工业机器人的数学基础

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工业机器人技术基础第1章 工业机器人概论

工业机器人技术基础第1章 工业机器人概论

法国
英国 意大利、瑞典等
注重机器人基础研究
二十世纪70年代末开始研究,但 中途限制发展 发展迅速
中国
70年代萌芽期,80年代的开发期 和90年代后的应用期。
靠后
沈阳新松、 清华、哈工 大
国际上的工业机器人公司主要分为日系和欧系。
日系有:安川、OTC、松下、 发那科 (FANUC)和安川电机 (Yaskawa)。 欧系有:德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU,英国的
第一,创新能力较弱,核心技术和核心关键部件受制于人,尤其是高精度的减速器长
期需要进口,缺乏自主研发产品,影响总体机器人产业发展。 第二,产业规模小,市场满足率低,相关基础设施服务体系建设明显滞后。中国工业
机器人企业虽然形成了自己的部分品牌,但不能与国际知名品牌形成有力竞争。
第三,行业归口,产业规划需要进一步明确。 随着工业机器人的应用越来越广泛,我国也在积极推动我国机器人产业的发展。 尤其是进入“十三.五”以来,国家出台的《机器人产业发展规划(2016-2020)》对机 器人产业进行了全面规划,要求行业、企业搞好系列化、通用化、模块化设计,积极 推进工业机器人产业化进程。
工业机器人技术基础
目 录
第一章 工业机器人概论
第二章 工业机器人的数学基础
第三章 工业机器人的机械系统 第四章 工业机器人的动力系统 第五章 工业机器人的感知系统 第六章 工业机器人的控制系统
第七章 工业机器人编程与调试
第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
主要内容
1.1 工业机器人定义及其发展(了解) 1.2 工业机器人基本组成及技术参数(掌握)
第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础

工业机器人运动学课件

工业机器人运动学课件
工业机器人概述
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
定义与分类
定义
工业机器人是一种可编程、多自 由度的自动化机械业任务。
分类
根据应用领域和功能特点,工业 机器人可分为搬运机器人、焊接 机器人、装配机器人、加工机器 人等。
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
人工操作成本。
THANKS
感谢观看
位置控制与速度控制
位置控制
通过设定目标位置,控制器计算出机 器人需要执行的路径和动作,使机器 人准确到达目标位置。
速度控制
通过设定目标速度,控制器计算出机 器人需要执行的动作,使机器人在运 动过程中保持恒定的速度。
力控制与力矩控制
力控制
通过设定目标力,控制器计算出机器人需要执行的路径和动作,使机器人施加的目标力作用于被操作 物体上。
学要求。
轨迹规划的分类
根据运动学和动力学模型的不同 ,轨迹规划可以分为运动学轨迹
规划和动力学轨迹规划。
轨迹规划的步骤
包括路径生成、速度和加速度控 制、碰撞检测和避障等。
关节空间的轨迹规划
01
关节空间定义
关节空间是指机器人的各个关节角度构成的坐标系,是机器人的内部状
态空间。
02 03
关节空间轨迹规划方法
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。

工业机器人运动学-1数学基础

工业机器人运动学-1数学基础

则可得到如图1.8所示的点向量n.变换过程如下
1 00 4 2
6
0 1 0 -3 7
4
n = Trans <4, -3, 7> w = 0 0 1 7 3 = 10
0 00 1 1
1
z
z
•n
•v
0
2
y
2
w•
u•
•w
x
-7
•v
图1.7 Rot ( z, 90°) Rot ( y, 90°)
0•

7
y
x
已知两个向量
a = ax i + ay j + az k
b = bx i + by j + bz k
〔1.1〕
向量的点积是标量.用" ·"来定义向量点积,即
a ·b = ax bx + ay by + az bz
〔1.2 〕
向量的叉积是一个垂直于由叉积的两个向量构成的平面的向量.用"×" 表示叉积,即
1.2.1 点向量〔Point vectors〕 点向量描述空间的一个点在某个坐标系的空间位
置.同一个点在不同坐标系的描述及位置向量的值也不同.如图 1.1中,点p在E坐标系上表示为 Ev,在H坐标系上表示为 Hu,且v ≠ u.一个点向量可表示为
v = ai + bj + ck 通常用一个〔n + 1〕维列矩阵表示,即除 x、y、 z 三个方向上的分量外,再加一个比例因子 w ,即
01
0 001
1
0
0
1
如果按着逆序旋转,首先绕y轴旋转90°,然后再绕z轴旋转90°,其结果为

