机器人运动简图
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机器人的组成结构(PPT52页)
• 感受系统 它由内部传感器模块和外部传感器模块组成,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．人类 的感受系统对感知外部世界信息是极其灵巧的，然而，对 于一些特殊的信息，传感器比人类的感受系统更有效．
• 机器人一环境交互系统 机器人一环境交互系统是实现机器人与外部环境中的设备相 互联系和协调的系统．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
度，即重复度。
培训专用
工作空间（Working space）：机器人手腕 参考点或末端操作器安装点（不包括末端 操作器）所能到达的所有空间区域，一般 不包括末端操作器本身所能到达的区域。
培训专用
工业机器人的机械结构
工业机器人的机械本体类似于具备上肢机能的机械手 ，由 手部、腕部、臂、机身(有的包括行走机构)组成。
培训专用
• 正弦波电动机(交流无刷伺 服电动机)：顾名思义，它 是由正弦波电流驱动的。对 三相情况，电流相位差 120。，而且这三相电流是 随转子位置不同而不同的， 也就是说，转子的位置检测 需更精确，驱动电路也比梯 形波电动机的更复杂，但却 代表着无刷电动机最高水平， 因为它能保持恒定转矩输出
培训专用
加入速度反馈。一般直流电动机和位置反馈、速度反馈形成 一个整体，即通常所说的直流伺服电机。由于采用闭环伺 服控制，所以能实现平滑的控制和产生大的力矩
• 当今大部分机器人都采用直流伺服电机驱动机器人的各个关节, 但它们也有一些缺点，如转速不能太高
• 近年来，新发展起来的无刷直（交）流伺服电动机克服了 上述缺点，并保留了直流伺服电动机的优点，因此无刷电 动机逐渐取代了直流伺服电动机
培训专用
相关术语及性能指标
• 机器人一环境交互系统 机器人一环境交互系统是实现机器人与外部环境中的设备相 互联系和协调的系统．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
度，即重复度。
培训专用
工作空间（Working space）：机器人手腕 参考点或末端操作器安装点（不包括末端 操作器）所能到达的所有空间区域，一般 不包括末端操作器本身所能到达的区域。
培训专用
工业机器人的机械结构
工业机器人的机械本体类似于具备上肢机能的机械手 ，由 手部、腕部、臂、机身(有的包括行走机构)组成。
培训专用
• 正弦波电动机(交流无刷伺 服电动机)：顾名思义，它 是由正弦波电流驱动的。对 三相情况，电流相位差 120。，而且这三相电流是 随转子位置不同而不同的， 也就是说，转子的位置检测 需更精确，驱动电路也比梯 形波电动机的更复杂，但却 代表着无刷电动机最高水平， 因为它能保持恒定转矩输出
培训专用
加入速度反馈。一般直流电动机和位置反馈、速度反馈形成 一个整体，即通常所说的直流伺服电机。由于采用闭环伺 服控制，所以能实现平滑的控制和产生大的力矩
• 当今大部分机器人都采用直流伺服电机驱动机器人的各个关节, 但它们也有一些缺点，如转速不能太高
• 近年来，新发展起来的无刷直（交）流伺服电动机克服了 上述缺点，并保留了直流伺服电动机的优点，因此无刷电 动机逐渐取代了直流伺服电动机
培训专用
相关术语及性能指标
2.1 机器人结构运动简图
2.1机器人结构运动简图
陈孟
我们去了解机器人时，需要看机器人的图 纸，从中了解相关知识，今天我们了解一下 机器人的结构简图。
任务： 画出机器人的结构简图。
运动简图
机器人结构运动简图是指用结
构与运动符号表示机器人臂部、腕
部和手指等结构及结构间的运动形
式的简易图形符号。机器人结构运
动简图能够更好的分析和记录机器
行走机构
底座固定
任务： 画出机器人的结构简图。
R
2
R
1
P
R
3
R
2
R
1
人的各种运动和运动组合，可简单 P
清晰的表明机器人的运动状态，有 R 3
利于对机器人的设计方案进行鲜明
的对比。
一、移动结构
移动1
移动2
二、摆动结构
摆动1 摆动2
三、回转结构
回转1 一般用于表示腕部回转
回转2 一般用于表示机身的回转
四、手部结构
钳爪式手部
磁吸式手部 气吸式手部ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
五、其它结构
陈孟
我们去了解机器人时，需要看机器人的图 纸，从中了解相关知识，今天我们了解一下 机器人的结构简图。
任务： 画出机器人的结构简图。
运动简图
机器人结构运动简图是指用结
构与运动符号表示机器人臂部、腕
部和手指等结构及结构间的运动形
式的简易图形符号。机器人结构运
动简图能够更好的分析和记录机器
行走机构
底座固定
任务： 画出机器人的结构简图。
R
2
R
1
P
R
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R
2
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1
