工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)全套可編輯PPT課件

目錄1初識工業(yè)機(jī)器人2認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)3認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械部分4認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人傳感器5認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)6了解工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)項目1初識工業(yè)機(jī)器人學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握工業(yè)機(jī)器人的定義及特點了解工業(yè)機(jī)器人的歷史與發(fā)展掌握不同分類方式下工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與特征掌握工業(yè)機(jī)器人的基本組成與技術(shù)參數(shù)了解工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用知識目標(biāo)技能目標(biāo)能夠指出工業(yè)機(jī)器人的各組成部分能夠收集工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)信息素質(zhì)目標(biāo)具備國家榮譽(yù)感和社會責(zé)任感培養(yǎng)勤學(xué)好問的學(xué)習(xí)態(tài)度項目引入某家具企業(yè)成立于2008年，其位于廣州的工廠在2017年的生產(chǎn)效率比成立初期提高了317%，雇傭的員工減少了26.7%。目前，該工廠一天能夠處理約5000個訂單，產(chǎn)能達(dá)到每天15萬件，年產(chǎn)值約40億元。該家具企業(yè)的年產(chǎn)值如此之大，其中的秘密是什么呢？項目引入工業(yè)機(jī)器人的誕生和發(fā)展無疑為工業(yè)的快速發(fā)展提供了更多的機(jī)會。原來，該家具企業(yè)的生產(chǎn)線安裝了大量的工業(yè)機(jī)器人。在過去，生產(chǎn)家具時的鉆孔、噴涂是非常危險且影響員工健康的工作。而現(xiàn)在，只要通過工業(yè)機(jī)器人將原材料運(yùn)至工廠，再由工業(yè)機(jī)器人完成生產(chǎn)，并將成品裝入準(zhǔn)備出口的集裝箱，企業(yè)就可以在擁有少量員工的情況下將生產(chǎn)效率提升好幾倍。1.1工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)知識項目導(dǎo)航1.2工業(yè)機(jī)器人的基本組成與技術(shù)參數(shù)1.3工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用1.1工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)知識1.1.1工業(yè)機(jī)器人的定義及特點早期現(xiàn)在用來進(jìn)行搬運(yùn)機(jī)械部件或工件的、可編程的多功能操作器，或通過改變程序可以完成各種工作的特殊機(jī)械裝置。工業(yè)機(jī)器人是指自動控制且可重復(fù)編程的多用途操作機(jī)，能對三個或更多的軸編程，能固定在某一位置或移動平臺上，在工業(yè)自動化中使用。工業(yè)機(jī)器人的特點可編程擬人化通用性技術(shù)綜合性高效性安全性1.1.1工業(yè)機(jī)器人的定義及特點1．可編程可根據(jù)工作環(huán)境的需要進(jìn)行編程。在小批量、多品種、高效率的柔性制造過程中能發(fā)揮很好的作用，是柔性制造系統(tǒng)中的重要組成部分。2．?dāng)M人化在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類似人的大臂、小臂、腕部、末端執(zhí)行器（手爪）等部分，且可通過類似人腦的電腦來控制其運(yùn)動。智能化工業(yè)機(jī)器人配有傳感器，如接觸覺傳感器、力覺傳感器、負(fù)載傳感器、視覺傳感器、聲覺傳感器等，提高了工業(yè)機(jī)器人對周圍環(huán)境的適應(yīng)能力。1.1.1工業(yè)機(jī)器人的定義及特點3．通用性除了專門設(shè)計的專用工業(yè)機(jī)器人外，一般工業(yè)機(jī)器人均具有較好的通用性，在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時只需更換其末端執(zhí)行器便可。4．技術(shù)綜合性融合了多種技術(shù)，主要包括工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)、動力學(xué)及仿真技術(shù)、激光加工技術(shù)、模塊化程序設(shè)計技術(shù)、智能測量技術(shù)、建模加工一體化技術(shù)、工廠自動化及精細(xì)物流技術(shù)等。這些技術(shù)的融合使工業(yè)機(jī)器人能夠在制造過程中實現(xiàn)高效作業(yè)，并且適應(yīng)多種工作環(huán)境。1.1.1工業(yè)機(jī)器人的定義及特點5．高效性通過精確的編程和控制系統(tǒng)，工業(yè)機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)高速度、高精度的連續(xù)作業(yè)。這種高效性不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以降低生產(chǎn)成本，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。6．安全性可以通過多重安全保護(hù)措施（如緊急停止按鈕、安全圍欄等）確保工作人員和設(shè)備的安全。工業(yè)機(jī)器人還可以通過智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)與工作人員的協(xié)同作業(yè)，避免潛在的安全風(fēng)險。1.1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展→1．工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程萌芽階段初級階段迅速發(fā)展階段智能化階段1.1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展→1．工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程1）萌芽階段（二十世紀(jì)五十年代）1959年Unimation公司制造出世界上第一臺真正實用的工業(yè)機(jī)器人——Unimate機(jī)器人。萬能自動Unimate機(jī)器人1954年發(fā)明家德沃爾對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了定義，并申請了專利。1.1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展→1．工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程2）初級階段（二十世紀(jì)六十至七十年代）1961年Unimation公司為通用汽車公司的汽車生產(chǎn)線安裝了第一臺用于生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人，它主要用于生產(chǎn)門窗把手、換擋旋鈕、燈具和其他汽車內(nèi)飾用五金件。1962年美國機(jī)械與鑄造公司制造出了沃爾薩特蘭機(jī)器人。萬能搬動1967年Unimate機(jī)器人被引入歐洲。1631.1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展→1．工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程2）初級階段（二十世紀(jì)六十至七十年代）1969年Unimation公司與川崎重工簽署了一項許可協(xié)議，開始在亞洲市場生產(chǎn)和銷售Unimate機(jī)器人。1971年世界上第一個國家機(jī)器人協(xié)會——日本機(jī)器人協(xié)會成立。1.1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展→1．工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程2）初級階段（二十世紀(jì)六十至七十年代）1978年Unimation公司推出了可編程通用工業(yè)機(jī)器人PUMA，并將其應(yīng)用于通用汽車公司的汽車裝配線，這標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟。同年，日本山梨大學(xué)牧野洋發(fā)明了SCARA機(jī)器人該工業(yè)機(jī)器人具有4個自由度，特別適合裝配工作，如今被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、電子產(chǎn)品工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域。SCARA機(jī)器人1.1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展→1．工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程3）迅速發(fā)展階段（二十世紀(jì)八十至九十年代）1981年通用汽車公司第一次將機(jī)器視覺系統(tǒng)成功地應(yīng)用在了某種惡劣的制造環(huán)境中，利用三臺工業(yè)機(jī)器人以1400個/h的速度分揀出6種不同的鑄件。1992年ABB公司推出S4開放式控制系統(tǒng)。它旨在改善對用戶至關(guān)重要的兩個領(lǐng)域——人機(jī)界面和機(jī)器人技術(shù)性能。1994年莫托曼公司（現(xiàn)在的安川電機(jī)）推出機(jī)器人控制系統(tǒng)，使同步控制兩臺機(jī)器人成為可能。1.1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展→1．工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程4）智能化階段（二十一世紀(jì)初至今）2011年FANUC公司的R-1000iA機(jī)器人利用LVC（學(xué)習(xí)減振裝置）對機(jī)器人的運(yùn)動軌跡加以優(yōu)化，減小振動，將動作周期縮短約20%，從而使其實現(xiàn)了更高速的動作。2018年FANUC公司與首選網(wǎng)絡(luò)公司合作，首次將人工智能應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人拾取和熱位移補(bǔ)償?shù)裙δ苌稀?022年我國推出國內(nèi)首臺具有20t承載能力的AGV（自動導(dǎo)向車）驅(qū)動單元，此驅(qū)動單元可用于航天、高壓容器、大型基建工程、模塊化建筑工程等領(lǐng)域。1.1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展→2．工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢1）高性能化和低成本化2）機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化及可重構(gòu)化3）智能化4）控制系統(tǒng)的開放化5）多傳感器融合技術(shù)的實用化6）多智能體協(xié)調(diào)控制技術(shù)的創(chuàng)新化高速度高精度高可靠性輕便化隨著各項技術(shù)的普及，單機(jī)價格將會不斷下降。1.1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展→2．工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢1）高性能化和低成本化2）機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化及可重構(gòu)化3）智能化4）控制系統(tǒng)的開放化5）多傳感器融合技術(shù)的實用化6）多智能體協(xié)調(diào)控制技術(shù)的創(chuàng)新化工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)模塊中的伺服電動機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)已實現(xiàn)三位一體化，且關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊可通過重組方式構(gòu)造工業(yè)機(jī)器人整機(jī)。1.1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展→2．工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢1）高性能化和低成本化2）機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化及可重構(gòu)化3）智能化4）控制系統(tǒng)的開放化5）多傳感器融合技術(shù)的實用化6）多智能體協(xié)調(diào)控制技術(shù)的創(chuàng)新化隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人未來會更加智能，其智能化發(fā)展方向包括人機(jī)協(xié)作和自主決策等。1.1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展→2．工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢1）高性能化和低成本化2）機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化及可重構(gòu)化3）智能化4）控制系統(tǒng)的開放化5）多傳感器融合技術(shù)的實用化6）多智能體協(xié)調(diào)控制技術(shù)的創(chuàng)新化工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)正向基于計算機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化。優(yōu)點：可提高器件集成度，并可縮小控制柜體積。1.1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展→2．工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢1）高性能化和低成本化2）機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化及可重構(gòu)化3）智能化4）控制系統(tǒng)的開放化5）多傳感器融合技術(shù)的實用化6）多智能體協(xié)調(diào)控制技術(shù)的創(chuàng)新化除了安裝傳統(tǒng)的位置傳感器、速度傳感器、加速度傳感器以外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺傳感器、力覺傳感器等遙控機(jī)器人采用視覺、聲覺、力覺、接觸覺多傳感器融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制1.1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展→2．工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢1）高性能化和低成本化2）機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化及可重構(gòu)化3）智能化4）控制系統(tǒng)的開放化5）多傳感器融合技術(shù)的實用化6）多智能體協(xié)調(diào)控制技術(shù)的創(chuàng)新化目前工業(yè)機(jī)器人技術(shù)中的一個嶄新技術(shù)多機(jī)器人合作與通信多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)相互間的通信與磋商機(jī)理感知與學(xué)習(xí)方法建模與規(guī)劃群體行為控制研究方向1.1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展→2．工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢開拓視野國外的工業(yè)機(jī)器人起步較早瑞士的ABB德國的KUKA日本的FANUC日本的安川電機(jī)工業(yè)機(jī)器人“四大家族”我國雖然起步晚，但在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域也有著迅猛發(fā)展四小龍1.1.3工業(yè)機(jī)器人的分類→1．按機(jī)械結(jié)構(gòu)分類1）串聯(lián)機(jī)器人由一系列連桿通過移動軸或轉(zhuǎn)動軸串聯(lián)組成，一個軸的運(yùn)動會改變另一個軸的坐標(biāo)原點。在控制系統(tǒng)控制下，可實現(xiàn)復(fù)雜空間作業(yè)運(yùn)動。特點：結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、成本低、運(yùn)動空間大，是當(dāng)前應(yīng)用最多的工業(yè)機(jī)器人。2）并聯(lián)機(jī)器人動平臺和定平臺通過至少兩個獨立運(yùn)動鏈相連，具有兩個或以上自由度，以并聯(lián)方式驅(qū)動的閉環(huán)機(jī)器人。其中一個軸的運(yùn)動不會改變另一個軸的坐標(biāo)原點。特點：剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、運(yùn)動負(fù)荷小，適合高速度、高精度、高負(fù)荷場合。1.1.3工業(yè)機(jī)器人的分類→1．按機(jī)械結(jié)構(gòu)分類混聯(lián)機(jī)器人：將串聯(lián)機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)器人有機(jī)結(jié)合起來的工業(yè)機(jī)器人。優(yōu)點：既有并聯(lián)機(jī)器人剛度大的優(yōu)點，又有串聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動空間大的優(yōu)點，可進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍。知識窗口1.1.3工業(yè)機(jī)器人的分類→2．按坐標(biāo)形式分類1）直角坐標(biāo)機(jī)器人定義：具有三個滑動關(guān)節(jié)、其軸按直角坐標(biāo)配置的操作機(jī)。優(yōu)點：易于控制，空間軌跡易于求解。缺點：靈活性較差，自身占據(jù)空間較大。應(yīng)用場景：各種自動化生產(chǎn)線中，可以完成搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、分類、裝配、焊接、噴涂等一系列工作。直角坐標(biāo)機(jī)器人外形直角坐標(biāo)機(jī)器人運(yùn)動空間1.1.3工業(yè)機(jī)器人的分類→2．按坐標(biāo)形式分類2）圓柱坐標(biāo)機(jī)器人定義：至少有一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個滑動關(guān)節(jié)，其軸按圓柱坐標(biāo)配置的操作機(jī)。優(yōu)點：占地面積小、工作空間大，末端執(zhí)行器速度快、易于控制、運(yùn)動靈活等。缺點：工作時必須有沿