第三章工业机器人运动学3逆运动学

第三章工业机器人运动学3逆运动学

由于角φ已求出,比较式(3.48)等号两边矩阵第1行第3列和第3行第3 列元素相等有
sin f11(a) cos f13 (a)

(3.59) (3.60)
由此可得
sin cos ax sin ay cos az
tan 1 cos
ax sin az
ay
(3.61) (3.62)
(3.63)
同样比较式(3.48)等号两边矩阵的第2行第1列和第2行第2列元素可知
sin f12 (n)
(3.64)
cos f12 (o)
(3.65)

由此可得
sin sin nx cos ny cos sin ox cos oy
tan
1
sin sin
n o
x x
cos ny cos oy
1T6 =
C2( C4C5C6 - S4S6 ) - S2S5C6 S2( C4C5C6 - S4S6 ) + C2S5C6
S4C5C6 + C4C6
0
-C2( C4C5S6 + S4C6 )+ S2S5S6 -S2( C4C5 S6+ S4C6 )- C2S5S6
-S4C5S6 + C4C6
0
C2C4S5 + S2C5 S2C4S5 - C2C5
3.4 欧拉变换的逆运动学解 (Inverse solution of Euler Angles )
由前节知欧拉变换为
Euler (ø, θ,ψ) = Rot (z, ø) Rot (y, θ) Rot (z,ψ)
我们用T来表示欧拉变换的结果,即
T = Euler (ø, θ,ψ)

