工业机器人技术基础7.5.2工业机器人的运动控制(力控制)-课件

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工业机器人培训课件

发展历程
从20世纪60年代的第一代示教再现型机器人，到70年代的第二代感知型机器人，再到80年代至今的第三代智能型机器人，工业机器人的技术不断升级，应用领域也不断扩展。
工业机器人应用领域
汽车制造业
工业机器人广泛应用于汽车制造中的焊接、装配、喷涂等工序，提高了生产效
率和产品质量。
塑料橡胶行业
工业机器人在塑料橡胶行业的应用涉及注塑、挤出、吹塑等成型工艺，以
外部传感器
感知外部环境信息，如距离、温度、光照强度、颜色等。
传感器融合技术
将多个传感器的信息进行融合处理，提高感知精度和鲁棒性。
控制系统
控制器
工业机器人的“大脑”，负责接收传感器信息，进行运算处理，并发出控制指令。
控制算法
实现机器人运动规划、轨迹跟踪、力控制等功能的算法。
通信接口
实现控制器与上位机、其他设备之间的通信和数据交换。
重型机械行业
02
在大型设备的制造过程中，焊接机器人能够完成高强度、高质
量的焊接任务，降低了人工焊接的难度和成本。
航空航天领域
03
焊接机器人在航空航天器的制造中发挥着重要作用，如发动机
零部件的精密焊接等。
装配机器人应用实例
电子产品生产线
装配机器人在电子产品生产线中广泛应用，能够高效地完成零部件的自动装配和检测任务。

工业机器人操作与编程教材PPT

程序加载界面
任务2 搬运编程与操作 2.2 搬运编程与操作 2.2.1 运动指令 2.2.2 等待和数字输出指令 2.2.3 工业机器人工作流程 2.2.4 搬运工艺分析 2.2.5 搬运运动规划和示教前的准备
2.2.6 搬运示教编程
任务2 搬运编程与操作
2.2.1 运动指令运动指令用来实现以指定速度、特定路线模式等将工具从一个
任务3 机器人涂胶编程与操作 3.2.3 涂胶运动规划和示教前的准备 1、运动规划
机器人涂胶的动作，可分解成为“等待涂胶控制信号”“打开胶枪”、“涂胶”、“关闭胶枪”等一系列子任务。可以进一步分解为“把胶枪移到第一条轨迹线上”、“胶枪移动到涂胶点”、“打开胶枪”、“移动胶枪涂胶”等一系列动作。
任务1 认识工业机器人 2、按执行机构运动的控制机能分
点位型连续轨迹型 3、按程序输入方式分
离线输入型示教输入型 4、按应用领域分类
可分为搬运机器人、装配机器人、上下料机器人、焊接机器人、码垛机器人、喷涂机器人等。
任务1 认识工业机器人 1.1.2 工业机器人的组成
工业机器人由本体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。本体:即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构；驱动系统:包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统：是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。

工业机器人运动学课件

人工操作成本。
THANKS
感谢观看
搬运机器人应用案例
总结词
快速、灵活、自动化
VS
详细描述
搬运机器人在制造业中发挥着重要作用，能够快速、灵活地搬运物料、零件和产品。搬运机器人能够实现自动化搬运，减少人工操作，提高生产效率，降低劳动强度。
装配机器人应用案例
总结词
高精度、高效、适应性强
详细描述
装配机器人主要用于电子、汽车、机械等领域的产品装配。装配机器人具有高精度、高效和适应性强等特点，能够快速、准确地完成各种复杂装配任务，提高生产效率，降低
工业机器人运动学课件
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
• 工业机器人概述 • 工业机器人运动学基础 • 工业机器人关节结构与运动特性 • 工业机器人运动学建模 • 工业机器人轨迹规划 • 工业机器人控制技术 • 工业机器人应用案例分析
目录
CONTENTS
01
逆运动学模型
已知机器人末端执行器的位置和姿态，求解对应的关节变量。
逆运动学解法
寻找满足末端执行器位置和姿态的关节变量的方法，可能存在多个解或无解的情况。
05
工业机器人轨迹规划
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
轨迹规划的基本概念