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軸線前后方向的移動空間，空間利用率低。應(yīng)用場景：重物的裝卸、搬運(yùn)等工作。圓柱坐標(biāo)機(jī)器人外形圓柱坐標(biāo)機(jī)器人運(yùn)動空間1.1.3工業(yè)機(jī)器人的分類→2．按坐標(biāo)形式分類3）球坐標(biāo)機(jī)器人定義：有兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個滑動關(guān)節(jié)，其軸按極坐標(biāo)配置的操作機(jī)。優(yōu)點：占用空間小、操作靈活、工作空間大。缺點：運(yùn)動學(xué)模型較復(fù)雜，難以控制。球坐標(biāo)機(jī)器人的運(yùn)動空間移動坐標(biāo)臂桿在鉛垂面內(nèi)的擺動角繞臂桿支撐底座垂直軸的轉(zhuǎn)動角1.1.3工業(yè)機(jī)器人的分類→2．按坐標(biāo)形式分類4）多關(guān)節(jié)機(jī)器人定義：又稱為關(guān)節(jié)手臂機(jī)器人或關(guān)節(jié)機(jī)械手臂，是當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域中最常見的工業(yè)機(jī)器人，適合諸多工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)械自動化作業(yè)。垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人多關(guān)節(jié)機(jī)器人根據(jù)擺動方向劃分1.1.3工業(yè)機(jī)器人的分類→2．按坐標(biāo)形式分類垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人多關(guān)節(jié)機(jī)器人特點：結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間大，其動作最接近人的動作，它對噴漆、裝配、焊接等作業(yè)具有良好的適應(yīng)性，因此應(yīng)用范圍十分廣泛。1.1.3工業(yè)機(jī)器人的分類→2．按坐標(biāo)形式分類垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人對比四種坐標(biāo)形式的機(jī)器人，它們的運(yùn)動空間形狀各有什么特點？球坐標(biāo)機(jī)器人的運(yùn)動空間圓柱坐標(biāo)機(jī)器人運(yùn)動空間直角坐標(biāo)機(jī)器人運(yùn)動空間1.1.3工業(yè)機(jī)器人的分類→3．按控制方式分類1）伺服控制機(jī)器人控制方式：分為連續(xù)控制和點位（點到點）控制。?對位置和速度連續(xù)監(jiān)測，各軸采用閉環(huán)控制，可使部件移動到各軸行程內(nèi)任意位置。1.1.3工業(yè)機(jī)器人的分類→3．按控制方式分類1）伺服控制機(jī)器人特點：（1）記憶存儲容量較大。（2）末端執(zhí)行器端部可按三種不同類型的運(yùn)動方式移動，即點到點移動、直線移動和連續(xù)軌跡移動。（3）在機(jī)械允許的極限范圍內(nèi)，可通過調(diào)節(jié)伺服回路中相應(yīng)放大器的增益來改變定位精度。（4）一般以示教模式進(jìn)行編程。（5）一般可在小型或微型計算機(jī)控制下自動進(jìn)行幾個軸之間的協(xié)同運(yùn)動。（6）價格貴，可靠性稍差。1.1.3工業(yè)機(jī)器人的分類→3．按控制方式分類2）非伺服控制機(jī)器人控制方式：又稱端點機(jī)器人或開關(guān)式機(jī)器人，每個軸僅有起始和終止兩個位置。?軸運(yùn)動過程無監(jiān)測，處于開環(huán)控制，靠定位擋塊停止運(yùn)動。1.1.3工業(yè)機(jī)器人的分類→3．按控制方式分類2）非伺服控制機(jī)器人特點：（1）臂部的運(yùn)動速度較快。（2）價格低廉，工作穩(wěn)定，易于操作和維修。（3）重復(fù)定位精度高，即工作時返回同一點的能力強(qiáng)。（4）在定位和編程方面靈活性有限。隨堂檢測一、按坐標(biāo)形式的不同，工業(yè)機(jī)器人可分為（）。①直角坐標(biāo)機(jī)器人②球坐標(biāo)機(jī)器人③圓柱坐標(biāo)機(jī)器人④多關(guān)節(jié)機(jī)器人A．①② B．②③C．①②③ D．①②③④二、按控制方式的不同，工業(yè)機(jī)器人可分為哪幾類？各有什么特點？D課堂小結(jié)1.2工業(yè)機(jī)器人的基本組成與技術(shù)參數(shù)課堂引入同學(xué)們，不知道大家有沒有想過，在汽車制造工廠里，一個個零部件是如何精準(zhǔn)、高效地組裝成完整汽車的？為什么同一型號的汽車，每一輛的焊接、裝配質(zhì)量都能保持高度一致？再比如，在電子產(chǎn)品生產(chǎn)車間，那些比指甲蓋還小的芯片和元件，又是怎樣被準(zhǔn)確無誤地安裝到電路板上的？?其實，這背后都離不開工業(yè)機(jī)器人的功勞。但大家有沒有思考過：這些機(jī)器人是如何“聽懂”人類的指令，又是如何完成如此復(fù)雜且精細(xì)的工作的呢？它們在不同的工作環(huán)境中，如何保證穩(wěn)定、高效地運(yùn)行？今天，就讓我們帶著這些疑問，一起深入探究工業(yè)機(jī)器人的基本組成與技術(shù)參數(shù)，揭開工業(yè)機(jī)器人高效、精準(zhǔn)工作的神秘面紗！?1.2.1工業(yè)機(jī)器人的基本組成工業(yè)機(jī)器人6個子系統(tǒng)之間的關(guān)系及其與工作對象的關(guān)系用于感知內(nèi)部和外部信息，包括感知系統(tǒng)和機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)。用于控制工業(yè)機(jī)器人完成各種動作，包括人機(jī)交互系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。用于感知內(nèi)部和外部信息，包括感知系統(tǒng)和機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)。1.2.1工業(yè)機(jī)器人的基本組成→1．機(jī)械部分1）機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)或操作機(jī)）是完成工作任務(wù)的實體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成。機(jī)械機(jī)構(gòu)系統(tǒng)包括末端執(zhí)行器、腕部、臂部、腰部和機(jī)座等。2）驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)包括傳動機(jī)構(gòu)和驅(qū)動器兩部分，它們通常安裝在工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)部位。傳動機(jī)構(gòu)通常包括連桿機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠、齒輪系、鏈、帶、諧波減速器和RV減速器等；驅(qū)動器的驅(qū)動方式通常有電動驅(qū)動、液壓驅(qū)動和氣動驅(qū)動三種。1.2.1工業(yè)機(jī)器人的基本組成→1．機(jī)械部分同學(xué)們，如果我們要讓工業(yè)機(jī)器人完成一個比較精細(xì)的操作，比如裝配小型電子元件，你覺得應(yīng)該選擇哪種驅(qū)動方式呢？為什么？1.2.1工業(yè)機(jī)器人的基本組成→2．傳感部分1）感知系統(tǒng)組成部分：由內(nèi)部傳感器與外部傳感器構(gòu)成。?內(nèi)部傳感器功能?：檢測機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動情況，并根據(jù)需要將檢測結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)將檢測結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行比較后，可對機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而保證其動作符合設(shè)計要求。外部傳感器功能：檢測工業(yè)機(jī)器人的所處環(huán)境、外部物體狀態(tài)或工業(yè)機(jī)器人與外部物體的關(guān)系等。2）機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)定義：實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人與外部環(huán)境設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。應(yīng)用形式?工業(yè)機(jī)器人可與外部環(huán)境設(shè)備集成為一個功能單元，如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等。多臺工業(yè)機(jī)器人也可以集成為一個執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的功能單元。1.2.1工業(yè)機(jī)器人的基本組成→3．控制部分2）控制系統(tǒng)組成部分：由控制計算機(jī)和伺服控制器組成。?控制計算機(jī)功能?：發(fā)出指令，協(xié)調(diào)各關(guān)節(jié)驅(qū)動器之間的運(yùn)動，還要完成編程示教及再現(xiàn)，以及在各種環(huán)境狀態(tài)下、工藝要求下與外部環(huán)境設(shè)備（如電焊機(jī)）之間的信息傳遞和工作協(xié)調(diào)。伺服控制器功能：控制各關(guān)節(jié)驅(qū)動器，使各臂桿按一定的速度、加速度和位置要求進(jìn)行運(yùn)動。1）人機(jī)交互系統(tǒng)定義：使操作員參與工業(yè)機(jī)器人控制，并與工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)系的系統(tǒng)。?組成部分：計算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)終端、信息顯示板、指令控制臺、危險信號報警器等。?分類?：指令給定裝置信息顯示裝置1.2.2工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)→1．工作空間工作空間（工作區(qū)域）：工業(yè)機(jī)器人臂桿的特定部位在一定條件下所能到達(dá)的位置集合。工作空間的形狀和大小反映了工業(yè)機(jī)器人工作能力的大小。（a）垂直串聯(lián)多關(guān)節(jié)機(jī)器人（b）水平串聯(lián)多關(guān)節(jié)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的工作空間1.2.2工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)→1．工作空間理解工業(yè)機(jī)器人的工作空間時，要注意：（1）產(chǎn)品說明書中的工作空間。