陀螺儀、光陀螺儀，前者利用了姿態(tài)變化時(shí)，氣流也發(fā)生變化這一現(xiàn)象；后者則利用了當(dāng)環(huán)路狀光徑相對(duì)于慣性空間旋轉(zhuǎn)時(shí)，沿這種光徑傳播的光，會(huì)因向右旋轉(zhuǎn)而呈現(xiàn)速度變化的現(xiàn)象。姿態(tài)傳感器11.4.2.1機(jī)器人觸覺(jué)傳感器902024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut接觸覺(jué)傳感器壓覺(jué)傳感器滑覺(jué)傳感器力覺(jué)傳感器11.4.2.2視覺(jué)傳感器912024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut視覺(jué)傳感器是指利用光學(xué)元件和成像裝置獲取外部環(huán)境圖像信息的儀器，通常用圖像分辨率來(lái)描述視覺(jué)傳感器的性能。視覺(jué)傳感器是整個(gè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)信息的直接來(lái)源，主要由一個(gè)或者兩個(gè)圖形傳感器組成，有時(shí)還要配以光投射器及其他輔助設(shè)備。視覺(jué)傳感器可以從一整幅圖像中捕獲光線的數(shù)以千計(jì)的像素。圖像的清晰和細(xì)膩程度通常用分辨率來(lái)衡量，以像素?cái)?shù)量表示。在捕獲圖像之后，視覺(jué)傳感器將其與內(nèi)存中存儲(chǔ)的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較，以做出分析。其精度與分辨率以及同被測(cè)物體的檢測(cè)距離相關(guān)，被測(cè)物體距離越遠(yuǎn)，其絕對(duì)的位置精度越差。視覺(jué)傳感器的主要功能是獲取足夠的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)要處理的最原始圖像。其工業(yè)應(yīng)用包括檢驗(yàn)、計(jì)量、測(cè)量、定向、瑕疵檢測(cè)和分撿。視覺(jué)傳感器分為電荷耦合器件和互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS兩種。11.4.2.3機(jī)器人距離傳感器922024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut1.超聲波距離傳感器超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。2.接近覺(jué)傳感器探測(cè)非常近物體存在的傳感器稱(chēng)為接近覺(jué)傳感器，相同極性的磁鐵彼此靠近時(shí)斥力與距離的平方成反比，所以探測(cè)排斥力就可知道兩磁鐵的接近程度，這是最為熟知的接近覺(jué)傳感器?？墒亲鳛闄C(jī)器人用的接近覺(jué)傳感器，由于物體大多數(shù)不是磁性體，所以不能利用磁鐵的傳感器。11.4.2.4機(jī)器人聽(tīng)覺(jué)傳感器932024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut聽(tīng)覺(jué)傳感器是人工智能裝置，是機(jī)器人中必不可少的部件；它是利用語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)制成的。機(jī)器人由聽(tīng)覺(jué)傳感器實(shí)現(xiàn)“人—機(jī)”對(duì)話。一臺(tái)機(jī)器人不僅能聽(tīng)懂人講的話，且能講出人能聽(tīng)懂的語(yǔ)言，賦予機(jī)器人這些智慧和技術(shù)統(tǒng)稱(chēng)語(yǔ)音處理技術(shù)，前者為語(yǔ)言識(shí)別技術(shù)，后者為語(yǔ)音合成技術(shù)。具有語(yǔ)音識(shí)別功能的傳感器稱(chēng)為聽(tīng)覺(jué)傳感器。聽(tīng)覺(jué)傳感器是檢測(cè)出聲波（包括超聲波）或聲音的傳感器，用于識(shí)別聲音的信息傳感器。在所有的情況下，都使用話筒等振動(dòng)檢測(cè)器作為檢測(cè)元件。在識(shí)別輸入的語(yǔ)音時(shí)，可以分為特定人說(shuō)話方式及非特定人說(shuō)話方式。特定人說(shuō)話方式的識(shí)別率比較高。為了便于存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)音波形及選配語(yǔ)音波形，需要對(duì)輸入的語(yǔ)音波形頻帶進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆指?，將每個(gè)采樣周期內(nèi)各頻帶的語(yǔ)音特征能量抽取出來(lái)。11.5.1示教器942024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut示教器示意圖工業(yè)機(jī)器人示教器又叫示教編程器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)示教器）是機(jī)器人控制系統(tǒng)的核心部件，是一個(gè)用來(lái)注冊(cè)和存儲(chǔ)機(jī)械運(yùn)動(dòng)或處理記憶的設(shè)備，該設(shè)備是由電子系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的。它屬于人機(jī)交互設(shè)備的一種，操作者可以通過(guò)示教器操作工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)、完成示教編程、實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的設(shè)定、故障診斷等。示教器人機(jī)界面11.5.2控制器952024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut控制器是用于控制機(jī)器人坐標(biāo)軸位置和運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置，輸出運(yùn)動(dòng)軸的插補(bǔ)脈沖，其功能與數(shù)控系統(tǒng)非常類(lèi)似?？刂破鞒Ｓ玫慕Y(jié)構(gòu)圖有工業(yè)計(jì)算機(jī)和PLC兩種。工業(yè)計(jì)算機(jī)型機(jī)器人控制器的主機(jī)和通用計(jì)算機(jī)并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，但機(jī)器人控制器需要增加傳感器、驅(qū)動(dòng)器接口等硬件，這種控制器的兼容性好、軟件安裝方便、網(wǎng)絡(luò)通信容易。PLC型控制器以類(lèi)似PLC的CPU模塊作為中央處理器，然后通過(guò)選配各種PLC功能模塊，如測(cè)量模塊、軸控制模塊等，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制，這種控制器配置靈活，模塊通用性好、可靠性高。