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1、1.4 1.4 工业机器人的基本组成及技术参数工业机器人的基本组成及技术参数机器人的组成机器人的组成机器人的组成部分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感受系统驱动系统驱动系统机器人系统组成分析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：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、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
2、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。驱动系统驱动系统机器人系统组成分析控制系统人机交互系统机器人环境交互系统感受系统机身部分机身部分手臂部分手臂部分末端操作器末端操作器关节关节驱动系统驱动系统机器人系统组成分析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。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。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。对于一些特殊的信息, 传感器比人
3、类的感受系统更有效。驱动系统驱动系统机器人系统组成分析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驱动系统机器人系统组成分析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。 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
4、统驱动系统机器人系统组成分析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 是根据程序和反馈信息控制机器人动作的中心。分为开环系统和闭环系统。 机器人的基本工作原理是示教再现；示教也称导引，即由用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
5、启动命令，机器人将精确地按示教动作，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；一步步完成全部操作； 冗余自由度机器人 利用冗余自由度可以增利用冗余自由度可以增加机器人的灵活性、躲避障加机器人的灵活性、躲避障碍物和改善动力性能。人碍物和改善动力性能。人的手臂的手臂(大臂、小臂、大臂、小臂、 手腕手腕)共有七个自由度共有七个自由度, 所以工所以工作起来很灵巧作起来很灵巧,手部可回手部可回避障碍而从不同方向到达避障碍而从不同方向到达同一个目的点。同一个目的点。 定位精度（定位精度（Positioning accuracy）：）：指指机器人末端参考点实际到达的位置与机
6、器人末端参考点实际到达的位置与所需要到达的理想位置之间的差距。所需要到达的理想位置之间的差距。重复性（重复性（Repeatability）或重复精度）或重复精度：在相同的位置指令在相同的位置指令下，机器人连续重复若干次其位置的下，机器人连续重复若干次其位置的分散情况。它是衡量一列误差值的密分散情况。它是衡量一列误差值的密集程度，即重复度。集程度，即重复度。oo3工作范围工作范围:工作空间（工作空间（Working space）：）：机器人机器人手腕参考点或末端操作器安装点（不手腕参考点或末端操作器安装点（不包括末端操作器）所能到达的所有空包括末端操作器）所能到达的所有空间区域，一般不包括末端操
7、作器本身间区域，一般不包括末端操作器本身所能到达的区域。所能到达的区域。4工作速度：工作速度： 指机器人各个方向的移动速度或转动速度。这些速度可以相同，可以不同不同。5承载能力：承载能力： 表表1.3 PUMA 562机器人的主要技术参数机器人的主要技术参数 图 1.17 PUMA 562工业机器人 1.4.3 工业机器人的坐标工业机器人的坐标1. 直角坐标笛卡儿坐标台架型直角坐标笛卡儿坐标台架型(3P)优点：很容易通过计算机控制实现，容易达到高精度。缺点：妨碍工作, 且占地面积大, 运动速度低, 密封性不好。直角坐标机器人的工作空间示意图 2. 圆柱坐标型圆柱坐标型(R2P) 优点：且计算简
8、单; 直线部分可采用液压驱动,可输出较大的动力; 能够伸入型腔式机器内部。 缺点：它的手臂可以到达的空间受到限制, 不能到达近立柱或近地面的空间; 直线驱动部分难以密封、防尘; 后臂工作时, 手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。3. 球坐标型球坐标型(2RP) 特点：中心支架附近的工作范围大,两个转动驱动装置容易密封, 覆盖工作空间较大。 但该坐标复杂, 难于控制, 且直线驱动装置仍存在密封及工作死区的问题。4. 关节坐标型关节坐标型/拟人型拟人型(3R)关节机器人的关节全都是旋转的, 类似于人的手臂,工业机器人中最常见的结构。它的工作范围较为复杂。关节型工业机器人关节型工业机器人5. 平面关
9、节型平面关节型SCARA机器人常用于装配作业, 最显著的特点是它们在x-y平面上的运动具有较大的柔性, 而沿z轴具有很强的刚性, 所以, 它具有选择性的柔性。这种机器人在装配作业中获得了较好的应用。平面关节机器人的工作空间 小结小结工业机器人的几种坐标形式关节坐标型平面关节型 结构形式 直角坐标式雕刻、搬运、装配 关节坐标式喷涂、焊接 平面关节式搬运、装配 圆柱坐标式专用搬运 球坐标式专用 不常用工业机器人应用举例APP1-COBRA800搬运APP4-SAM1搬运APP2-ASSEMBLY-ABSBRC装配APP6-MS装配APP3-IMPULSE视觉搬运APP5-DISPNSEM涂胶ONR
10、LEG_HOPPINGTWOLEG_HOPPING注意：注意：不同的书上，运动简图的符号表示可能不一样。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）；）表示手指（末端执行器）；（b）表示垂直、升降运动；）表示垂直、升降运动；（c）表示水平伸缩运动；）表示水平伸缩运动；（d）表示回转运动；）表示回转运动；（e）表示俯仰运动。）表示俯仰运动。附：工业机器人的结构附：工业机器人的结构直角坐标式直角坐标式圆柱坐标式圆柱坐标式球坐标式球坐标式123456123456关节坐标式关节坐标式（a）直接驱动型）直接驱动型（b）平行连杆型）平行连杆型（c）偏置型）偏置型（d）平面型）平面型习习 题题 1. 简述工业机器人的定义。 2. 简述工业机器人的主要应用场合。 这些场合有什么特点？3. 说明工业机器人的基本组成及各部分之间的关系。 4. 简述工业机器人各参数的定义: 自由度、 重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。5. 工业机器人按坐标形式分为哪几类? 各有什么特点？本章小结本章小结: 机器人的外型不一定像人机器人的外型不一定像人机器人技术是集机械学、力学、电子学、机器人技术是集机械学、力学、电子学、 生物学、生物学、控制论、人工智能、系统工程等多种学科于一体的控制论、人工智能、系统工程等多种学科于一体的综合性很强的新技术综合性很强的新技术