末端執(zhí)行器上機(jī)械接口坐標(biāo)系的原點在空間所能到達(dá)的范圍（末端執(zhí)行器端部法蘭的中心點在空間所能到達(dá)的范圍）。1.2.2工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)→1．工作空間理解工業(yè)機(jī)器人的工作空間時，要注意：（2）產(chǎn)品說明書中的工作空間往往小于運(yùn)動學(xué)意義上的最大空間。原因：①在可達(dá)空間中，當(dāng)臂桿位置或姿勢不同時，其允許的有效負(fù)載、最大運(yùn)動速度等參數(shù)都不一樣。②當(dāng)臂桿處于工作空間的最大位置時，其允許的各項參數(shù)極限值通常要比其他位置小一些，這樣一來臂桿就無法到達(dá)運(yùn)動學(xué)意義上的最大空間。③工業(yè)機(jī)器人在臂桿最大可達(dá)空間邊界上可能存在自由度退化的問題，這部分工作空間在工業(yè)機(jī)器人工作時是不能被利用的。1.2.2工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)→1．工作空間理解工業(yè)機(jī)器人的工作空間時，要注意：（3）實際應(yīng)用中的工業(yè)機(jī)器人由于受機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的限制，在工作空間內(nèi)也可能存在臂桿不能到達(dá)的區(qū)域，這類區(qū)域稱為空洞或空腔。1.2.2工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)→2．自由度自由度：用來表示工業(yè)機(jī)器人動作靈活程度的參數(shù)，一般以沿軸線移動和繞軸線轉(zhuǎn)動的獨立運(yùn)動的數(shù)目來表示。工業(yè)機(jī)器人一般為開式連桿系，每個關(guān)節(jié)運(yùn)動副（軸）只有一個自由度，因此一般工業(yè)機(jī)器人的自由度數(shù)目就等于其關(guān)節(jié)數(shù)目（軸數(shù)目）。工業(yè)機(jī)器人的自由度數(shù)目越多，功能就越強(qiáng)。目前工業(yè)機(jī)器人通常具有4～6個自由度，其中又以具有6個自由度的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最為廣泛。6個自由度是使工業(yè)機(jī)器人具有完成空間定位能力的最小自由度數(shù)目，當(dāng)自由度數(shù)目超過6個時，便出現(xiàn)了冗余自由度，這樣的工業(yè)機(jī)器人統(tǒng)稱為冗余自由度工業(yè)機(jī)器人。冗余自由度工業(yè)機(jī)器人在避障、靈活性和容錯性等方面更有優(yōu)勢，能夠面對較復(fù)雜的工作環(huán)境和多變的作業(yè)需求，但其控制也會更加復(fù)雜。1.2.2工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)→2．自由度工業(yè)機(jī)器人的自由度數(shù)目越多，功能就越強(qiáng)。但在高速、高重復(fù)性的包裝工序中，為什么一般會選用具有4個自由度的工業(yè)機(jī)器人，而不選用更靈活的具有6個自由度的工業(yè)機(jī)器人？1.2.2工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)→3．定位精度和重復(fù)定位精度定位精度：工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器實際到達(dá)的位置與目標(biāo)位置之間的差異。重復(fù)定位精度：工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器重復(fù)定位于同一目標(biāo)位置的能力，可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示，它常用于衡量誤差值的密集度（即重復(fù)度）。定位精度1.2.2工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)→4．運(yùn)動速度運(yùn)動速度會影響工業(yè)機(jī)器人的工作效率和運(yùn)動周期，它與工業(yè)機(jī)器人所承受的動載荷、慣性力和定位精度等均有密切的關(guān)系。運(yùn)動速度提高，工業(yè)機(jī)器人所承受的動載荷會增大，加減速時所承受的慣性力也會增大，這會影響工業(yè)機(jī)器人的工作平穩(wěn)性和定位精度。普通工業(yè)機(jī)器人速度技術(shù)水平：最大直線運(yùn)動速度：一般不超過1000mm/s最大回轉(zhuǎn)速度：一般不超過120°/s生產(chǎn)商通常會在工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)中明確標(biāo)注其最大運(yùn)動速度。1.2.2工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)→5．有效負(fù)載有效負(fù)載：工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在工作時末端執(zhí)行器可搬運(yùn)的物體重量或所能承受的力或力矩，用以表示機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的負(fù)載能力。若工業(yè)機(jī)器人將目標(biāo)工件從一個工位搬運(yùn)到另一個工位，則其實際的負(fù)載為工件的重量與末端執(zhí)行器的重量之和。當(dāng)工業(yè)機(jī)器人在工作空間內(nèi)的不同位置時，其實際負(fù)載能力會有差異嗎？1.2.2工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)→5．有效負(fù)載ABB公司IRB5720-180/2.6型工業(yè)機(jī)器人的部分技術(shù)參數(shù)工作空間圖示隨堂檢測一、工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不包括以下哪一項？（）?A．末端執(zhí)行器?B．腕部?C．伺服控制器?D．腰部二、簡述工業(yè)機(jī)器人的基本組成及其功能。C課堂小結(jié)1.3工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用1.3.1焊接機(jī)器人焊接機(jī)器人定義：從事焊接作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人。分類：可分為點焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人。特點：安裝面積小、工作空間大，在保證定位精度（0.25mm）的情況下，可小節(jié)距地實現(xiàn)多點定位，并且其示教簡單，能夠保證焊接質(zhì)量。應(yīng)用領(lǐng)域：常用于汽車制造領(lǐng)域，是目前應(yīng)用最廣泛的工業(yè)機(jī)器人之一。焊接機(jī)器人1.3.2裝配機(jī)器人裝配機(jī)器人裝配機(jī)器人可以完成生產(chǎn)線上一些零件的裝配或拆卸工作，其典型類型有PUMA機(jī)器人和SCARA機(jī)器人兩種。PUMA機(jī)器人為垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人，一般有6個自由度，可完成空間任意姿態(tài)的復(fù)雜操作；SCARA機(jī)器人為水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人，一般有4個自由度，其重復(fù)定位精度高，適合重復(fù)性流水線作業(yè)。特點?：精度高、柔順性好、工作空間小、適配性好等。應(yīng)用優(yōu)勢?：保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)自動化水平。應(yīng)用領(lǐng)域?：主要用于各種電器、電動機(jī)、汽車、計算機(jī)、玩具等產(chǎn)品及其組件的裝配。假設(shè)我們有一個小型的玩具裝配生產(chǎn)線，你會選擇PUMA機(jī)器人還是SCARA機(jī)器人呢？為什么？1.3.3噴涂機(jī)器人噴涂機(jī)器人（噴漆機(jī)器人）：可進(jìn)行自動噴漆或噴涂其他涂料的工業(yè)機(jī)器人。噴涂機(jī)器人多采用5或6自由度關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，臂部有較大的運(yùn)動空間，可做復(fù)雜的軌跡運(yùn)動，腕部有2～3個自由度，可靈活運(yùn)動。較先進(jìn)噴涂機(jī)器人的腕部采用柔性手腕，既可向各個方向彎曲，又可轉(zhuǎn)動，其動作類似人的手腕，能通過較小的孔伸入工件內(nèi)部，噴涂其內(nèi)表面。噴涂機(jī)器人優(yōu)點?：動作速度快、噴涂質(zhì)量高、材料使用率高、操作維護(hù)簡單。應(yīng)用領(lǐng)域?：廣泛用于汽車、儀表、電器、搪瓷等生產(chǎn)部門。1.3.4搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)：用一種設(shè)備夾持工件，從一個加工位置移到另一個加工位置。搬運(yùn)機(jī)器人：可以進(jìn)行自動化搬運(yùn)作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人。特點：可安裝不同的末端執(zhí)行器以完成各種不同形狀和狀態(tài)工件的搬運(yùn)作業(yè)，大大減輕了人類繁重的體力勞動。應(yīng)用領(lǐng)域：廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝箱搬運(yùn)等。搬運(yùn)機(jī)器人頭腦風(fēng)暴---辨識工業(yè)機(jī)器人分析它們各自有什么特點，屬于哪種類型，以及它們適用于哪些領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器人能夠在工業(yè)生產(chǎn)中代替人類完成某些單調(diào)、重復(fù)的長時間作業(yè)，以及危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)。例如，在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工和簡單裝配等工序上，工業(yè)機(jī)器人能代替人類完成相應(yīng)操作。工業(yè)機(jī)器人種類繁多，用途也有所不同。工業(yè)機(jī)器人1工業(yè)機(jī)器人2工業(yè)機(jī)器人3工業(yè)機(jī)器人4工業(yè)機(jī)器人5項目實訓(xùn)→收集工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)信息不同品牌和型號工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)信息序號品牌型號類型功能部分技術(shù)參數(shù)1ABBIRB460串聯(lián)機(jī)器人碼垛、拆垛、搬運(yùn)物料等工作空間：2400mm自由度：4有效負(fù)載：110kg2ABBIRB365并聯(lián)機(jī)器人包裝、搬運(yùn)和整理瓶裝物品、3D