人的各种运动和运动组合，可简单 P
清晰的表明机器人的运动状态，有 R 3
利于对机器人的设计方案进行鲜明
的对比。
一、移动结构
移动1
移动2
二、摆动结构
摆动1 摆动2
三、回转结构
回转1 一般用于表示腕部回转
回转2 一般用于表示机身的回转
四、手部结构
钳爪式手部
磁吸式手部 气吸式手部ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
五、其它结构
5.4工业机器人的运动简图-课件
工业机器人的运动简图
主要内容
• 关节的运动简图 • 末端执行器的简图 • 机座的简图 • 工业机器人的运动简图一、关 Nhomakorabea的运动简图
图形符号
名称
图片
正视
侧视
移动副
一、关节的运动简图
图形符号
名称
图片
正视
侧视
回转副1
一、关节的运动简图
图形符号
名称
图片
视图
回转副2
一、关节的运动简图
图形符号
名称
图片
视图
工业机器人结构图
主视图 侧视图 运动功能简图
四、工业机器人的运动简图
工业机器人结构图
主视图 侧视图 运动功能简图
总结
四种工业机器人的运动简图
直角坐标型
工业机器人
圆柱坐标型
工业机器人
球坐标型
工业机器人
关节坐标型
工业机器人
螺旋副
一、关节的运动简图
图形符号
名称
图片
视图
球面副
二、末端执行器的简图
图形符号
名称
图片
视图
末端 执行器
三、机座的简图
图形符号
名称
图片
视图
机座
四、工业机器人的运动简图
工业机器人结构图
主视图 侧视图 运动功能简图
四、工业机器人的运动简图
工业机器人结构图
主视图 侧视图 运动功能简图
四、工业机器人的运动简图
主要内容
• 关节的运动简图 • 末端执行器的简图 • 机座的简图 • 工业机器人的运动简图一、关 Nhomakorabea的运动简图
图形符号
名称
图片
正视
侧视
移动副
一、关节的运动简图
图形符号
名称
图片
正视
侧视
回转副1
一、关节的运动简图
图形符号
名称
图片
视图
回转副2
一、关节的运动简图
图形符号
名称
图片
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工业机器人结构图
主视图 侧视图 运动功能简图
四、工业机器人的运动简图
工业机器人结构图
主视图 侧视图 运动功能简图
总结
四种工业机器人的运动简图
直角坐标型
工业机器人
圆柱坐标型
工业机器人
球坐标型
工业机器人
关节坐标型
工业机器人
螺旋副
一、关节的运动简图
图形符号
名称
图片
视图
球面副
二、末端执行器的简图
图形符号
名称
图片
视图
末端 执行器
三、机座的简图
图形符号
名称
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机座
四、工业机器人的运动简图
工业机器人结构图
主视图 侧视图 运动功能简图
四、工业机器人的运动简图
工业机器人结构图
主视图 侧视图 运动功能简图
四、工业机器人的运动简图
第二章_机器人的机械结构分析
关节型搬运机器人
关节型焊接机器人
第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
5、平面关节型 (Selective Compliance Assembly Robot Arm ，简称SCARA) 仅平面运动有耦合性，控制较通用关节型简单。运动灵活 性更好，速度快，定位精度高，铅垂平面刚性好，适于装 配作业。
SCARA型装配机器人
有较大的作业空间，结构紧凑较复杂，定位精度较低。
极坐标型机器人模型
2018/11/2
Unimate
机器人
第二章
机ห้องสมุดไป่ตู้人的机械结构
机器人的构型
4、关节坐标型 (3R) 对作业的适应性好，工作空间大，工作灵活，结构紧凑， 通用性强，但坐标计算和控制较复杂，难以达到高精度。
2018/11/2
关节型机器人模型
2、圆柱坐标型 (R2P)
结构简单紧凑，运动直观，其运动耦合性较弱，控制也较 简单，运动灵活性稍好。但自身占据空间也较大，但转动 惯量较大，定位精度相对较低。
圆柱坐标型机器人模型
2018/11/2
Verstran 机器人
Verstran 机器人
第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
3、极坐标型（也称球面坐标型）(2RP)
• 电动式
电源方便，响应快，驱动力较大，可以采用多种灵活的控制方案。
2018/11/2
第二章
机器人的机械结构
二、机器人的分类
1.按机器人的控制方式分类 （1）非伺服机器人 非伺服机器人按照预先编好的程序顺序进行工作， 使用限位开关、制动器、插销板和定序器来控制机器 人的运动。 （2）伺服控制机器人 通过传感器取得的反馈信号与来自给定装置的综合信 号比较后，得到误差信号，经放大后用以激发机器人 的驱动装置，进而带动手部执行装置以一定规律运动， 到达规定的位置或速度等，这是一个反馈控制系统。
三轮机器人的运动学分析
三轮机器人的运动学分析为了精确的定位及可靠地控制机器人，有必要对机器人进行运动学分析，已得到机器人的运动规律。