機(jī)器人控制器的基本功能功能說(shuō)明記憶功能作用順序、運(yùn)動(dòng)路徑、運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)速度等與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息示教功能離線編程，在線示教。在線示教包括示教盒和導(dǎo)引示教兩種與外圍設(shè)備聯(lián)系輸入/輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、同步接口坐標(biāo)設(shè)置功能關(guān)節(jié)、絕對(duì)、工具3個(gè)坐標(biāo)系人機(jī)接口顯示屏、操作面板、示教盒傳感器接口位置檢測(cè)、視覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等位置伺服功能機(jī)器人多軸聯(lián)動(dòng)、云頂控制、速度、加速度控制、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)裙收显\斷安全保護(hù)功能運(yùn)動(dòng)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視，故障狀態(tài)下的安全保護(hù)和故障診斷11.5.3上層控制器962024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut上級(jí)控制器架構(gòu)如圖所示，它是用于機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同控制、管理的附加設(shè)備，它既可用于機(jī)器人與機(jī)器人、機(jī)器人與變位器的協(xié)同作業(yè)控制，也可用于機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人與其他機(jī)電一體化設(shè)備的集中控制。此外，還可用于機(jī)器人的調(diào)試、編程。對(duì)于一般的機(jī)器人編程、調(diào)試和網(wǎng)絡(luò)連接操作，上級(jí)控制器一般直接使用計(jì)算機(jī)或工作站。當(dāng)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床結(jié)合，組成柔性加工單元時(shí)，上級(jí)控制器的功能一般直接由數(shù)控機(jī)床配套的數(shù)控系統(tǒng)（CNC）承擔(dān)，機(jī)器人可在CNC的統(tǒng)一控制下協(xié)調(diào)工作。在自動(dòng)生產(chǎn)線等自動(dòng)化設(shè)備上，上級(jí)控制器的功能一般直接由生產(chǎn)線控制用的PLC承擔(dān)，機(jī)器人可在PLC的統(tǒng)一控制下協(xié)調(diào)工作。工業(yè)機(jī)器人上級(jí)控制器架構(gòu)總結(jié)習(xí)題與思考題1.完整的機(jī)器人包含五大系統(tǒng)，是哪些？2.說(shuō)明機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的組成部分。末端執(zhí)行器指什么，有哪些種類(lèi)？3.機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)指什么？4.簡(jiǎn)述機(jī)器人的傳感器的分類(lèi)和功能。5.機(jī)器人的控制系統(tǒng)分成哪幾部分？

2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut97第十二章工業(yè)機(jī)器人編程語(yǔ)言第十二章工業(yè)機(jī)器人編程語(yǔ)言12.1工業(yè)機(jī)器人編程語(yǔ)言的基本功能12.2工業(yè)機(jī)器人編程語(yǔ)言的分類(lèi)12.3工業(yè)機(jī)器人編程環(huán)境12.4機(jī)器人編程軟件RobotStudio介紹12.5機(jī)器人編程常用指令12.6機(jī)器人編程軟件DRAstudio介紹總結(jié)2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut9912.1工業(yè)機(jī)器人編程語(yǔ)言的基本功能1002024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut幾何模型描述機(jī)器人作業(yè)描述運(yùn)動(dòng)功能操作流程及響應(yīng)功能友好的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境與外部信息交換功能12.2工業(yè)機(jī)器人編程語(yǔ)言的分類(lèi)1012024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut工業(yè)機(jī)器人編程語(yǔ)言如果說(shuō)硬件構(gòu)成了機(jī)器人的本體，那么機(jī)器人語(yǔ)言才賦予了機(jī)器人實(shí)際的功能，機(jī)器人語(yǔ)言不僅是機(jī)器人控制的關(guān)鍵，更是人機(jī)交互的基礎(chǔ)。每一臺(tái)機(jī)器人都擁有自己的機(jī)器人語(yǔ)言編程系統(tǒng)，無(wú)論是最基本的基于PLC構(gòu)架的梯形圖式編程，還是基于單片機(jī)為核心的C\C++編程，以及基于手扶式示教編程，都屬于機(jī)器人的一種編程方式。動(dòng)作級(jí)編程語(yǔ)言對(duì)象級(jí)編程任務(wù)級(jí)編程語(yǔ)言示教編程語(yǔ)言12.3主流工業(yè)機(jī)器人編程環(huán)境及分類(lèi)1022024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfutRobotMaster軟件主界面示意圖DRAStudio軟件主界面示意圖下面將介紹主流工業(yè)機(jī)器人編程環(huán)境，如RobotMaster、RobotArt、DRAStudio、ROBCAD、RobotStudio、Motosim和Robguide。Robguide軟件主界面示意圖RobotArt軟件主界面示意圖ROBCAD軟件主界面示意圖RobotStudio軟件主界面示意圖12.4.1Robotstudio軟件平臺(tái)1032024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人.hfut

RobotStudio是一款PC應(yīng)用程序，用于機(jī)器人單元的建模、離線創(chuàng)建和仿真。RobotStudio允許使用離線控制器（即在PC上本地運(yùn)行的虛擬IRC5控制器，這種離線控制器也被稱(chēng)為虛擬控制器VC），也允許使用真實(shí)的物理IRC5控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)為“真實(shí)控制器”）。當(dāng)RobotStudio隨真實(shí)控制器一起使用時(shí)稱(chēng)它處于在線模式。當(dāng)在未連接到真實(shí)控制器或在連接到虛擬控制器的情況下使用時(shí)RobotStudio即處于離線模式。