拾取、供料、邊緣放置、搬運(yùn)和分揀小包裹等工作空間：1100mm自由度：5有效負(fù)載：1.5kg3FANUCM-900iB/400L

工作空間：自由度：有效負(fù)載：4FANUCM-2000iA/900L

工作空間：自由度：有效負(fù)載：5KUKAKRDELTA

工作空間：自由度：有效負(fù)載：

項目實訓(xùn)→收集工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)信息（續(xù)表）序號品牌型號類型功能部分技術(shù)參數(shù)6廣州數(shù)控GSKRMD300

工作空間：自由度：有效負(fù)載：重復(fù)定位精度：7新松SR500A-500/2.52

工作空間：自由度：有效負(fù)載：重復(fù)定位精度：請大家查找并列舉其他不同品牌和型號的工業(yè)機(jī)器人，并收集它們的類型、功能、技術(shù)參數(shù)等相關(guān)信息。隨堂檢測一、以下哪種工業(yè)機(jī)器人常用于汽車車身框架的點焊作業(yè)？（

）?A．裝配機(jī)器人?B．焊接機(jī)器人?C．噴涂機(jī)器人?D．搬運(yùn)機(jī)器人二、簡述裝配機(jī)器人中PUMA機(jī)器人和SCARA機(jī)器人的主要區(qū)別。B課堂小結(jié)感謝觀看工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)目錄1初識工業(yè)機(jī)器人2認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)3認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械部分4認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人傳感器5認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)6了解工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)項目2認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)了解矩陣概述掌握矩陣的基本運(yùn)算掌握坐標(biāo)系的相關(guān)知識和剛體的表示方法掌握坐標(biāo)變換的三種方式了解工業(yè)機(jī)器人D-H表示法掌握工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的基本計算知識目標(biāo)技能目標(biāo)能夠求解經(jīng)過坐標(biāo)變換后某點的坐標(biāo)能夠利用圖解法檢驗變換后坐標(biāo)的正確性素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)愛黨愛國情懷，堅定制度自信樹立崇高遠(yuǎn)大的職業(yè)理想和投身國家建設(shè)的使命擔(dān)當(dāng)項目引入某噴涂機(jī)器人作業(yè)的水平范圍是一個直徑為6m的圓形區(qū)域，并可在2～4.5m的高度范圍內(nèi)靈活移動，其末端執(zhí)行器（即噴涂槍）的精度高達(dá)。噴涂機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)如此高精度的噴涂作業(yè)，主要依賴于通過運(yùn)動學(xué)分析對噴涂槍位置和姿態(tài)的精確計算。2.1工業(yè)機(jī)器人數(shù)學(xué)基礎(chǔ)項目導(dǎo)航2.2坐標(biāo)系及其關(guān)系描述2.4工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)2.3坐標(biāo)變換2.1工業(yè)機(jī)器人數(shù)學(xué)基礎(chǔ)2.1.1矩陣概述→1．矩陣的定義或矩陣可以是實數(shù)可以是虛數(shù)記為2.1.1矩陣概述→1．矩陣的定義例如,則2.1.1矩陣概述→2．幾種特殊形式的矩陣1）行矩陣2）列矩陣2.1.1矩陣概述→2．幾種特殊形式的矩陣3）零矩陣4）方陣2.1.1矩陣概述→2．幾種特殊形式的矩陣5）上三角矩陣上三角矩陣：主對角線以下均為零的方陣。6）下三角矩陣下三角矩陣：主對角線以上均為零的方陣。2.1.1矩陣概述→2．幾種特殊形式的矩陣7）對角矩陣對角矩陣：除主對角線上的元素以外，其余元素都為零的方陣。8）數(shù)量矩陣數(shù)量矩陣：主對角線上元素相同的對角矩陣。2.1.1矩陣概述→2．幾種特殊形式的矩陣9）單位矩陣單位矩陣：主對角線上元素全為1的數(shù)量矩陣。上三角矩陣下三角矩陣對角矩陣數(shù)量矩陣單位矩陣方陣10）同型矩陣同型矩陣：具有相同行數(shù)和相同列數(shù)的矩陣。2.1.1矩陣概述→2．幾種特殊形式的矩陣11）相等矩陣12）負(fù)矩陣2.1.2矩陣的基本運(yùn)算→1．矩陣的加法矩陣的加法應(yīng)滿足2.1.2矩陣的基本運(yùn)算→2．矩陣的數(shù)乘矩陣的數(shù)乘應(yīng)滿足2.1.2矩陣的基本運(yùn)算→3．矩陣的乘法矩陣的乘法矩陣的乘法一般不滿足交換律，即一般情況下，，但仍滿足下列運(yùn)算規(guī)律（假定以下運(yùn)算都能進(jìn)行）。只有當(dāng)左邊矩陣的列數(shù)等于右邊矩陣的行數(shù)時，兩個矩陣才能相乘，否則沒有意義。知識窗口隨堂檢測一、主對角線上元素相同的對角矩陣，稱為（）。A．?dāng)?shù)量矩陣 B．單位矩陣C．同型矩陣 D．三角矩陣二、為什么矩陣乘法不滿足交換律？請舉例說明。A課堂小結(jié)2.2坐標(biāo)系及其關(guān)系描述課堂引入工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)十分復(fù)雜，所以通常會采用坐標(biāo)系來準(zhǔn)確、清楚地描述工業(yè)機(jī)器人的位姿參數(shù)。工業(yè)機(jī)器人可以看成由一系列關(guān)節(jié)連接起來的連桿在空間組成的多剛體系統(tǒng)，因此研究工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)也涉及空間幾何問題。人們將空間幾何問題歸為易于理解的代數(shù)問題，再用代數(shù)方法進(jìn)行計算、證明，最終達(dá)到解決空間幾何問題的目的。2.2.1坐標(biāo)系的分類坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系柱面坐標(biāo)系球面坐標(biāo)系參考坐標(biāo)系關(guān)節(jié)坐標(biāo)系按形式的不同2.2.1坐標(biāo)系的分類→1．直角坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系右手坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系OXYZ（右手坐標(biāo)系）：取三條互相垂直且具有一定方向和度量單位的直線建立坐標(biāo)系。2.2.1坐標(biāo)系的分類→2．柱面坐標(biāo)系（a）點M及其投影P（b）柱面柱面坐標(biāo)系2.2.1坐標(biāo)系的分類→3．球面坐標(biāo)系球面坐標(biāo)系2.2.1坐標(biāo)系的分類→4．參考坐標(biāo)系參考坐標(biāo)系的作用：描述工業(yè)機(jī)器人相對于其他物體的運(yùn)動和工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動路徑等，其位置和方向不隨工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn)動而變化。對工業(yè)機(jī)器人其他坐標(biāo)系起參考定位的作用。參考坐標(biāo)系的表示：通常采用三維空間中的固定坐標(biāo)系OXYZ。參考坐標(biāo)系2.2.1坐標(biāo)系的分類→5．關(guān)節(jié)坐標(biāo)系關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的作用：描述工業(yè)機(jī)器人每一個獨立關(guān)節(jié)的運(yùn)動。關(guān)節(jié)類型與末端執(zhí)行器動作的關(guān)系：由于關(guān)節(jié)的類型不同，因此工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的動作也不同。關(guān)節(jié)坐標(biāo)系例如如果是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，那么工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器將繞著關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)。2.2.2向量與坐標(biāo)表示向量歐幾里得向量、幾何向量、矢量。即大小又有方向。表示為帶箭頭的線段。箭頭方向代表向量的方向線段長度代表向量的大小2.2.2向量與坐標(biāo)表示→1．空間點的表示空間點P的位置可以用它相對于直角坐標(biāo)系的三個坐標(biāo)分量來表示?？臻g點P在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)a，b，c ——空間點P在直角坐標(biāo)系中的三個坐標(biāo)分量i，j，k ——直角坐標(biāo)系三個坐標(biāo)軸上的單位向量2.2.2向量與坐標(biāo)表示→2．空間向量的表示向量起始于原點有向線段可以由起始點和終止點的坐標(biāo)來表示。（3）也可表示2.2.3坐標(biāo)系的關(guān)系描述2.2.3坐標(biāo)系的關(guān)系描述→1．共原點2.2.3坐標(biāo)系的關(guān)系描述→1．共原點由于兩個單位向量的點積為這兩個單位向量的模與它們夾角的余弦之積，因此方陣A又稱為方向余弦矩陣。2.2.3坐標(biāo)系的關(guān)系描述→1．共原點例2-12.2.3坐標(biāo)系的關(guān)系描述→1．共原點（1）運(yùn)動初始狀態(tài)。根據(jù)方向余弦矩陣的基本性質(zhì)可知，兩個坐標(biāo)系完全重合時，其方向余弦矩陣A是一個三階單位矩陣，即解：例2-12.2.3坐標(biāo)系的關(guān)系描述→1．共原點（2）運(yùn)動終了狀態(tài)。根據(jù)，可寫出方向余弦矩陣A為解：2.2.3坐標(biāo)系的關(guān)系描述→2．不共原點2.2.3坐標(biāo)系的關(guān)系描述→2．不共原點矩陣M可簡化為2.2.4剛體的表示方法2.2.4剛體的表示方法運(yùn)動橢圓剛體A的位姿確定表示，即：隨堂檢測一、以下不屬于工業(yè)機(jī)器人常用坐標(biāo)系的是（）A．直角坐標(biāo)系B．柱面坐標(biāo)系C．極坐標(biāo)系D．關(guān)節(jié)坐標(biāo)系二、簡述參考坐標(biāo)系與關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的區(qū)別。C課堂小結(jié)2.3坐標(biāo)變換2.3.1平移坐標(biāo)變換平移坐標(biāo)變換2.3.1平移坐標(biāo)變換坐標(biāo)平移方程平移矩陣2.3.1平移坐標(biāo)變換新坐標(biāo)系位姿可通過原坐標(biāo)系矩陣左乘平移矩陣得到。（1）（2）方向向量經(jīng)過平移后保持不變。（3）這種坐標(biāo)變換便于用矩陣乘法進(jìn)行變換計算，并使得到的新矩陣維數(shù)與變換前相同。平移坐標(biāo)變換的特點2.3.1平移坐標(biāo)變換例2-2由