为了计算各个原动件的驱动力、驱动转矩以及各个零部件的受力，应进行机构的动力学分析，从而为原动件选型、零部件的设计与校核提供理论依据。
本章将首先对上一章所选择的各功能模块机构建立运动学和动力学模型，进行理论计算，得到相应的规律和参数，从而完成对理论分析。
1.1 机器人的运动分析1.1.1 机器人运动标准模型三个全向轮驱动的机器人共有三个运动自由度，两个平动一个转动。
在实际情况中实际制作出来的机器人不可能完全与理论设计的一样，这里通过合理假设简化问题、忽略次要因素。
假设：1、不考虑机器人加工装配的误差，臂长都为0a ，各臂间夹角都为120度轮子安装都与臂相垂直。
2、不考虑机器人各部分受力后的变形导致几何尺寸的变化。
3、地面水平无凹凸。
图1.1三全向轮驱动机器人标准模型简图如图3.1所示，令321a a a 分别为中心到各轮中心的矢量，长度称为臂长。
⎪⎩⎪⎨⎧⋅⋅=⋅⋅==)0),sin(),cos(()0),sin(),cos(()0,0,(34343323221ππππa a a a a a a a(1.1)以逆时针为正，则机器人三轮转动的线速度单位方向向量为⎪⎩⎪⎨⎧===），，（），，（），，（0)sin()cos(0)sin()cos(0)sin()cos(611611367672221ππππππv v v e e e(1.2) 三轮线速度大小为321V V V 、、三个轮子中心及机器人中心移动的速度为 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧====），（），（），（），（0,0,0,0,2232221110y x y x y x y x v v v v v v v v v v v v(1.3) 机器人旋转的角速度为）（ωω,0,0=则由矢量关系得i i a v v⨯+=ω0 (1.4)vi i i e v V∙= (1.5)通过matlab 编程求解得到机器人运动状态与机器人三轮转动的线速度的关系为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+-=+--=+=ωωωa v v V a v v V a v V y x y x y 21233212321 (1.6) 令⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=321V V V V ，a a aA 2123212310---=，⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=ωy x v v RB (1.7)关系式写成矩阵形式为：RB A V ⋅= (1.8)式（3.8）便是机器人运动与三个驱动轮的转动速度的关系式。
机器人学基础第3章
3.1 坐标系的建立方法
机器人的连杆均可以用以上四个参数ai-1、αi-1、di 、θi 来进行描述。对于一个确定的机器人关节来说, 运动时 只有关节变量的值发生变化, 其他三个连杆参数均为保 持不变。用ai-1、αi-1、di 、θi 来描述连杆之间运动关系 的规则称为Denavit-Hartenberg 参数, 简称D-H 参 数。
3. 3 典型机器人的正运动举例
机器人的D - H 参数表
3. 3 典型机器人的正运动举例
由机械臂的坐标系可以计算得到相邻两坐标系之间
的变换矩阵
, 其中
3. 3 典型机器人的正运动举例
则可以计算出机械臂末端相对于基坐标系的位姿矩 阵为:
3. 3 典型机器人的正运动举例
其中：
3. 3 典型机器人的正运动举例
3. 3 典型机器人的正运动举例
作出该机器人的机构简图并建立连杆坐标系。
3. 3 典型机器人的正运动举例
写出D - H 参数表
3. 3 典型机器人的正运动举例
可以计算出各相邻两坐标系之间的齐次变换矩阵:
3. 3 典型机器人的正运动举例
由于关节2 是移动关节, 其关节变量为d2。由 可计算出该机器人的正运动学方程为:
3. 3 典型机器人的正运动举例
例3. 3 如图所示为日本川崎公司制
造的RS10N 型工业机器人, 它具有典型的工业机器人构 型, 共有6 个自由度, 其中 前3 个关节决定机器人末端 的位置, 后3 个关节轴相交 于一点,决定机器人末端的 姿态。
3. 3 典型机器人的正运动举例
机器人的连杆坐标系建立， 由于坐标系{6} 的原点位 于腕部, 在实际应用中为了 直观地描述机器人末端执行 器的位置, 通常在机器人末 端点处建立一个与坐标系 {6} 姿态完全相同的工具 坐标系, 即坐标系{7}。
工业机器人简介ppt课件
● 自由度
一个简单的刚体一般有六 个自由度，沿着坐标轴的三 个平移运动；绕着坐标轴的 三个旋转运动。
当两物体间由于建立接关 系而不能进行的移动或转动 则一物体相对另外一个物体 就失去一个自由度。
刚体的六个自由度
02工业机器人的结构与特点
● 自由度
例如，要把一个球放到空 间某个给定位置，有三个自 由度就足够了(见图a)。又如， 要对某个旋转钻头进行定位 与定向，就需要五个自由度， 这个钻头可表示为某个绕着 它的主轴旋转的圆柱体(见 图b)。
scara机器人传动示意图