工业机器人技术基础课件(最全)ppt课件

X 1 0 0 0T Y 0 1 0 0T Z 0 0 1 0T
(4×1)列阵[a b c o]T中第四个元素为零，且a2+b2+c2=1，则表示某轴(某矢量)的方向； (4x1)列阵[a b c w]T中第四个元素不为零，则表示空间某点的位置。
— 2—
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
1 机器人坐标系
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
在分析机器人时会牵涉诸多坐标系，一些是操作者不须关心的，另外一些却是和工艺相关的。常见的坐标系有：关节坐标系基座坐标系工具坐标系用户坐标系
— 4—
关节坐标系
1 机器人工坐业标系机器人基础知识
直角坐标系:
直角坐标系，包括很多种，但我们常常狭隘的将基座坐标系称为直角坐标系。
直角坐标系的Z轴即第一轴的Z轴，X轴为回零后的正前方，Y轴由右手定则确定。原点随着df参数的大小上下变动。
直角坐标系下，用户可控制机器人末端沿坐标系任一方向移动或旋转，常用于现场点位示教。
工具坐标系:
在未加工具参数时，工具坐标系在机器人末端的法兰盘上，但方向与基座坐标系不同。如右上图所示。
安装工具后，需加入工具参数，可以看作在机器人末端连杆的延长，此时工具坐标系为表示新的工况需向末端延长，形成新的坐标系。如右下图所示。

工业机器人技术基础5.7.2工业机器人传动装置丝杠传动ppt课件

3
滚珠丝杠的作用
• 通常情况下，装有循环球的螺母通过与丝杠的配合来将旋转运动转换成直线运动。
• 滚珠丝杠的摩擦力很小且运动响应速度快，是回转运动与直线运动相互转换的理想传动装置。
• 传动过程中所受的摩擦力是滚动摩擦, 可极大地减小摩擦力,因此传动效率高。
4
滚珠丝杠的工作原理
Байду номын сангаас
滚珠丝杠
反向回珠器螺母
工业机器人传动装置 ——丝杠传动
主要内容
• 丝杠简介 • 滚珠丝杠的作用 • 滚珠丝杠的工作原理 • 滚珠丝杠的特点
2
丝杠简介
• 普通丝杠驱动是由一个旋转的精密丝杠驱动一个螺母沿丝杠轴向移动。 • 普通丝杠容易产生爬行现象, 而且精度低, 回差大。 • 低成本机器人在光滑的轧制丝杠上采用有热塑性塑料的螺母传动。
(a)内循环式插管式回珠器
滚珠螺母丝杠
(b)外循环式
5
滚珠丝杠的特点
• 机械效率高 • 精度高 • 高速进给和微进给可能 • 轴向刚度高 • 具有传动的可逆性
6

机器人的控制（2）力控制

第七章机器人的控制(2)——力控制

7.1 引言

位姿控制方法适用于材料搬运、焊接、喷漆等机器人与工作空间中的物体（下文称作环境）没有交互作用的任务。但对于装配、打磨、去毛刺和擦窗这些任务，机器人的末端工具需要与被操作对象（环境）保持接触，并通过相互之间的力的作用完成作业，对于这些任务，需要控制机器人与环境间的作用力。以机器人擦窗的任务为例，仅采用位姿控制是不够的，机器人末端轨迹与规划轨迹的微小偏差会使机器人要么与作用表面脱离接触，要么对作用表面产生过大的压力。对于机器人这种高度刚性的结构，微小的位置偏差将会产生相当大的作用力，导致严重的结果（如损坏玻璃等）。以上这些任务的共同点是，它们不仅要求轨迹控制，还要求力控制。以机器人用粉笔在黑板上写字为例，在垂直于黑板方向需要控制力以保持粉笔和黑板间良好的接触，在沿黑板平面内需要精确的位姿控制，以保证正确的书写；或者通过控制机械手末端的刚性，使它沿黑板平面的方向很“硬”，在垂直于黑板的方向很“软”。能够实现以上要求的控制称为柔顺控制，柔顺控制主要关心的是机器人与周围环境接触时的控制问题。显然，柔顺控制需要力反馈，用于力反馈的力传感器主要有三类：腕力传感器、关节力矩传感器、和触觉传感器。关于力传感器将在后续章节中介绍。 7.1.1 外力/力矩与广义力的关系