得解：2.3.2旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換基本概念：若兩個坐標(biāo)系共原點且坐標(biāo)軸方向不同，則從一個坐標(biāo)系到另一個坐標(biāo)系的變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換。為簡化繞軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的推導(dǎo)，首先假設(shè)動系與定系重合，然后將結(jié)果推廣到其他的旋轉(zhuǎn)及組合旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換。2.3.2旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換繞Z軸旋轉(zhuǎn)前繞Z軸旋轉(zhuǎn)后2.3.2旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換繞Z軸旋轉(zhuǎn)后旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系后的Z軸正向俯視圖寫成矩陣形式為可得2.3.2旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換則2.3.2旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換同理，可推出繞X軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣為則繞Y軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣為則2.3.2旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換例2-3由

得解：2.3.3復(fù)合坐標(biāo)變換復(fù)合坐標(biāo)變換：由定系或動系的一系列沿軸平移和繞軸旋轉(zhuǎn)變換所組成的。任何變換都可以分解為按一定順序的一組平移變換和旋轉(zhuǎn)變換。例如為了探討如何處理復(fù)合坐標(biāo)變換，假設(shè)動系相對于定系依次進(jìn)行了以下三次變換。2.3.3復(fù)合坐標(biāo)變換根據(jù)：可分別寫出每次變換后的位姿矩陣，即2.3.3復(fù)合坐標(biāo)變換則每次變換后，某點相對于定系的新坐標(biāo)都是通過該點的原坐標(biāo)左乘變換矩陣得到的。隨堂檢測一、平移坐標(biāo)變換的特點不包括（）A．新坐標(biāo)系位姿由原矩陣左乘平移矩陣得到B．方向向量平移后保持不變C．變換后矩陣維數(shù)與原矩陣相同D．需繞軸旋轉(zhuǎn)一定角度二、為什么復(fù)合坐標(biāo)變換中變換順序會影響最終結(jié)果？D課堂小結(jié)2.4工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)2.4.1工業(yè)機(jī)器人D-H表示法→1．D-H表示法概述起源與發(fā)展：1955年，Denavit和Hartenberg發(fā)表了一篇論文，此后研究人員在該論文基礎(chǔ)上對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行表示和建模，導(dǎo)出了運(yùn)動學(xué)方程，并逐漸發(fā)展成為表示工業(yè)機(jī)器人和對工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動進(jìn)行建模的標(biāo)準(zhǔn)方法，稱為Denavit-Hartenberg表示法（D-H表示法）。2.4.1工業(yè)機(jī)器人D-H表示法→1．D-H表示法概述D-H表示法定義：是一種對工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)和連桿進(jìn)行建模的方法。適用范圍：可用于表示在任何坐標(biāo)系中的變換，如直角坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系等。此外，它還可以用于表示全旋轉(zhuǎn)的鏈?zhǔn)綑C(jī)器人、SCARA機(jī)器人或任何關(guān)節(jié)和連桿的組合。機(jī)器人組成假設(shè)：假設(shè)工業(yè)機(jī)器人由一系列關(guān)節(jié)和連桿組成。這些關(guān)節(jié)可能平移，也可能旋轉(zhuǎn)，它們可以按任意的順序放置并處于任意的平面上。連桿可以是任意的長度，它可能發(fā)生彎曲或扭曲，也可能處于任意的平面上。因此，任何工業(yè)機(jī)器人都可以用一組關(guān)節(jié)和連桿進(jìn)行表示和建模。2.4.1工業(yè)機(jī)器人D-H表示法→2．D-H表示法的實施步驟三個關(guān)節(jié)和兩個連桿的組合1）連桿參數(shù)的確定2.4.1工業(yè)機(jī)器人D-H表示法→2．D-H表示法的實施步驟1）連桿參數(shù)的確定2.4.1工業(yè)機(jī)器人D-H表示法→2．D-H表示法的實施步驟1）連桿參數(shù)的確定2.4.1工業(yè)機(jī)器人D-H表示法→2．D-H表示法的實施步驟2）連桿坐標(biāo)系的建立連桿坐標(biāo)系的建立規(guī)則2.4.1工業(yè)機(jī)器人D-H表示法→2．D-H表示法的實施步驟3）連桿坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換上述變換過程可以通過4個變換矩陣的乘積來表示。由于所有的變換都是相對于動系的，因此所有的變換矩陣都是右乘，從而得到的結(jié)果為頭腦風(fēng)暴→坐標(biāo)變換的應(yīng)用（a）旋轉(zhuǎn)前（b）繞Z軸旋轉(zhuǎn)90°（c）沿X軸和Z軸分別移動1個單位（d）繞Y軸旋轉(zhuǎn)90°2.4.2工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的基本計算→1．正向運(yùn)動學(xué)計算2.4.2工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的基本計算→1．正向運(yùn)動學(xué)計算例2-4由題意可知，求工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的位姿即求末端執(zhí)行器的坐標(biāo)及其與X軸的夾角。SCARA機(jī)器人為平面關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人，兩個關(guān)節(jié)軸線相互平行。解法一：2.4.2工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的基本計算→1．正向運(yùn)動學(xué)計算例2-4由

得，工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的位姿為解法二：2.4.2工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的基本計算→1．正向運(yùn)動學(xué)計算例2-4解法二：2.4.2工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的基本計算→2．逆向運(yùn)動學(xué)計算逆向運(yùn)動學(xué)計算應(yīng)用背景：控制工業(yè)機(jī)器人時，為了令末端執(zhí)行器到達(dá)空間中給定的位置并滿足姿勢要求，需要知道滿足此位姿時各關(guān)節(jié)的角度，從而控制各關(guān)節(jié)電動機(jī)。逆向運(yùn)動學(xué)計算：已知工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的位姿，求各關(guān)節(jié)變量的計算。計算特點對比：正向運(yùn)動學(xué)計算簡單。逆向運(yùn)動學(xué)計算復(fù)雜，且存在無解或多解情況。2.4.2工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的基本計算→2．逆向運(yùn)動學(xué)計算例2-52.4.2工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的基本計算→2．逆向運(yùn)動學(xué)計算由題意可知，第三關(guān)節(jié)的坐標(biāo)可由末端執(zhí)行器的坐標(biāo)求得，即解：2.4.2工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的基本計算→2．逆向運(yùn)動學(xué)計算解：工業(yè)機(jī)器人可能的位姿項目實訓(xùn)→利用圖解法檢驗變換后坐標(biāo)的正確性項目實訓(xùn)→利用圖解法檢驗變換后坐標(biāo)的正確性1．求解變換后的坐標(biāo)根據(jù)：可得，點P在定系中的坐標(biāo)為項目實訓(xùn)→利用圖解法檢驗變換后坐標(biāo)的正確性2．檢驗坐標(biāo)的正確性上述結(jié)果可通過下圖所示的圖解法進(jìn)行檢驗。（a）旋轉(zhuǎn)前（b）繞X軸旋轉(zhuǎn)90°（c）沿X軸移動1個單位（d）繞Z軸旋轉(zhuǎn)90°圖解法項目實訓(xùn)→利用圖解法檢驗變換后坐標(biāo)的正確性一、已知工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)變量，求末端執(zhí)行器位姿的計算是（）。A．逆向運(yùn)動學(xué)計算B．正向運(yùn)動學(xué)計算C．復(fù)合運(yùn)動學(xué)計算D．齊次運(yùn)動學(xué)計算二、概括D-H表示法中單個連桿幾何特征、相鄰連桿連接關(guān)系的描述參數(shù)，分別說明各參數(shù)含義。隨堂檢測B課堂小結(jié)感謝觀看工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)目錄1初識工業(yè)機(jī)器人2認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)3認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械部分4認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人傳感器5認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)6了解工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)項目3認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械部分學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的類型及特點熟悉工業(yè)機(jī)器人腕部、臂部、腰部、機(jī)座的類型及特點熟悉工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動器和驅(qū)動方式了解工業(yè)機(jī)器人的傳動機(jī)構(gòu)知識目標(biāo)技能目標(biāo)能夠指出工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的組成及其功能能夠區(qū)分不同工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的相同與不同之處素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)開拓進(jìn)取、勇于創(chuàng)新的精神養(yǎng)成團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊精神3.1末端執(zhí)行器項目導(dǎo)航3.2腕部3.4腰部3.3臂部3.5機(jī)座3.6驅(qū)動器3.7傳動機(jī)構(gòu)3.1傳動機(jī)構(gòu)3.1.0末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器即工業(yè)機(jī)器人的手部。安裝位置：腕部末端。作用：用于直接抓握工件或執(zhí)行焊接、噴涂等作業(yè)。末端執(zhí)行器存在意義：對工業(yè)機(jī)器人工作完成的質(zhì)量起著關(guān)鍵作用，是工業(yè)機(jī)器人最為重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通常，根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)的不同，末端執(zhí)行器可分為夾持式末端執(zhí)行器、吸附式末端執(zhí)行器和專用工具三種類型。（a）夾持式末端執(zhí)行器（b）吸附式末端執(zhí)行器（c）專用工具（柔性焊槍）末端執(zhí)行器的類型3.1.1夾持式末端執(zhí)行器夾持式末端執(zhí)行器組成：手指、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和支架等。夾持式末端執(zhí)行器原理：通過手指的開合動作實現(xiàn)對工件的夾持。夾持式末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)3.1.1夾持式末端執(zhí)行器手指是工業(yè)機(jī)器人直接與工件接觸的部件，它的結(jié)構(gòu)形式一般取決于工件的形狀和特性。常用的手指類型