ABB工业机器人编程第五章

ABB工业机器人编程第五章

ABB工业机器人编程第五章在ABB工业机器人编程的旅程中,第五章标志着重要的里程碑。

这一章节将深入探讨机器人的运动学和动力学,为后续的编程操作奠定坚实的基础。

机器人运动学是研究机器人末端执行器在不同关节角度下所能够达到的空间位置和姿态的科学。

在ABB机器人中,这些关节角度被称为“关节变量”。

理解这些关节变量如何影响机器人的运动是非常重要的。

我们需要理解机器人坐标系。

一般来说,ABB机器人使用的是六自由度的机械臂,这意味着它有六个关节,每个关节对应一个角度。

这些角度可以由一个六元组(q1, q2, q3, q4, q5, q6)来表示。

然后,我们需要理解位姿(位置和姿态)的概念。

位姿是由三个线性分量(x, y, z)和三个旋转分量(roll, pitch, yaw)组成的。

这些分量描述了末端执行器的位置和朝向。

我们需要理解如何通过运动学方程将关节角度转化为位姿。

这需要使用到一些复杂的数学公式,例如雅可比矩阵。

通过这些公式,我们可以将关节角度映射到位姿,从而精确地控制机器人的运动。

机器人动力学是研究机器人运动过程中力与运动之间关系的科学。

在ABB机器人中,动力学主要的是如何在给定关节角度的情况下,计算出所需的关节扭矩。

我们需要理解牛顿-欧拉方程。

这个方程描述了物体的惯性(质量乘速度的平方)和外部力(例如重力、摩擦力)之间的关系。

通过这个方程,我们可以计算出在给定关节角度下,机器人所需的关节扭矩。

然后,我们需要理解如何通过动力学方程将关节扭矩转化为关节角度。

这需要使用到一些复杂的数学公式,例如动力学方程。

通过这些公式,我们可以将关节扭矩映射到关节角度,从而精确地控制机器人的运动。

在理解了机器人运动学和动力学的基础上,我们可以开始进行编程实践了。

在ABB工业机器人编程中,主要使用的是RobotWare软件。

这个软件提供了一套完整的编程环境,包括建模、仿真、编程、调试等功能。

我们需要使用RobotWare软件进行建模。

工业机器人技术基础-第2版-课件--第1章-工业机器人概论-

工业机器人技术基础-第2版-课件--第1章-工业机器人概论-

实际作业tact time最大缩 监视ROBOT的姿势、负荷, 设置面积A4尺寸,重量约

短15%幅度。附加功能:附 依据实际调整伺服增益/滤
加轴控制、追踪机能、
波。
8kg的新设计小型控制器。 搭载独自开发的5节闭连结
点 Ethernet等提升目标。
冲突检知机能,支持原点 机构及64bitCPU;
参 最大合成速度:5.5m/s 数 最大可搬重量:3.5kg
随着工业机器人的应用越来越广泛,我国也在积极推动我国机器人产业的发展。尤其是进入 “十三.五”以来,国家出台的《机器人产业发展规划(2016-2020)》对机器人产业进行了全面 规划,要求行业、企业搞好系列化、通用化、模块化设计,积极推进工业机器人产业化进程。
第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
工业机器人在我国发展概况
中国的机器人产业应走什么道路,如何建立自己的发展模式,确实值得探讨。中国工程院在 2003年12月完成并公开的《我国制造业焊接生产现状与发展战略研究总结报告》中认为,我国应 从“美国模式”着手,在条件成熟后逐步向“日本模式”靠近。
目前,我国基本掌握了工业机器人的结构设计和制造、控制系统硬件和软件、运动学和轨迹规划等技术, 形成了机器人部分关键元器件的规模化生产能力。一些公司开发出的喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人 已经在多家企业的自动化生产线上获得规模应用,弧焊机器人也已广泛应用在汽车制造厂的焊装线上。总体来 看,在技术开发和工程应用水平与国外相比还有一定的差距。主要表现在以下几个方面:
迅猛。由此可见,未来工业机器人的应用依托汽车产业,并迅速向各行业延伸。对于
机器人行业来讲,这是一个非常积极的信号。

工业机器人的数学基础

工业机器人的数学基础
则称矩阵 A 和矩阵 B 相等,记为 A B 。需要注意的是,不是同型的矩阵是不能进
行相等比较的,同型矩阵之间不能比较大小。
12)负矩阵
对于矩阵 A (aij )mn ,每个元素取相反数,得到的矩阵称为 A 的负矩阵, 记为 A ,即
a11
A
a21
am1
a12 a22
am2
a1n
a2n
amn
1.2 矩阵的运算
1.矩阵的加法
设同型矩阵 A (aij )mn , B (bij )mn , A 与 B 的对应元素相加,称为矩 阵 A 与 B 的加法或和,记为 C (cij )mn ,即
a11 b11
C
A
B
a21
b21
am1 bm1
a12 b12 a22 b22
2.数与矩阵相乘
数 k 与矩阵 A (aij )mn 的乘积,称为数乘,记为 kA ,规定为
ka11
kAmn
ka21
kam1
ka12 ka22
kam2
ka1n
ka2n
kamn
矩阵数乘满足以下性质:
(1)分配律: k(A B) kA kB,(k l)A kA lA 。 (2)结合律: (kl)A k(lA) 。 (3)1A A,0A O 。
a1n
a2n
amn
称为 m 行 n 列矩阵,简称 m n 矩阵。通常用大写字母 A,B ,C , 表示矩阵, aij 表示矩阵中第 i 行、第 j 列的元素,这个元素可以是实数,也可以是虚数。 一个 m n 矩阵可以简记为 A Amn (aij )mn 。
将矩阵 A (aij )mn 的行与列依次互换得到的矩阵称为矩阵 A 的转置矩阵,简称转置,记为

第三章工业机器人机器人技术数学基础PPT课件

第三章工业机器人机器人技术数学基础PPT课件

•方向余弦阵的几个性质
1)方向余弦阵是正交矩 阵,因此,矩阵中每 行和每列中元素的平 方和为1
2)方向余弦阵中两个不 同列或不同行中对应 元素的乘积之和为O
• 3)因为方向余弦阵又 是正交变换矩阵,因 此
3.位姿描述 刚体位姿(即位置和姿态),用刚体的方位矩阵和 方位参考坐标的原点位置矢量表示,即
A B
R
可作为坐标变换矩阵.它使得坐标系{B}中的点的
坐标 B p 变换成{A}中点的坐标 A p .
3)
A B
R
可作为算子,将{B}中的矢量或物体变换到{A}中.
在坐标系的旋转变换中,有一些特殊情况,即绕单 个轴的旋转,相应的旋转矩阵称为基本旋转矩阵. 当{A}仅绕z轴旋转角时,基本旋转矩阵记为
12
B ARR(z,30 0) 0.5 0.866 0 ;ApB0 6
0 0 1
0
0.90212 11.908 ApB ARBpApB07.562613.562
0 0 0
3.3 齐次坐标变换
(1)定义
1.齐次坐标
• 将非零常数作为第四个元素,用由四个数所组成 的列向量
P= x y z T
来表示前述三维空间的直角坐标的点(a,b,c),
它们的关系为:
a= x
b= y
c=
z
(x,y,z, )称为三维空间点(a,b,c)的齐 次坐标
(2)齐次坐标不是单值确定的
• 比如(x,y,z, )是某点的齐次坐标,则(mx,
my,mz,m )也是该点的次坐标(m为任一 非零常数)。
• M=1 时,很容易给出一个点(a,b,c)的齐次坐 标为(a,b,c,1)
• 显然齐次坐标(0,O,O,1)表示坐标原点