图7.1 典型的腕力传感器及其在机械手中的位置

机器人与环境间的交互作用将产生作用于机器人末端手爪或工具的力和力矩。用T z y x z y x n n n F F F ],,,,,[=F 表示机器人末端受到的外力和外力矩向量（在工

工业机器人的运动控制-工业中专教学设计

工业机器人的运动控制

【知识目标】

1.掌握机器人运动轴和坐标系。

2.掌握手动操纵机器人的流程和方法。

【技能目标】

能够使用示教器熟练操作工业机器人实现单轴运动、线性运动。【教学过程】

一、工业机器人运动轴与坐标系

1.机器人运动轴的名称

机器人轴是指机器人操作机的轴，目前典型商用工业机器人大多采用六轴关节型。

KUKA机器人6轴分别定义为A1、A2、A3、A4、A5和A6；而ABB 机器人则定义为轴1、轴2、轴3、轴4、轴5和轴6。

A1、A2和A3三轴(轴1、轴2和轴3)称为基本轴或主轴，用于保证末端执行器达到工作空间的任意位置；

A4、A5和A6三轴(轴4、轴5和轴6)称为腕部轴或次轴，用于实

现末端执行器的任意空间姿态。

2.机器人坐标系的种类

在大部分工业机器人系统中，均可使用关节坐标系、大地（基）坐标系、工具坐标系和用户坐标系，而工具坐标系和用户坐标系同属于直角坐标系范畴。

A.关节坐标系

在关节坐标系下，机器人各轴均可实现单独正向或反向运动。对于大范围运动，且不要求TCP姿态的，可选择关节坐标系。

B.直角坐标系

直角坐标系(世界坐标系、大地坐标系)是机器人示教与编程时经常使用的坐标系之一，所有其他的坐标系均与大地坐标系直接或间接相关。基坐标系的原点定义在机器人安装面与第一转轴的交点处，X 轴向前，Z 轴向上，Y 轴按右手法则确定。无论机器人处于什么位置，TCP均可沿基坐标系的X、Y和Z轴平行移动。法兰坐标系是原点为机器人法兰中心的坐标系，是工具坐标系的参考点。

C.工具坐标系

工具坐标系是一个可自由定义，用户定制的坐标系。工具坐标系的原点定义在TCP点，并且假定工具的有效方向为Z轴(有些机器人

(完整版)工业机器人技术基础课件(最全)

T [n o a
p] ny
oy
ay
yo

n0z
oz 0
az 0
zo 1

对刚体Q位姿的描述就是对固连于刚体Q`的坐标系O`X`Y`Z`位姿的描述。
3 机器人运动学
运动学：机器人运动学的研究对象是机器人各关节位置和机器人末端位姿之间的关系
机器人运动学包含两个基本问题：
1 机器人坐标系
关节坐标系主要描述各关节相对于标定零点的绝对位置，旋转轴常用°表示，线性轴的常用mm描述。作用：
单轴点动：单轴示教机器人，常用于调试时验证关节的旋转方向、软限位；
解除机器人奇异位置，当机器人出现奇异报警时，只能在关节坐标系下通过单轴点动解除奇异报警；
轴正负极限报警：只能在关节坐标系下通过单轴点动解除正负超限报警；
p

py

b

1pz

c w
2 机器人位姿变换
坐标轴方向的描述：
i、j、k分别是直角坐标系中x、y、Z坐标轴的单位向量。若用齐次坐标来描述x、y、z轴的方向，则
X 1 0 0 0T Y 0 1 0 0T Z 0 0 1 0T
关节坐标系下的坐标值均为机器人关节的绝对位置，方便用户调试点位时观察机器人的绝对位置，避免机器人出现极限位置或奇异位置

机器人的控制系统(PPT163页)