03搬运机器人-SCARA
● 基本结构
设计中大臂和小臂均采用谐波减速器和推力 向心交叉短圆柱滚子轴承结构,其刚度高,能承 受轴向压力与径向扭矩，缩短传动链,简化结 构设计。
末端的主轴相对线速度大，对质量与惯性敏 感，传动要求同时实现绕Z轴的直线运动和回 转运动。
采用步进电机3→同步齿形带→丝杠螺母→ 主轴,实现绕Z轴的直线运动;采用步进电机4→ 同步齿形带→花键→主轴,实现绕Z轴的回转运 动。
03搬运机器人-SCARA
● 轨迹规划
轨迹规划一般有2种常用的方法,既可在关节 空间中进行,也可在笛卡尔空间中进行。
03搬运机器人-SCARA
● 轨迹规划-关节空间的轨迹规划
机器人各关节在关节空间的路径用关节角的 时间函数描述。
SCARA机器人具有4个关节,因此需要分别 求出经过所有路径点的4个平滑函数。
01背景
机器人相关刊物：
《机器人》、《机器人技术》、《Robotics Rcsearch》 、《Robotica》和 《Robotics and Automation》
02
工业机器人的结构与特点
第二章_机器人的机械结构
2016/6/27
第二章 机器人的机械结构
气吸式手部
真空气吸吸附手部
气流负压吸附手部
挤压排气式手
2016/6/27
第二章 机器人的机械结构
气吸式手部具有结构简单、重量轻、使用方便可 靠等优点。广泛用于非金属材料或不可有剩磁的材料 的吸附。 气吸式手部的另一个特点是对工件表面没有损伤， 且对被吸持工件预定的位置精度要求不高；但要求工 件上与吸盘接触部位光滑平整、清洁，被吸工件材质 致密，没有透气空隙。
(1)夹持类
(2)吸附类
2016/6/27
第二章 机器人的机械结构
1.夹持类 (1)夹钳式 • 手指1 • 传动机构2
• 驱动装置3
• 支架4
2016/6/27
1）手指 ①指端的形状
第二章 机器人的机械结构
V型指
平面指
尖指
2016/6/27
特形指
第二章 机器人的机械结构
②指面型式 根据工件形状、大小及其被夹持部位材质软硬、表 面性质等的不同，手指的指面有光滑指面、齿型指面 和柔性指面三种形式。 ③手指的材料 对于夹钳式手部，其手指材料可选用一般碳素钢和 合金结构钢。为使手指经久耐用，指面可镶嵌硬质合金； 高温作业的手指，可选用耐热钢；在腐蚀性气体环境下 工作的手指，可镀铬或进行搪瓷处理，也可选用耐腐蚀 的玻璃钢或聚四氟乙烯。
2016/6/27
第二章 机器人的机械结构
（2）磁吸式
磁吸式手部是利用永久磁铁或电磁铁通电后产生 的磁力来吸附材料工件的，应用较广。磁吸式手部不 会破坏被吸件表面质量。磁吸式手部比气吸式手部优 越的方面是：有较大的单位面积吸力，对工件表面光 洁度及通孔、沟槽等无特殊要求。磁吸式手部的不足 之处是：被吸工件存在剩磁，吸附头上常吸附磁性屑 （如铁屑等），影响正常工作。因此对那些不允许有 剩磁的零件要禁止使用。对钢、铁等材料制品，温度 超过723℃就会失去磁性，故在高温下无法使用磁吸式 手部。磁吸式手部按磁力来源可分为永久磁铁手部和 电磁铁手部。电磁铁手部由于供电不同又可分为交流 电磁铁和直流电磁铁手部。
模块一 工业机器人基础知识
模块一 工业机器人基础知识
三、工业机器人的分类
１. 按机器人的技术等级划分 按照机器人技术发展水平可以将工业机器人分为三代。 (１) 示教再现机器人 第一代工业机器人是示教再现型。按照人类预先示教的轨迹、行为、顺 序和速度重复作业。 (２) 感知机器人 第二代工业机器人具有环境感知装置，能在一定程度上适应环境的变化， 目前已进入应用阶段。 (３) 智能机器人 第三代工业机器人称为智能机器人，具有发现问题并能自主地解决问题 的能力。
能力目标
１. 能结合工厂自动化生产线说出搬运机器人、码垛机器人、焊 接机器人、涂装机器人和装配机器人的应用场合。
２. 能进行简单的机器人操作。
模块一 工业机器人基础知识
工作任务
本次任务的主要内容就是初步认知工业机器人，通过观看工业机器人在工 厂自动化生产线中的应用录像，参观工业机器人相关企业和生产现场，加深 对工业机器人应用领域的了解。最后在教师指导下，分组进行简单的工业机 器人操作练习。
模块一 工业机器人基础知识
工作任务
机器人一般由驱动系统、执行机构、控制系统三个基本系统。 主要内容是认识工业机器人的本体构造及典型机器人操作机轴。
模块一 工业机器人基础知识
相关知识
一、机器人结构运动简图
机器人结构运动简图是指用结构与运动符号表示机器人手臂、手 腕和手指等结构及运动形式的简易图形符号，见表。
五轴圆柱坐标机器人自由度
模块一 工业机器人基础知识
(３) 球面 ( 极) 坐标机器人的自由度 如图所示为球面坐标机器人，其有 5 个自由度。
球面坐标机器人自由度
模块一 工业机器人基础知识
(４) 关节机器人的自由度 １)SCARA 型平面关节机器人的自由度 SCARA 型平面关节机器人有 4 个自由度，如图所示。
多自由度机械臂的设计以及运动仿真
技术创新 29◊杭州师范大学钱江学院施嘉濠竺佳杰 孙滨鑫罗汉杰多自由度机械臂的设计以及运动仿真机器人具有高效率性以及高精准性， 物流搬运机器人成为近来的研究热点，机械臂作为搬运动作的直接执行机构是研究 的重点。