工业机器人基础复习题

工业机器人基础复习题

1、机器人安应用类型可以分为工业机器人、极限作业机器人和娱乐机器人; 2﹑机器人按照控制方式可分为点位控制方式、连续轨迹控制方式、力力矩控制方式和智能控制方式;3、工业机器人的坐标形式主要有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型和平面关节型;4、直角坐标机器人的工作范围是长方形形状;圆柱坐标机器人的工作范围是圆柱体形状;球坐标机器人的工作范围是球面一部分状;5、工业机器人的参考坐标系主要有关节坐标系、工具参考坐标系、全局参考系坐标系 ;6、工业机器人的传动机构是向手指传递运动和动力,该机构根据手指的开合动作特点可以分为回转型和移动型 ;7、吸附式取料手靠吸附力取料,根据吸附力的不同分为磁吸附和气吸附两种;8、气吸附式取料手是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而工作;按形成压力差的方法,可分为真空吸盘吸附、气流负压气吸附、挤压排气负压气吸附几种;9、手臂是机器人执行机构的重要部件,它的作用是支待手腕并将被抓取的工件运送到指定位置上 ,一般机器人的手臂有3个自由度,即手臂的伸缩升降及横向移动、回转运动和复合运动;10、机器人的底座可分为固定式和移动式两种;11、谐波齿轮传动机构主要有柔轮、刚轮和波发生器三个主要零件构成;12、谐波齿轮通常将刚轮装在输入轴上,把柔轮装在输出轴上,以获得较大的齿轮减速比;13、机器人的触觉可以分为接触觉、接近觉、压觉、滑觉和力觉五种;14、机器人接触觉传感器一般由微动开关组成,根据用途和配置不同,一般用于探测物体位置, 路径和安全保护 ;二、选择题1、世界上第一台工业机器人是 BA、VersatranB、UnimateC、RoombaD、AIBO2、通常用来定义机器人相对于其它物体的运动、与机器人通信的其它部件以及运动部件的参考坐标系是 CA、全局参考坐标系B、关节参考坐标系C、工具参考坐标系D、工件参考坐标系3、用来描述机器人每一个独立关节运动参考坐标系是 BA、全局参考坐标系B、关节参考坐标系C、工具参考坐标系D、工件参考坐标系4、夹钳式取料手用来加持方形工件,一般选择 A 指端;A、平面B、V型C、一字型D、球型5、夹钳式取料手用来加持圆柱形工件,一般选择 B 指端;A、平面B、V型C、一字型D、球型6、夹钳式手部中使用较多的是 DA、弹簧式手部B、齿轮型手部C、平移型手部D、回转型手部7、平移型传动机构主要用于加持 C 工件;A、圆柱形B、球形C、平面形D、不规则形状8、使用一台通用机器人,要在作业时能自动更换不同的末端操作器,就需要配置 C ;A、柔性手腕B、真空吸盘C、换接器D、定位销9、工业机器人手腕的自由度最多为多少个 CA、1B、2C、3D、610、工业机器人一般需要 D 个自由度才能使手部达到目标位置并出去期望姿态;A、1B、2C、3D、611、工业机器人的手腕中,通常把手腕的翻转动作用 A 表示;A、RB、PC、YD、B12、工业机器人的手腕中,通常把手腕的俯仰动作用 D 表示;A、RB、PC、YD、B13、工业机器人的手腕中,通常把手腕的偏转动作用 C 表示;A、RB、PC、YD、B14、下列工业机器人手腕关节结构中,具有一个自由度的是 C ;A、BRB、BBC、RRD、BBR15、下列工业机器人手腕关节结构中,具有两个自由度的是 B ;A、BBRB、BBBC、BRRD、RRR16、下列工业机器人手腕关节结构中,具有最少自由度的是 B ;A、BBRB、BBBC、BRRD、RRR17、工业机器人的手臂按结构形式区分,不包括下列 C ;A、单臂式B、双臂式C、多臂式D、悬挂式19、工业机器人的手臂按运动形式区分,不包括下列 A ;A、摆动运动B、回转运动C、直线运动D、复合运动20、机器人手臂的伸缩、升降及横向移动都属于直线运动,下列运动不属于直线运动的是 DA、活塞气缸B、活塞油缸C、齿轮齿条D、连杆机构21、工业机器人的制动器通常是按照 D 