三、机器人的控制方式
3. 速度控制方式
三、机器人的控制方式
4. 力（力矩）控制方式
在进行抓放操作、去毛刺、研磨和组装等作业时，除了要求准确定位之外，还要求使用特定的力或力矩传感器对末端执行器施加在对象上的力进行控制。这种控制方式的原理与位置伺服控制原理基本相同，但输入量和输出量不是位置信号，而是力（力矩）信号，因此系统中必须有力（力矩）传感器。
学习单元一机器人的控制系统概述
一、机器人控制系统的特点
多数机器人的结构是一个空间开链结构，各个关节的运动是相互独立的，为了实现机器人末端执行器的运动，需要多关节协调运动，因此，机器人控制系统与普通的控制系统比较，要复杂一些。具体来讲，机器人控制系统主要具有以下特点。
(1)机器人控制系统是一个多变量控制系统，即使简单的工业机器人也有3～5个自由度，比较复杂的机器人有十几个自由度，甚至几十个自由度，每个自由度一般包含一个伺服机构，多个独立的伺服系统必须有机地协调起来。例如，机器人的手部运动是所有关节的合成运动，要使手部按照一定的轨迹运动，就必须控制各关节协调运动，包括运动轨迹、动作时序等多方面的协调。
在基于计算机的集中控制系统中，充分利用了计算机资源开放性的特点，可以实现很好的开放性，多种控制卡、传感器设备等都可以通过标准PCI插槽或标准串口、并口集成到控制系统中。集中式控制系统的优点为：硬件成本较低，便于信息的采集和分析，易于实现系统的最优控制，整体性与协调性较好。其缺点为：系统控制缺乏灵活性，控制危险容易集中，一旦出现故障，其影响面广，后果严重；由于工业机器人的实时性要求很高，当系统进行大量数据计算时，会降低系统实时性，系统对多任务的响应能力也会与系统的实时性相冲突；系统连线复杂，会降低系统的可靠性。

《机器人控制技术》课件

机器人控制技术广泛应用于制造业、医疗行业、农业、航空航天等多个领域。
机器人运动控制技术
1
运动分类♂️
机器人运动可以分为直线运动、旋转运
位置控制技术
2
动和复杂轨迹等多种分类。
3
运动控制方法⚙️
位置控制技术用于精确定位机器人在空
间中的位置和姿态。
机器人运动控制方法包括基于传感器的
反馈控制、路径规划和运动学控制等。
1
视觉控制概述
机器人视觉控制技术是通过摄像头等传感
机器人视觉控制系统架构
2
器获取图像信息，并进行处理和分析。
视觉控制系统包括图像采集、图像处理和
目标检测等模块。
3
视觉传感器原理
视觉传感器利用光学原理、图像处理算法
和模式识别技术来实现机器人的视觉能
力。
机器人智能控制技术
机器人智能控制的发展

人工智能在机器人控制
中的应用
机器人智能控制的未来
展望
机器人智能控制技术随着人
人工智能技术如深度学习和
未来，机器人智能控制技术
工智能的发展而不断演进，
强化学习在机器人控制中得
将继续推动机器人产业的发
为机器人带来更高级的智能源自文库
到广泛应用，使机器人能够
展，实现更广泛的应用和更
能力。
自主学习和适应环境。

《工业机器人技术基础》(第5章)

但是，由于被动交互控制需要对每个机器人作业都必须设计和安装一个专用的柔顺末端执行器，因此在工业应用中使用被动柔顺往往缺乏灵活性。它只能处理程序设定轨迹上小的位置和姿态偏离。此外，因为没有力的测量，被动交互控制也不能确保很大的接触力永远不会出现。
2．主动交互控制
在主动交互控制中，机器人系统的柔顺主要通过特意设计的控制系统来获得。这种方法通常需要测量接触力和力矩，它们反响到控制器中用于修正或在线生成机器人末端执行器的期望轨迹。
在控制结构上，大局部工业机器人采用两级计算机控制。第一级微型计算机控制器〔上位机〕担负系统监控、作业管理和实时插补任务，由于运算工作量大、数据多，所以大都采用16位以上的计算机。第一级计算机运算结果作为目标指令传输到第二级单片机运动控制器〔下位机〕，经过计算处理后传输到各执行元件。
1．集中控制结构
5.1.5 工业机器人控制柜与示教器
工业机器人的控制器主要包括控制柜和示教器两局部。
1．控制柜
控制柜以先进动态建模技术为根底，对机器人性能实施自动优化，大幅提升了工业机器人执行任务的效率。
（a）wk.baidu.com形
（b）内部
图5-6 IRC5控制柜
2．示教器
示教器是一种手持式操作装置，用于操作与工业机器人控制系统有关的任务，如编写程序、运行程序、修改程序、手动操纵、参数配置、监控状态等。示教器主要部件包括使能器按钮、触摸屏、触摸笔、急停按钮、操纵杆和功能按钮。

