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1、机器人技术基础机器人技术基础机器人技术基础机器人技术基础机器人的基础知识（3）机器人的重要参数与实例机器人技术基础机器人技术基础目录/CONTENTS01 机器人的重要参数02 机器人实例机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数1.自由度自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。机器人的自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，其中不包括手爪（末端执行器）的开合自由度。机器人的自由度反映机器人动作灵活的尺度，一般以轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示。机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数1.自由度图图2-10 2-10 五自由度机器人简图五自由度机器人简图如图2-1
2、0所示，臂部在xO1y面内有3个独立运动升降（L1）、伸缩（L2）和转动（1），腕部在xO1y面内有一个独立的运动转动（2）。机器人手部位置需要一个独立变量手部绕自身轴线O3C的旋转3。这种用来确定手部相对于机身（其他参照系统）位置的独立变化的参数（L1、L2、1、2、3）即为机器人的自由度。机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数1.自由度机器人的自由度越多，就越能接近人手的动作机能,通用性就越好;但是,自由度越多,机器人的结构越复杂,对机器人的整体要求就越高,这是机器人设计中的一个矛盾。一般来说，自由度的选择与生产要求有关,若生产批量大,操作可靠性要求高,运行速度快,则机器人的自由
3、度数可少一些;若要便于产品更换,增加柔性,则机器人的自由度要多一些。机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数2.工作空间工作空间又称工作范围、工作区域，是设备所能活动的所有空间区域。机器人的工作空间是指机器人手臂末端或手腕中心（手臂或手部安装点）所能到达的所有点的集合，不包括手部本身所能达到的区域。这是由于末端执行器的形状和尺寸是多种多样的，为真实反映机器人的特征参数，机器人的工作范围是指不安装末端执行器时的工作区域。机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数2.工作空间机器人所具有的自由度数目及其组合不同,其运动图形也不同。自由度的变化量(直线运动的距离和回转角度的大小)决定着
4、运动图形的大小。如图2-11所示为一四自由度机器人的工作空间。工作范围的形状和大小是十分重要的,机器人在进行作业时可能会因存在手部不能到达的作业死区(deadzone)而不能完成任务。机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数2.工作空间图图2-11 2-11 四自由度机器人的工作空间四自由度机器人的工作空间机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数3.工作速度工作速度也是机器人非常重要的参数之一。不同厂家对工作速度规定的内容也有所不同，有的厂家定义工作速度为工业机器人主要自由度上最大的稳定速度；有的厂家定义工作速度为手臂末端最大的合成速度，通常在技术参数中加以说明。一般来说，工作
5、速度是指机器人在额定工作载荷条件下、匀速运动过程中，执行末端中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数3.工作速度工作速度越高，工作效率就越高。但是，运动循环包括加速起动、等速运行和减速制动3个过程。过大的加(减)速度会导致惯性力加大，影响动作的平稳和精度。为了保证定位精度，加减速过程往往占用较长时间。工作速度越高，就要花费越多的时间去升速或降速，且对工业机器人最大加速度变化率及最大减速度变化率的要求也越高。机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数4.工作载荷工作载荷又称为承载能力，是机器人在规定的性能范围内，机械部分能承受的最大负载重
6、量（包括手部），即在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大重量。工作载荷通常用重量、力矩、惯性矩来表示。机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数4.工作载荷承载能力不仅决定于负载的重量、机器人末端执行器的重量，即手部的重量、抓取工件的重量，而且与机器人运行的速度和加速度的大小和方向相关。一般机器人在低速运行时承载能力大，规定在高速时所能抓取的工件重量作为承载能力指标。目前使用的工业机器人，其承载能力范围较大，最大可达1000kg。机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数5.分辨率分辨率是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角度。分辨率分为编程分辨率与控制分辨率，统称为系