本文设计搭建了一款多关节型机械臂，使用舵机进行驱动，通过Arduino进行舵机控制。
通过D-H 法建立运动学方 程后运用MATLAB 的robotics Toolbox 工具包对机械臂进行运动学仿真，并后续研究 打下基础。
人类向智能现代化社会的飞跃式发展 得益于机器人技术的出现与成熟，机器人 技术的发展与成熟不断影响着我们的生产生活方式。
作为工业机器人的一个重要分 支，搬运机器人的发展研究对社会发展具有很大的积极意义。
国际机器人联合会 (International Federation of Robotics , IFR )根据不同的应用场合，将机器人分为三大 类叫工业机器人，主要应用于工业生产之 中；特种机器人，只在及其特殊的环境中 有所发挥；在家庭生活中为人类服务的家庭服务型机器人。
搬运机器人作为工业机器人这一大类中的一个重要分支，具有十 分宽广的研究前景。
既然是工业机器人的分支，那么机械臂的研究则成为了整个工业机器人研究的 重点。
机器人运动学分析是实现机器人运 动控制与轨迹规划的基础，其中正逆运动学分析是最基本的问题鷺而D-H 参数法X是常用的分析方法，运用MATLAB 软件仿 真可以模拟机器人的运动情况和动态特 性，验证建立的运动学模型，帮助研究人员了解机器人的工作空间的形态和极限,更加直观地显式机器人的运动情况，得到 从数据曲线和数据本身难以分析的很多重 要信息曲□1机械臂的搭建图1物流码垛机器人实物图用于搬运物体的机械臂种类繁多，不 同的结构应用与相适应的工作环境可以降低调式成本，缩点研究周期。
其中，多关节型是目前应用最为广泛的机械臂，所有关节都能进行转动，这种结构设计使得多关节型机械臂拥有其它类型机械臂无法比 拟的灵活度优势。
《机器人手臂》PPT课件
h
34
五轴关节型机器人手臂运动图例（1）：
偏转 肘转
俯仰
肩转
腰转
腰转姿态
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35
五轴关节型机器人手臂运动图例（2）：
肩关节、肘关节与手腕的协调
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36
5．关节型机械臂的结构（2）
各运动的实现：
腕部的旋转：
电转机运M动5n→5 减速器R5→链轮副C5→锥齿轮副G5→旋 腕部俯仰：
电机M4→减速器R4→链轮副C4→俯仰运动n4 肘关节摆动：
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5
工字钢（GB706-88）：
1、工字钢的型号与高度尺 寸h有关，如：10号工字钢 即指其高度尺寸为100mm。
2、其它参数如截面积、单 位长度的理论质量、截面静 力矩等可查相应的设计手册。
3、工字钢的长度按长度系 列购买。如：5~19m。
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6
工字钢
工字钢也称钢梁，是截面为工字形的长 条钢材。其规格以腰高( h)*腿宽(b)*腰 厚(d)的毫数表示，如“工160*88*6”， 即表示腰高为160毫米，腿宽为88毫米， 腰厚为6毫米的工字钢。工字钢的规格也 可用型号表示，型号表示腰高的厘米数， 如工16#。
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丝杆螺母传动手臂升降机构
P47 图2.41
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26
3．手臂俯仰运动机构
机器人手臂的俯仰运动一般采用活塞油 (气)缸与连杆机构联用来实现。手臂的 俯仰运动用的活塞缸位于手臂的下方, 其活塞杆和手臂用铰链连接, 缸体采用 尾部耳环或中部销轴等方式与立柱联接, 如图2.42、图2.43所示。此外,还有采用 无杆活塞缸驱动齿轮齿条或四连杆机构 实现手臂的俯仰运动。
电关节机摆M3动→n两3 级同步带传动B3、B3′→减速器R3→肘 肩关节的摆动：
并联机器人的机构简图和自由度
2.1.2 并联机器人的机构运动简图的绘制方法
在绘制并联机器人的机构运动简图时，首先要分析该 并联机器人的实际构造和运动情况，确定其驱动部分（即运 动起始部分）和执行部分（即直接执行工作任务的部分）， 然后循着运动传递的路线，分析其传动部分，由多少构件组 成的，各构件之间组成了何种运动副和运动支链，再循着并 联机器人的运动传递路线，用国家标准规定的机构运动简图 用图形符号（GB/T 4460-2013），绘出并联机器人的机构运 动简图。
习题
2-6. 绘制图1-21液压缸驱动的六自由度的Stewart平 台并联机器人的机构运动示意图，并计算机构的自 由度，判别机构的运动确定性。 2-7. 自己查找文献，阅读1～2篇并联机器人或并联 机构的文献，介绍其并联机器人或并联机构的简图 及工作原理。 2-8. 自己查找文献，阅读1～2篇并联机器人或并联 机构的自由度计算的文献，介绍其自由度的计算方 法及过程。 2-9. 自己查找文献，阅读1～2篇用螺旋理论计算并 联机器人或并联机构的自由度的文献，介绍其自由 度的计算过程。