V形指用于夾持圓柱形工件。平面指用于夾持具有兩個平行平面的方形工件、方形板或細(xì)小棒料。尖指用于夾持小型、柔性或炙熱工件。特形指用于夾持形狀不規(guī)則的工件。夾持式末端執(zhí)行器回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器平移型末端執(zhí)行器根據(jù)手指開合動作特點的不同3.1.1夾持式末端執(zhí)行器→1．回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器在夾持式末端執(zhí)行器中，回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器應(yīng)用較多，其手指為一對杠桿，可與其他部件組成復(fù)合式杠桿傳動機(jī)構(gòu)，用以改變傳動比和運(yùn)動方向。常用的回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器類型單作用斜楔式雙支點連桿式滑槽杠桿式3.1.1夾持式末端執(zhí)行器→1．回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器1）單作用斜楔式夾緊過程：斜楔向下運(yùn)動，克服彈簧拉力，使手指裝著滾子的一端向外撐開，從而夾緊工件；松開過程：斜楔向上運(yùn)動，在彈簧拉力作用下使手指松開工件。優(yōu)化設(shè)計：手指與斜楔一般通過滾子接觸，可以減小摩擦力，提高機(jī)械效率。單作用斜楔式回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器3.1.1夾持式末端執(zhí)行器→1．回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器2）雙支點連桿式工作原理：當(dāng)驅(qū)動桿做直線往復(fù)運(yùn)動時，帶動連桿推動兩手指各繞其支點（鉸銷）做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而控制手指的松開或閉合。單作用斜楔式回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器3.1.1夾持式末端執(zhí)行器→1．回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器3）滑槽杠桿式工作原理：驅(qū)動桿上的圓柱銷嵌套在滑槽內(nèi)，當(dāng)驅(qū)動桿同圓柱銷一起做直線往復(fù)運(yùn)動時，即可撥動兩個手指各繞其支點（鉸銷）做相對回轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而控制手指的松開或閉合。滑槽杠桿式回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器3.1.1夾持式末端執(zhí)行器→2．平移型末端執(zhí)行器平移型末端執(zhí)行器通過手指的指面做直線往復(fù)運(yùn)動或平面平行移動來實現(xiàn)松開或閉合動作，常用于夾持具有平行平面的工件，如冰箱、洗衣機(jī)等。平移型末端執(zhí)行器移動機(jī)構(gòu)直線往復(fù)移動機(jī)構(gòu)平面平行移動機(jī)構(gòu)3.1.1夾持式末端執(zhí)行器→2．平移型末端執(zhí)行器1）直線往復(fù)移動機(jī)構(gòu)直線往復(fù)移動機(jī)構(gòu)類型斜楔平移機(jī)構(gòu)、杠桿平移機(jī)構(gòu)、螺旋平移機(jī)構(gòu)等。結(jié)構(gòu)分類按手指數(shù)量：雙指型、三指型、多指型按定心功能：自動定心型、非自動定心型杠桿平移機(jī)構(gòu)3.1.1夾持式末端執(zhí)行器→2．平移型末端執(zhí)行器2）平面平行移動機(jī)構(gòu)核心結(jié)構(gòu)采用平行四邊形鉸鏈機(jī)構(gòu)（雙曲柄鉸鏈機(jī)構(gòu)）來實現(xiàn)手指平移。傳動方法分類齒輪齒條傳動蝸輪蝸桿傳動連桿斜滑槽傳動齒輪齒條平移機(jī)構(gòu)3.1.1夾持式末端執(zhí)行器→2．平移型末端執(zhí)行器夾持式末端執(zhí)行器最完美的形式是模仿人手的多指靈巧手。多指靈巧手有多個手指，每個手指有多個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，每個關(guān)節(jié)的自由度都是獨立控制的。因此，人類手指能完成的復(fù)雜動作它幾乎都能模仿，如擰螺釘、彈鋼琴、拿水杯等。多指靈巧手若再配置觸覺、力覺、視覺、溫度等傳感器，則會達(dá)到更完美的程度。多指靈巧手的應(yīng)用前景十分廣泛，它可在各種極限環(huán)境下完成人類難以執(zhí)行的操作，如在核輻射區(qū)域或宇宙空間中作業(yè)。知識窗口多指靈巧手3.1.2吸附式末端執(zhí)行器吸附式末端執(zhí)行器氣吸式末端執(zhí)行器磁吸式末端執(zhí)行器根據(jù)吸附原理的不同3.1.2吸附式末端執(zhí)行器→1．氣吸式末端執(zhí)行器組成：由吸盤、吸盤架及進(jìn)/排氣系統(tǒng)組成。特點：結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、使用方便。應(yīng)用領(lǐng)域：廣泛應(yīng)用于非金屬材料（如玻璃、塑料板材等）或無剩磁材料的吸附。氣吸式末端執(zhí)行器對工件表面沒有損傷，且對被吸附工件預(yù)定的定位精度要求不高，但要求被吸工件材質(zhì)致密，沒有透氣空隙，工件上與吸盤接觸的部位光滑、平整、潔凈。工作原理：利用吸盤內(nèi)的壓力與大氣壓之間的壓力差而工作的。3.1.2吸附式末端執(zhí)行器→1．氣吸式末端執(zhí)行器氣吸式末端執(zhí)行器真空氣吸噴氣式負(fù)壓氣吸擠壓排氣負(fù)壓氣吸3.1.2吸附式末端執(zhí)行器→2．磁吸式末端執(zhí)行器工作原理：利用電磁鐵通電后產(chǎn)生的電磁吸力取料。適用范圍：只對鐵磁物體起作用。局限性：對某些不允許有剩磁的零件應(yīng)禁止使用。（a）吸附滾動軸承底座（b）吸附鋼板（c）吸附齒輪（d）吸附多孔鋼板幾種電磁式吸盤吸料示意圖磁吸式末端執(zhí)行器的組成電磁式吸盤防塵蓋線圈殼體3.1.2吸附式末端執(zhí)行器→2．磁吸式末端執(zhí)行器實際應(yīng)用：一般用盤式電磁鐵，其銜鐵是固定的，銜鐵內(nèi)用隔磁材料將磁力線切斷。當(dāng)銜鐵接觸鐵磁零件時，零件即被磁化而形成磁力線回路，并在電磁吸力的作用下被吸住。工作原理：線圈通電后，在鐵心內(nèi)外產(chǎn)生磁場，磁力線經(jīng)過鐵心、氣隙和銜鐵形成回路。銜鐵受到電磁吸力的作用被牢牢吸住。1—線圈2—鐵心3—銜鐵3.1.3專用工具核心特性：通用性強(qiáng)，可通過更換專用工具執(zhí)行多樣化作業(yè)。工具更換方式：通過電磁吸盤式換接器（工具快換裝置）快速進(jìn)行更換，從而滿足用戶的不同加工需求。例如通用工業(yè)機(jī)器人安裝焊槍便可成為一臺焊接機(jī)器人，安裝擰螺母機(jī)便可成為一臺裝配機(jī)器人。（a）電磁吸盤式換接器（b）專用工具1—氣路接口；2—電磁吸盤；3—定位銷；4—電接頭。電磁吸盤式換接器和專用工具隨堂檢測一、用于夾持圓柱形工件的手指類型是（）。A．平面指B．V形指C．尖指D．特形指二、對比氣吸式末端執(zhí)行器和磁吸式末端執(zhí)行器的適用范圍。B課堂小結(jié)3.2腕部3.2.0簡介人類的手腕連接著手掌和手臂，工業(yè)機(jī)器人亦是如此。工業(yè)機(jī)器人的腕部是連接末端執(zhí)行器和臂部的部件，其具有獨立的自由度，作業(yè)時通過腕部調(diào)整或改變末端執(zhí)行器的位姿，可使末端執(zhí)行器適應(yīng)復(fù)雜的動作要求。3.2.1腕部概述→1．腕部的運(yùn)動形式腕部一般需要三個自由度，由三個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組合而成。腕部繞臂部軸線方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動腕部相對于臂部進(jìn)行的上下、左右擺動末端執(zhí)行器繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運(yùn)動形式3.2.1腕部概述→1．腕部的運(yùn)動形式根據(jù)轉(zhuǎn)動特點的不同特點：組成關(guān)節(jié)的兩個零件回轉(zhuǎn)軸線重合，可實現(xiàn)360°無障礙旋轉(zhuǎn)。標(biāo)記：用