工业机器人组成及工作原理ppt课件

(2)有效负载(Payload) 有效负载是指机器人操作机在工作时臂端可能搬运的物体重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作机的负荷能力。
(3)运动精度(Accurucy) 机器人机械系统的精度主要涉及位姿精度、重复位姿精度、轨迹精度、重复轨迹精度等。
(4)运动特性（Sped）速度和加速度是表明机器人运动特性的主要指标。
【目前基本上都是封闭型系统（如日系）或混合型系统（如欧系）】 u控制方式：集中式控制和分布式控制。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用
n集中式控制系统结构
？组织层 (作业控制)
控制的基本条件是了解被控对象的特性
？控制的实质是对驱动器输出力矩的控制
输入X
被控对象的模型
输出Y
目的
输入X
输出Y
经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用
机器人控制的两个问题：
(5)动态特性结构动态参数主要包括质量、惯性矩、刚度、阻尼系数、固有频率和振动模态。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用

第二章工业机器人运动学和动力学PPT课件

第二章工业机器人运动学
2.1.2 齐次变换的描述在工业机器人中，刚体的连杆的运动 1.平移运动 2.旋转运动 3.平移加旋转运动
第二章工业机器人运动学
1.平移的齐次变换空间P点P(x,y,z)到点 P(x,y,z) 的平移。
x x x y y y z z z
x 1 0 0
第二章工业机器人运动学
0.5 0.866 0 183.2
T3
0.866 0
0.5 0
0 17.32 1 0
0
00
1
第二章工业机器人运动学
例2：对下图所示简单机器人，根据D-H法，建立必要坐标系及参数表。
根据建立好的坐标系，确定各参数，并写入D-H参数表
连杆连杆1 连杆2 连杆3 连杆4 连杆5 连杆6
P x y z P 3 . x y z T r a n s ( 4 , 3 , 7 ) R o t ( y , 9 0 ) R o t ( z , 9 0 ) P n o a
第二章工业机器人运动学
px 1 0 0 40 0 1 00 1 0 07 6
py0 1 0 30 1 0 01 0 0 034
x x
y y cos z sin z y sin z cos
第二章工业机器人运动学
x 1
写成矩阵形式为
y 0 z 0

工业机器人技术基础ppt-课件

给变量加1：INC I043
19
(4)程序控制功能主要用于跳出运行或转入循环运行。如“JUMP”跳转到
指定标号或程序，“CALL”调出指定程序，“IF”是判断语句。
如：JUMP JOB： TEST1 IF IN#(14)=OFF; CALL JOB: TEST1 IF IN#（24）=ON；
(5)输入输出功能用来与外部传感器进行信息交互和中断。如“DOUT”执
成具有大批量、高质量要求的工作，如自动化
生产线中的点焊、弧焊
、喷漆、切割、
电子装配及物流系统的搬运、包装、码垛
等作业的机器人。此外，机器人也可用于软质
材料的切削加工，如陶泥，泡沫，石蜡，有机
玻璃等。
3
1、Motoman机器人简介
• 焊接制造工艺由于其工艺的复杂性、劳动强度、产品质量、批量等要求，使得焊接工艺对自动化对于其工艺的自动化、机械化的要求极为迫切，实现机器人焊接代替人工操作成为焊接工作者追求的目标。
强钢和不锈钢等的焊接；最大焊接电流350A • 保护气体：CO2、Ar+CO2、 Ar+CO2+O2 • 焊丝：直径0.9、1.2、1.6mm实心焊丝或药芯焊丝，如H08Mn2SiA等
11
1.2 弧焊机器人系统简介
机器人要完成焊接作业必须依赖于控制系统与辅助设备的支持和配合。完整的焊接机器人系统一般由如下几部分组成：机器人操作机、变位机、控制器、焊接系统、焊接传感器、中央控制计算机和相应的安全设备等。