并联机器人的机构运动简图的绘制方法
并联机器人的机构运动简图的绘制原则是简单、清楚地 把并联机器人的运动情况正确地表示出来，并具有易读性。
为了将并联机器人的机构运动简图表示清楚，需要恰当 地选择投影面，选择适当的比例尺。一般可以选择与并联机 器人的运动平面平行的平面为投影面。在绘制空间运动的并 联机器人的机构运动简图时，一般可以选择可展示主要构件 或多数构件的运动平面为投影面，用立体图表达。为了能清 楚地表达并联机器人的运动，可以用展开图，也可以增加局 部示图，并要同一图面上表达。
并联机器人
（第 1 版）
第2章 并联机器人的机构简图和自由度
讲授内容
机器人学-第3章_机器人运动学
构参数。如果机器人6个关节均为转动关节，18个固定参数可以用6组（ai-1, i-
1, di）表示。
空间机械臂坐标系选择
为了获得机械臂末端执行器在3维空间的位置和姿态，需要在每个连杆上 定义与连杆固连的坐标系来描述相邻连杆之间的位置关系。
根据固连坐标系所在连杆的编号对固连坐标系命名，如在固连在连杆i上 的固连坐标系称为坐标系{i}。
若ai =0，两Z轴相交，则选Xi垂于Zi和Zi+1 ，坐标系{i}的选择不是唯一的。
9
轴i θi
轴 i-1
连杆坐标系中连杆参数确定
θi-1
连杆 i-1
DH参数按以下方法确定：
Zi
ai =沿Xi轴，从Zi移动到Zi+1的距离；
Yi
i =绕Xi轴，从Zi旋转到Zi+1的角度；
di =沿Zi轴，从Xi-1移动到Xi的距离；
系{1}与坐标系{0}重合。
对于坐标系{n}，原点位置可以在关节轴
上任意选取， Xn的方向也是任意的。但在选 择时应尽量使更多的连杆参数为1=0 1=-90o d1=0
Y2
a2=L2 2=0 q2=-90o d2=L1
(b)
Z1
X2
Y2
Y1
X1
a1=0 1=90o d1=0
相邻连杆间坐标变换公式
建立 {P}、{Q}和{R}3个中间坐标系， 其中{i}和{i-1}是固定在连杆 i 和 i-1 上的固 连坐标系，如图3-13所示。
连杆 i-1 Zi
ZP
Xi ai
di ZQ XQ
ZR
qi
Zi-1
Xi-1XR ai-1
XP
i-1
1. 绕 Xi-1 轴旋转 i-1角
1, di）表示。
空间机械臂坐标系选择
为了获得机械臂末端执行器在3维空间的位置和姿态，需要在每个连杆上 定义与连杆固连的坐标系来描述相邻连杆之间的位置关系。
根据固连坐标系所在连杆的编号对固连坐标系命名，如在固连在连杆i上 的固连坐标系称为坐标系{i}。
若ai =0，两Z轴相交，则选Xi垂于Zi和Zi+1 ，坐标系{i}的选择不是唯一的。
9
轴i θi
轴 i-1
连杆坐标系中连杆参数确定
θi-1
连杆 i-1
DH参数按以下方法确定：
Zi
ai =沿Xi轴，从Zi移动到Zi+1的距离；
Yi
i =绕Xi轴，从Zi旋转到Zi+1的角度；
di =沿Zi轴，从Xi-1移动到Xi的距离；
系{1}与坐标系{0}重合。
对于坐标系{n}，原点位置可以在关节轴
上任意选取， Xn的方向也是任意的。但在选 择时应尽量使更多的连杆参数为1=0 1=-90o d1=0
Y2
a2=L2 2=0 q2=-90o d2=L1
(b)
Z1
X2
Y2
Y1
X1
a1=0 1=90o d1=0
相邻连杆间坐标变换公式
建立 {P}、{Q}和{R}3个中间坐标系， 其中{i}和{i-1}是固定在连杆 i 和 i-1 上的固 连坐标系，如图3-13所示。
连杆 i-1 Zi
ZP
Xi ai
di ZQ XQ
ZR
qi
Zi-1
Xi-1XR ai-1
XP
i-1
1. 绕 Xi-1 轴旋转 i-1角
工业机器人组成及工作原理ppt课件
• 存储：保存示教信息。 • 再现：根据需要，读出存储的示教信息向机器人发出重复动作
的命令。
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
控制信息
• 顺序信息：各种动作单元（包括机械手和外围设备）按动作先 后顺序的设定、检测等。
±(0.01 ±(0.01 ±(0.2~ ~0.5) ~0.5) 0.5)
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
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。精度和分辨率不一定相关。
“遥控”方式：由人用有线或无线遥控器控制机器人在人难以 到达或危险的场所完成某项任务。如防暴排险机器人、军用机 器人、在有核辐射和化学污染环境工作的机器人等。
“自主控制”方式：是机器人控制中最高级、最复杂的控制方 式，它要求机器人在复杂的非结构化环境中具有识别环境和自 主决策能力，也就是要具有人的某些智能行为。
控制系统的组成 工业机器人的控制系统一般分为上、下两个控制层次：
下上级—实组时织控级制级
动前轨运它其迹动根任或情据务适况机是当，器将的综人期操合动望作出力的，适学任并当特务随的性转时命及化检令机为测，器运机驱人动当 器机人器各人部机分构的完运成动指及定工的作运情动况和，操处作理。 意外事件。