R表示。滾轉(zhuǎn)特點：組成關(guān)節(jié)的兩個零件回轉(zhuǎn)軸線相互垂直，受結(jié)構(gòu)限制，相對轉(zhuǎn)動角度小于360°。標(biāo)記：用B表示。彎轉(zhuǎn)腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動根據(jù)使用要求的不同，腕部的自由度不一定是三個，也可以是其他數(shù)目。腕部自由度的選用與工業(yè)機(jī)器人的通用性、加工工藝要求、工件放置位置和定位精度等因素有關(guān)。知識窗口3.2.1腕部概述→2．腕部的結(jié)合方式

（a）BBR型（b）BRR型（c）RBR型

（d）BRB型（e）RBB型（f）RRR型三自由度腕部的結(jié)合方式3.2.2常見工業(yè)機(jī)器人腕部的工作原理常見工業(yè)機(jī)器人的腕部RRR型三自由度腕部二自由度腕部齒輪鏈輪傳動三自由度腕部柔順腕部3.2.2常見工業(yè)機(jī)器人腕部的工作原理→1．RRR型三自由度腕部結(jié)構(gòu)與運(yùn)動傳遞：RRR型三自由度腕部的中間關(guān)節(jié)是斜置的，三根轉(zhuǎn)動軸內(nèi)外套在同一轉(zhuǎn)動軸線上。RRR型三自由度腕部原理圖最外面的轉(zhuǎn)動軸套直接驅(qū)動整個腕部轉(zhuǎn)動。中間的軸套驅(qū)動斜置的中間關(guān)節(jié)運(yùn)動。中心軸驅(qū)動第三個滾轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。特點與應(yīng)用：制造簡單，潤滑條件好，機(jī)械效率高，容易實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動，應(yīng)用較為普遍。3.2.2常見工業(yè)機(jī)器人腕部的工作原理→2．二自由度腕部設(shè)計思路：通過軸B轉(zhuǎn)動實現(xiàn)腕擺運(yùn)動，通過軸S轉(zhuǎn)動實現(xiàn)手轉(zhuǎn)運(yùn)動。某種二自由度腕部原理圖1，2，3，4，5，6—錐齒輪構(gòu)架末端執(zhí)行器末端執(zhí)行器3.2.2常見工業(yè)機(jī)器人腕部的工作原理→2．二自由度腕部腕部的誘導(dǎo)運(yùn)動：某種二自由度腕部原理圖3.2.2常見工業(yè)機(jī)器人腕部的工作原理→2．二自由度腕部設(shè)計注意：在設(shè)計二自由度腕部時要注意采取補(bǔ)償措施，以消除誘導(dǎo)運(yùn)動的影響。某種二自由度腕部原理圖3.2.2常見工業(yè)機(jī)器人腕部的工作原理→3．齒輪鏈輪傳動三自由度腕部齒輪鏈輪傳動三自由度腕部原理圖油缸鏈輪3，4，12，13，14，15，16，17，18，20—錐齒輪5，6—花鍵軸傳動軸S腕架行星架10，11，22，24—圓柱齒輪鏈輪21，23—雙聯(lián)圓柱齒輪油缸3.2.2常見工業(yè)機(jī)器人腕部的工作原理→3．齒輪鏈輪傳動三自由度腕部實現(xiàn)腕部繞擺動軸19腕擺運(yùn)動的路線為：傳動軸B→圓柱齒輪24→雙聯(lián)圓柱齒輪21→錐齒輪20→錐齒輪16→錐齒輪17→錐齒輪18（固定輪）→腕部繞擺動軸19腕擺。當(dāng)行星架9固定不動實現(xiàn)末端執(zhí)行器手轉(zhuǎn)運(yùn)動的路線為：傳動軸S→圓柱齒輪10→雙聯(lián)圓柱齒輪23→圓柱齒輪11→錐齒輪12→錐齒輪13→錐齒輪14→錐齒輪15→末端執(zhí)行器手轉(zhuǎn)。3.2.2常見工業(yè)機(jī)器人腕部的工作原理→3．齒輪鏈輪傳動三自由度腕部行星架9增加腕部轉(zhuǎn)動的自由度運(yùn)動路線?：油缸1中的活塞左右移動→鏈輪2→錐齒輪3，4→花鍵軸5，6→行星架9運(yùn)動。行星架9的運(yùn)動可增加腕部轉(zhuǎn)動的自由度行星架9運(yùn)動引發(fā)的誘導(dǎo)運(yùn)動?：腕擺運(yùn)動：當(dāng)行星架9運(yùn)動時，由于圓柱齒輪22繞雙聯(lián)圓柱齒輪21和圓柱齒輪11繞雙聯(lián)圓柱齒輪23轉(zhuǎn)動，因此圓柱齒輪22的自轉(zhuǎn)通過錐齒輪20，16，17，18傳遞到擺動軸19，引起腕部繞擺動軸19的腕擺運(yùn)動。手轉(zhuǎn)運(yùn)動：圓柱齒輪11的自轉(zhuǎn)通過錐齒輪12，13，14，15傳遞到末端執(zhí)行器產(chǎn)生手轉(zhuǎn)運(yùn)動。3.2.2常見工業(yè)機(jī)器人腕部的工作原理→4．柔順腕部精密裝配作業(yè)中，被裝配零件之間的配合精度相當(dāng)高。由于被裝配零件的不一致性，導(dǎo)致工件的定位夾具、末端執(zhí)行器的定位精度無法滿足裝配要求，產(chǎn)生裝配困難，因此便有了對裝配動作柔順性的要求。主動柔順裝配：從檢測、控制的角度，采取各種不同的傳感方法，實現(xiàn)邊校正邊裝配。被動柔順裝配：從結(jié)構(gòu)的角度在腕部配置一個柔順環(huán)節(jié)，以滿足柔順裝配的需要。0102柔順裝配技術(shù)3.2.2常見工業(yè)機(jī)器人腕部的工作原理→4．柔順腕部具有水平浮動和擺動浮動機(jī)構(gòu)的柔順腕部水平浮動機(jī)構(gòu)：由平面、鋼珠和彈簧構(gòu)成，以實現(xiàn)兩個方向的浮動。擺動浮動機(jī)構(gòu)：由上、下球面和彈簧構(gòu)成，以實現(xiàn)兩個方向的擺動。在裝配作業(yè)中，如遇夾具定位不準(zhǔn)或末端執(zhí)行器定位不準(zhǔn)時可自行校正。在插入裝配作業(yè)中，當(dāng)工件局部被卡住時，阻力促使柔順腕部進(jìn)行微小的修正，工件便能順利插入。柔順腕部動作過程3.2.2常見工業(yè)機(jī)器人腕部的工作原理→4．柔順腕部腕部結(jié)構(gòu)是工業(yè)機(jī)器人中最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)之一，且因傳動系統(tǒng)互相干擾，更增加了腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計難度。為滿足末端執(zhí)行器作業(yè)時的姿態(tài)要求，腕部應(yīng)輕量化，傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單并有利于臂部對整機(jī)的靜力平衡。知識窗口隨堂檢測一、工業(yè)機(jī)器人腕部實現(xiàn)“末端執(zhí)行器繞自身軸線旋轉(zhuǎn)”的運(yùn)動形式稱為（）。A．臂轉(zhuǎn)B．腕擺C．手轉(zhuǎn)二、柔順腕部為何需要水平浮動和擺動浮動機(jī)構(gòu)？C課堂小結(jié)3.3臂部3.3.0課堂引入未來的你走進(jìn)一家“機(jī)器人廚房”：一臺機(jī)器人像頂級廚師一樣，左手顛鍋翻炒、右手精準(zhǔn)調(diào)味，還能瞬間伸長手臂從高處取來調(diào)料瓶；而隔壁倉庫的機(jī)器人更夸張——它“站”在角落里，卻能像章魚觸手般靈活抓取遠(yuǎn)處的貨物。這些神奇的操作，全都依賴工業(yè)機(jī)器人的“百變手臂”！這些“鋼鐵手臂”究竟藏著什么秘密？為什么有的手臂能“一柱擎天”，有的卻像“九曲回廊”？今天，我們就化身“機(jī)器人工程師”，拆解工業(yè)機(jī)器人臂部的三大運(yùn)動密碼、四大配置形態(tài)和結(jié)構(gòu)設(shè)計黑科技！3.3.1臂部概述臂部組成核心部件：臂桿、傳動裝置、導(dǎo)向定位裝置、支撐連接和位置檢測元件。外形結(jié)構(gòu)：由回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、大臂和小臂組成。定義：臂部的上下運(yùn)動。實現(xiàn)方式：采用液壓缸機(jī)構(gòu)或通過調(diào)整工業(yè)機(jī)器人機(jī)身在垂直方向上的安裝位置。垂直移動徑向移動定義：臂部的伸縮運(yùn)動。作用：使臂部的工作空間發(fā)生變化?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動定義：臂部繞鉛垂軸的運(yùn)動。作用：決定了臂部所能達(dá)到的角度位置。3.3.2臂部的配置形式常見的配置形式橫梁式立柱式機(jī)座式屈伸式3.3.2臂部的配置形式→1．橫梁式配置基本構(gòu)成與分類機(jī)座設(shè)計：機(jī)座為橫梁，用于懸掛臂部機(jī)構(gòu)。分類：分單臂懸掛式、雙臂懸掛式。（a）單臂懸掛式（b）雙臂懸掛式橫梁式配置運(yùn)動方式：大多為移動式。優(yōu)點：占地面積小、空間利用率高、動作簡單直觀。橫梁安裝形式及位置安裝形式：可固定，也可行走。安裝位置：一般裝在廠房原有建筑柱梁/設(shè)備上，也可從地面上架設(shè)。3.3.2臂部的配置形式→2．立柱式配置分類：較常見，分單臂式、雙臂式。運(yùn)動及優(yōu)點：臂部可在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)；優(yōu)點為占地面積小、工作空間大。（a）單臂式（b）雙臂式立柱式配置安裝方式：立柱可固定安裝在空地上，也可固定安裝在床身上。結(jié)構(gòu)與功能：結(jié)構(gòu)較為簡單，主要承擔(dān)上、下料或轉(zhuǎn)運(yùn)等工作。3.3.2臂部的配置形式→3．機(jī)座式配置屬性：為獨立的、自成系統(tǒng)的完整裝置。分類：單臂回轉(zhuǎn)式、雙臂回轉(zhuǎn)式、多臂回轉(zhuǎn)式。特點：可隨意安放和搬動?？裳氐孛嫔系膶Ｓ密壍酪苿樱瑪U(kuò)大其活動范圍。