7、统分辨率。在机器人学中，分辨率常常容易和精度、重复定位精度混淆。机器人的分辨率由系统设计检测参数决定，并受到位置反馈检测单元性能的影响。机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数5.分辨率编程（设计）分辨率是指程序中可以设定的最小距离单位，又称为基准分辨率。例如，当电动机旋转0.1，机器人腕点(手臂尖端点)移动的直线距离为0.01mm时，其基准分辨率为0.01mm。控制分辨率是位置反馈回路能够检测到的最小位移量。例如，旋转编码器每个脉冲就代表0.36，小于这个值系统就检测不到，因此控制分辨率为0.36。显然，当编程分辨率与控制分辨率相等时，系统性能最高。机器人技术基础机器人技术基础一、机
8、器人的重要参数6.精度精度是一个位置量相对于其参照系的绝对度量,表示的是机器人手部实际到达位置与所需要到达的理想位置之间的差距。机器人的精度主要依赖于机械误差、控制算法误差和分辨率系统误差。(1)机械误差主要产生于传动误差、关节间隙与连杆机构的挠性。传动误差是由轮齿误差、螺距误差等引起的。关节间隙是由关节处的轴承间隙、谐波齿隙等引起的,连杆机构的挠性随机器人位形、负载的变化而变化。机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数6.精度(2)控制算法误差主要指算法能否得到直接解和算法在计算机内的运算字长所造成的比特(bit)误差。因为16位以上CPU进行浮点运算时，精度可达到82位以上，所以比
9、特误差与机构误差相比基本可以忽略不计。(3)分辨率系统误差可取1/2基准分辨率，其理由是基准分辨率以下的变位既无法编程又无法检测。机器人的精度=1/2基准分辨率+机械误差机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数7.重复定位精度重复定位精度是指在相同的运动位置命令下，机器人连续若干次运动轨迹之间的误差度量。若机器人重复执行某位置给定指令，它每次走过的距离并不相同，而是在一平均值附近变化，则该平均值代表精度，而变化的幅度代表重复定位精度。因此，重复定位精度是关于精度的统计数据。机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数7.重复定位精度例如，某一个型号的机器人的测试结果为：在20mm/
10、s、200mm/s的速度下分别重复10次，其重复定位精度为0.4mm，则重复定位精度为0.2mm，指所有的动作位置停止点均在以平均值位置为中心的0.2mm范围内。机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数7.重复定位精度在测试机器人的重复定位精度时,不同速度、不同方位下,反复试验的次数越多,重复定位精度的评价就越准确。现实生产中通常用重复定位精度这一指标作为衡量示教/再现方式工业机器人水平的重要指标。机器人标定重复定位精度时一般同时给出测试次数、测试过程所加的负载和手臂的姿态。精度和重复定位精度测试及关联如图2-12所示。机器人技术基础机器人技术基础一、机器人的重要参数7.重复定位精度图
11、图2-12 2-12 精度和重复定位精度测试的典型情况精度和重复定位精度测试的典型情况机器人技术基础机器人技术基础二、机器人的实例1.直角坐标型机器人图图2-13 2-13 XYC4-GXYC4-G系列直角坐标型机器人的外形系列直角坐标型机器人的外形机器人技术基础机器人技术基础二、机器人的实例1.直角坐标型机器人图图2-14 2-14 工作范围工作范围机器人技术基础机器人技术基础二、机器人的实例1.直角坐标型机器人图图2-15 2-15 直角坐标系参数（直角坐标系参数（1 1）机器人技术基础机器人技术基础二、机器人的实例1.直角坐标型机器人图图2-16 2-16 直角坐标系参数（直角坐标系参数
12、（2 2）机器人技术基础机器人技术基础二、机器人的实例2.圆柱坐标系机器人图图2-17 2-17 VersatranVersatran系列圆柱坐标型机器人系列圆柱坐标型机器人机器人技术基础机器人技术基础二、机器人的实例2.圆柱坐标系机器人(1)自由度。该机器人共有3个基本关节1、2、3和两个选用关节4、5。(2)该机器人的工作范围如图2-17（b）所示。(3)该机器人的关节移动范围及速度如表2-18所示。(4)重复定位误差：0.05mm。(5)控制方式：五轴同时可控，点位控制。(6)持重（最大伸长、最高速度下）：30kg。(7)驱动方式：3个基本关节由交流伺服电动机驱动，并采用增量式角位移检测装置。机器人技术基础机器人技术基础二、机器人的实例2.圆柱坐标系机器人图图2-18 2-18 VersatranVersatran系列圆柱坐标型机器人关节移动范围和速度系列圆柱坐标型机器人关节移动范围和速度机器人技术基础机器人技术基础THEENDTHANKS