24
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
的命令。
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
控制信息
• 顺序信息：各种动作单元（包括机械手和外围设备）按动作先 后顺序的设定、检测等。
±(0.01 ±(0.01 ±(0.2~ ~0.5) ~0.5) 0.5)
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
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。精度和分辨率不一定相关。
“遥控”方式：由人用有线或无线遥控器控制机器人在人难以 到达或危险的场所完成某项任务。如防暴排险机器人、军用机 器人、在有核辐射和化学污染环境工作的机器人等。
“自主控制”方式：是机器人控制中最高级、最复杂的控制方 式，它要求机器人在复杂的非结构化环境中具有识别环境和自 主决策能力，也就是要具有人的某些智能行为。
控制系统的组成 工业机器人的控制系统一般分为上、下两个控制层次：
下上级—实组时织控级制级
动前轨运它其迹动根任或情据务适况机是当，器将的综人期操合动望作出力的，适学任并当特务随的性转时命及化检令机为测，器运机驱人动当 器机人器各人部机分构的完运成动指及定工的作运情动况和，操处作理。 意外事件。
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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
04-机器人课程-运动学
1、机器人运动学
1.5机器人微分运动及速度
机器人的微分运动是研究机器人关节变量的微小变化与机器人手部位姿的微小变化 之间的微分关系。如果已知两者之间的微分关系，就可以解决机器人微分运动的两 类基本问题：一类是在已知机器人各个关节变量的微小变化时求机器人手部位姿的 微小变化；另一类是在已知机器人手部位姿的微小变化时求机器人各个关节变量相 应的微小变化。机器人的微分运动对机器人控制、误差分析、动力分析和保证工作 精度具有十分重要的意义。
1、机器人运动学
1.3齐次变换及运算
1.3.1 直角坐标变换 在机器人中建立直角坐标系后，机器人的手部和各活动杆件之间相对位 置和姿态就可以看成是直角坐标系之间的坐标变换。
1、机器人运动学
1.3齐次变换及运算
平移变换 设坐标系{i}和坐标系{j}具有相同的姿态，但两者的坐标原点不重合，如图3-7所 示。 若用矢量Pij表示坐标系{i}和坐标系{j}原点之间的矢量，则坐标系{j}就可以看成 是由坐标系{i}沿矢量Pij平移变换而来的，所以称矢量Pij为平移变换矩阵，它是一个 3×1的矩阵
1.1、机器人位姿描述
机器人的位姿主要是指机器人手部在空间的位置和姿态，有 时也会用到其他各个活动杆件在空间的位置和姿态。需要先 了解的与机器人运动相关的一些基础知识。 机器人的机构运动简图、机器人的自由度、机器人的坐标系、 机器人的工作空间、机器人的位姿
1、机器人运动学
1.2机器人的位姿
所谓机器人的位姿主要就是指机器人手部在空间的位置和姿态。有了机器 人坐标系，机器人手部和各个活动杆件相对于其他坐标系的位置和姿态就 可以用一个3×1的位置矩阵和一个3×3的姿态矩阵来描述。如图3-2所示， 机器人手部的坐标系{H}相对于机座坐标系{O}位置就可以用坐标系{H}的 原点OH在坐标系{O}三个坐标分量xOH、yOH、zOH、组成3×1的位置矩阵来 表示
工业机器人运动学1
*
手部位姿矢量为从固定参考坐标系OXYZ原点指向手部坐标系{B}原点的矢量p。手部的位姿可由(4×4)矩阵表示:
*
例：手部抓握物体Q，物体为边长2个单位的正立方体，写出表达该手部位姿的矩阵式。
*
解：
因为物体Q形心与手部坐标系0`X`y`z`的坐标原点0’相重合，所以手部位置的(4x1)列阵为：
工业机器人 PTP 运动和 CP 运动
运动轨迹规划
*
1955年Denavit和Hartenberg提出了一种采用矩阵代数的系统而广义的方法，来描述机器人手臂杆件相对于固定参考坐标系的空间几何关系，这种方法是标准、通用的。
这种方法使用4×4齐次变换矩阵来描述两个相邻的机械刚性构件间的空间关系，把正向运动学问题简化为寻求等价的4×4齐次变换矩阵，此矩阵把手部坐标系的空间位移与参考坐标系联系起来。并且该矩阵还可用于推导手臂运动的动力学方程。而逆向运动学问题可采用几种方法来求解。最常用的是矩阵代数、迭代或几何方法。
*
推导如下: 因A点是绕Z轴旋转的, 所以把A与A′投影到XOY平面内, 设OA=r, 则有
同时有
其中, α′=α+θ, 即
*
所以
所以
由于Z坐标不变, 因此有
*
写成矩阵形式为
记为:
A′=Rot(z, θ)A
其中, 绕Z轴旋转算子左乘是相对于固定坐标系，即
*
同理：
工业机器人反向运动学是工业机器人控制的基础，而正向运动学又是反向运动学的基础。
*
运动学正问题
How do I
put my
hand here?