（a）單臂回轉(zhuǎn)式（b）雙臂回轉(zhuǎn)式（c）多臂回轉(zhuǎn)式機(jī)座式配置3.3.2臂部的配置形式→4．屈伸式配置構(gòu)成：臂部由大臂、小臂組成，大臂與小臂間有相對運(yùn)動，稱為屈伸臂。分類：分平面屈伸式、立體屈伸式。（a）平面屈伸式（b）立體屈伸式屈伸式配置1—立柱2—大臂3—小臂4—腕部5—末端執(zhí)行器運(yùn)動實現(xiàn)：屈伸臂與機(jī)座一起，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動軌跡，既可實現(xiàn)平面運(yùn)動，又可實現(xiàn)空間運(yùn)動。3.3.3臂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計工業(yè)機(jī)器人臂部的總重量較大、受力較復(fù)雜，直接承受腕部、末端執(zhí)行器和操作工具的靜、動載荷，在高速運(yùn)動時會產(chǎn)生較大的慣性力。臂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)滿足工業(yè)機(jī)器人作業(yè)空間的要求。（1）合理選擇臂部截面形狀，并選用高強(qiáng)度輕質(zhì)材料。工字形截面的彎曲剛度一般比圓形截面大，空心管的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都比實心軸大，所以常用鋼管制作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼制作支撐板。（2）臂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求3.3.3臂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計盡量減小臂部重量和整個臂部相對于回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量，以減小運(yùn)動時的動載荷與沖擊。（3）合理設(shè)計臂部與腕部、機(jī)座的連接部位。這些連接部位直接承擔(dān)臂部的動載荷與力矩傳遞，若結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足或剛性匹配不當(dāng)，則可能導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人振動加劇，進(jìn)而影響末端執(zhí)行器的定位精度。（4）臂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求工業(yè)機(jī)器人臂部的制作材料中，非金屬材料主要有聚酰胺（PA）、聚醚醚酮（PEEK）和碳纖維等；金屬材料以輕合金，特別是以鋁合金為主。知識窗口隨堂檢測一、工業(yè)機(jī)器人臂部實現(xiàn)上下運(yùn)動的自由度稱為（）。A．徑向移動B．垂直移動C．回轉(zhuǎn)運(yùn)動二、簡述工業(yè)機(jī)器人臂部的三大自由度及其作用。B課堂小結(jié)3.4腰部課堂引入在未來的科幻工廠里，一臺工業(yè)機(jī)器人正執(zhí)行高難度任務(wù)：它要在高速旋轉(zhuǎn)中，將精密零件像“穿針引線”般準(zhǔn)確裝配到移動的設(shè)備上。突然，它的“腰”沒撐住，零件散落一地——這背后，藏著工業(yè)機(jī)器人“腰部”設(shè)計的哪些秘密？其實，工業(yè)機(jī)器人的腰部就像我們的“小蠻腰”，看似纖細(xì)，卻承擔(dān)著支撐手臂、靈活轉(zhuǎn)向的重任。但與人類不同的是，它不僅要在焊接時保持紋絲不動，還要在搬運(yùn)重物時靈活扭轉(zhuǎn)，甚至在高速運(yùn)動中精準(zhǔn)定位。這就好比要求運(yùn)動員既要像雕塑般穩(wěn)定，又要像舞者般靈活！讓我們一起拆解工業(yè)機(jī)器人的“鋼鐵之腰”，看看如何讓它又穩(wěn)、又輕、又靈活！腰部功能與作用腰部（立柱）：支撐臂部的部件。它既可在機(jī)座上轉(zhuǎn)動，也可與機(jī)座制成一體。腰部可與臂部運(yùn)動結(jié)合，將腕部移送到需要到達(dá)的工作位置。因此，腰部不僅可以幫助工業(yè)機(jī)器人獲得更大的運(yùn)動范圍和更高的靈活性，還可以增加工業(yè)機(jī)器人的姿態(tài)調(diào)節(jié)能力，使其適應(yīng)不同的作業(yè)環(huán)境。工業(yè)機(jī)器人腰部作為連接機(jī)座與臂部的核心部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計直接影響工業(yè)機(jī)器人的負(fù)載能力、運(yùn)動精度、剛性和動態(tài)性能。腰部結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求（1）選用高強(qiáng)度材料，如鑄鐵或碳纖維復(fù)合材料，以承受扭轉(zhuǎn)和彎曲力矩。（2）通過拓?fù)鋬?yōu)化或中空結(jié)構(gòu)減輕腰部重量，在保證剛性的前提下去除冗余材料，如采用鏤空支撐框架或蜂窩狀內(nèi)部結(jié)構(gòu)。（3）需要通過動力學(xué)仿真精確計算臂部運(yùn)動產(chǎn)生的慣性力矩，并據(jù)此優(yōu)化腰部結(jié)構(gòu)剛性，避免在高速運(yùn)動工況下腰部變形導(dǎo)致末端執(zhí)行器定位不精確。（4）采用多支撐軸承布局，如交叉滾子軸承與雙列角接觸球軸承組合，以強(qiáng)化腰部結(jié)構(gòu)剛性。拓?fù)鋬?yōu)化是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一種。知識窗口一、工業(yè)機(jī)器人腰部的主要功能是（）。A．支撐末端執(zhí)行器B．連接機(jī)座與臂部，擴(kuò)大運(yùn)動范圍C．實現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動二、簡述工業(yè)機(jī)器人腰部的兩大核心功能。隨堂檢測B課堂小結(jié)3.5機(jī)座移動式機(jī)座組成：含驅(qū)動裝置、傳動機(jī)構(gòu)、位置檢測元件、傳感器、電纜及管路等。功能：支撐工業(yè)機(jī)器人的臂部、腕部和末端執(zhí)行器。根據(jù)作業(yè)任務(wù)的要求，帶動工業(yè)機(jī)器人在更廣闊的空間內(nèi)運(yùn)動。3.5.1機(jī)座概述固定式用鉚釘直接固定于地面或工作臺上移動式安裝在行走機(jī)構(gòu)上機(jī)座3.5.1機(jī)座概述工業(yè)機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)無固定軌跡式行走機(jī)構(gòu)固定軌跡式行走機(jī)構(gòu)安裝在一個可移動的拖板座上，整個工業(yè)機(jī)器人可以靠絲杠螺母的驅(qū)動沿絲杠縱向移動。除此之外，此類工業(yè)機(jī)器人也可采用類似起重機(jī)梁的移動方式行走。應(yīng)用場景：工作區(qū)域大的作業(yè)場合，如大型設(shè)備裝配，立體化倉庫中的材料搬運(yùn)和堆垛，大面積噴涂等。類型：常見類型：履帶式行走機(jī)構(gòu)、輪式行走機(jī)構(gòu)和足式行走機(jī)構(gòu)等。特殊類型：步進(jìn)式行走機(jī)構(gòu)、蠕動式行走機(jī)構(gòu)、混合式行走機(jī)構(gòu)和蛇行式行走機(jī)構(gòu)等。3.5.2行走機(jī)構(gòu)→1．履帶式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)組成支重輪拖鏈輪導(dǎo)向輪（引導(dǎo)輪）驅(qū)動輪履帶行走架張緊裝置行走液壓馬達(dá)減速機(jī)履帶式行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)1—導(dǎo)向輪2—張緊裝置3—行走架3—行走架5—履帶6—拖鏈輪7—驅(qū)動輪8—行走液壓馬達(dá)和減速機(jī)3.5.2行走機(jī)構(gòu)→1．履帶式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)特點（1）支撐面積大，接地比壓小，下陷度小，滾動阻力小，適合在松軟或泥濘場地作業(yè)。（2）越野機(jī)動性好，可以在凹凸不平的地面上行走，可以跨越障礙物，能爬梯度不大的臺階，爬坡、越溝等性能優(yōu)越。（3）履帶支撐面上有履齒，因此不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力。（4）沒有自定位輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，只能靠左右兩個履帶的速度差實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，因此轉(zhuǎn)向和前進(jìn)方向都會產(chǎn)生滑動，且轉(zhuǎn)彎阻力大，不能準(zhǔn)確地確定回轉(zhuǎn)半徑。（5）結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、運(yùn)動慣性大、減振功能差，零件容易損壞。3.5.2行走機(jī)構(gòu)→2．輪式行走機(jī)構(gòu)應(yīng)用場景：平坦的地面上。輪式行走機(jī)構(gòu)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用車輪類型與適用場景車輪類型適用地面實心鋼輪軌道