Where is
my hand?
第二章 机器人静力分析与动力学
时间t的函数，因此拉格朗日函数可以写成 L = L (qi，i ，t)。 ɺ q
图2.3 杆i上的力和力矩
连杆的静力平衡条件为其上所受的合力和合力矩为零，因此力 和力矩平衡方程式为
式中：ri–1，i —坐标系{i}的原点相对于坐标系{i+1}的位置矢量；
ri，Ci —质心相对于坐标系{i}的位置矢量。
假如已知外界环境对机器人末杆的作用力和力矩，那么可以 由最后一个连杆向零连杆(机座)依次递推，从而计算出每个连杆 上的受力情况。
δ W = τ 1δ q1 + τ 2δ q2 + ⋯ + τ nδ qn − f n,n +1d − nn,n +1δ
或写成 根据虚位移原理，机器人处于平衡状态的充分必要条件是对任意符 合几何约束的虚位移有δW=0，并注意到虚位移δq和δX之间符合杆件的 几何约束条件。利用式δX=Jδq
式中：δq表示从几何结构上允许位移的关节独立变量。对任意的 δq，欲使δ W =0成立，必有 上式表示了在静态平衡状态下，手部端点力F和广义关节力矩τ之间的 线性映射关系。JT与手部端点力F和广义关节力矩τ之间的力传递有关，称 为机器人力雅可比。显然，机器人力雅可比JT是速度雅可比J的转置矩阵。
∂X ∂q 1 ∂Y ∂q 1 ∂Z ∂X ∂q1 J (q) = T = ∂ϕ X ∂q ∂q1 ∂ϕY ∂q1 ∂ϕ Z ∂q1 ∂X ∂q2 ∂Y ∂q2 ∂Z ∂q2 ∂ϕ X ∂q2 ∂ϕY ∂q2 ∂ϕ Z ∂q2 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ∂X ∂qn ∂Y ∂qn ∂Z ∂qn ∂ϕ X ∂qn ∂ϕY ∂qn ∂ϕ Z ∂qn
反之，假如给定机器人手部速度，可由式(2.10)解出 相应的关节速度为
图2.3 杆i上的力和力矩
连杆的静力平衡条件为其上所受的合力和合力矩为零，因此力 和力矩平衡方程式为
式中：ri–1，i —坐标系{i}的原点相对于坐标系{i+1}的位置矢量；
ri，Ci —质心相对于坐标系{i}的位置矢量。
假如已知外界环境对机器人末杆的作用力和力矩，那么可以 由最后一个连杆向零连杆(机座)依次递推，从而计算出每个连杆 上的受力情况。
δ W = τ 1δ q1 + τ 2δ q2 + ⋯ + τ nδ qn − f n,n +1d − nn,n +1δ
或写成 根据虚位移原理，机器人处于平衡状态的充分必要条件是对任意符 合几何约束的虚位移有δW=0，并注意到虚位移δq和δX之间符合杆件的 几何约束条件。利用式δX=Jδq
式中：δq表示从几何结构上允许位移的关节独立变量。对任意的 δq，欲使δ W =0成立，必有 上式表示了在静态平衡状态下，手部端点力F和广义关节力矩τ之间的 线性映射关系。JT与手部端点力F和广义关节力矩τ之间的力传递有关，称 为机器人力雅可比。显然，机器人力雅可比JT是速度雅可比J的转置矩阵。
∂X ∂q 1 ∂Y ∂q 1 ∂Z ∂X ∂q1 J (q) = T = ∂ϕ X ∂q ∂q1 ∂ϕY ∂q1 ∂ϕ Z ∂q1 ∂X ∂q2 ∂Y ∂q2 ∂Z ∂q2 ∂ϕ X ∂q2 ∂ϕY ∂q2 ∂ϕ Z ∂q2 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ∂X ∂qn ∂Y ∂qn ∂Z ∂qn ∂ϕ X ∂qn ∂ϕY ∂qn ∂ϕ Z ∂qn
反之，假如给定机器人手部速度，可由式(2.10)解出 相应的关节速度为