方式工作;A、通电抱闸B、有效抱闸C、无效放闸D、失效抱闸22、当代机器人大军中最主要的机器人为 AA、工业机器人B、军用机器人C、服务机器人D、特种机器人23、手部的位姿是由哪两部分变量构成的 BA、位置与速度B、姿态与位置C、位置与运行状态D、姿态与速度24、工业机器人常用的行走机座是 DA、二轮车B、三轮车C、两足行走机构D、导轨25、谐波减速器的结构不包括 CA、刚性齿轮B、柔性齿轮C、斜齿轮D、谐波发生器26、工业机器人的位姿用 D 描述;A、坐标B、方位C、角度D、矩阵27、工业机器人的位姿可以用矩阵来表示,矩阵中第四行的1表示A、角度 B点的坐标 C点的方向 D、补位28、工业机器人的位姿可以用矩阵来表示,矩阵中第四行的0表示A 、角度B 点的坐标C 点的方向D 、补位29、在工业机器人齐次坐标变换中有⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∆∆∆=∆∆∆1000100010001),,(Trans z y x z y x 它被称为 A 、平移算子 B 、旋转算子 C 、平移矩阵 D 、旋转矩阵30、工业机器人每次通电时不需要校准的编码器是 B ,一通电就能知道关节的实际位置;A 、相对型光电编码器B 、绝对型光电编码器C 、测速发电机D 、旋转编码器31、工业机器人每次通电时必需校准的编码器是 A ;A 、相对型光电编码器B 、绝对型光电编码器C 、测速发电机D 、旋转编码器32、测量角速度的传感器有 DA 、超声波传感器B 、STMC 、光学测距法D 、旋转编码器33、机器人测距传感器不包括 B ;A 、超声波传感器B 、STMC 、光学测距法D 、旋转编码器34、对工业机器人进行示教时,同时对速度、位置、操作顺序等进行示教方式是 AA 、集中示教B 、分离示教C 、手把手示教D 、示教盒示教35、对工业机器人进行示教时,示教位置后,分别对速度、操作顺序等进行示教方式是 BA、集中示教B、分离示教C、手把手示教D、示教盒示教36、焊接机器人的外围设备不包括 AA、倒袋机B、变位机C、滑移平台D、快换装置三、简答题:1、简述工业机器人的应用场合并举例;1 恶劣工作环境及危险工作,如:压铸车间及核工业等领域的作业环境;2 特殊作业场合和极限作业,如:火山探险、深海探密和空间探索等领域;3 自动化生产领域,如:焊接机器人、材料搬运机器人、检测机器人、装配机器人、喷漆和喷涂机器人2、简述工业机器人的基本组成;工业机器人由三大部分六个子系统组成;三大部分是机械部分、传感部分和控制部分;六个子系统是驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统和控制系统;3、简述工业机器人的技术参数;机器人技术参数有自由度、精度、工作范围、速度、承载能力1自由度:是指机器人所具有的独立坐标轴的数目,不包括手爪末端操作器的开合自由度;在三维空间里描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度;但是,工业机器人的自由度是根据其用途而设计的,也可能小于六个自由度,也可能大于六个自由度精度:工业机器人的精度是指定位精度和重复定位精度;定位精度是指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异;重复定位精度是指机器人重复定位其手部于同一目标位置的能力,可以用标准偏差这个统计量来表示,它是衡量一列误差值的密集度即重复度;3工作范围:是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合,也叫工作区域; 4速度;速度和加速度是表明机器人运动特性的主要指标;5承载能力:是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量;承载能力不仅取决于负载的质量,而且还与机器人运行的速度和加速度的大小和方向有关;为了安全起见,承载能力这一技术指标是指高速运行时的承载能力;通常,承载能力不仅指负载,而且还包括机器人末端操作器的质量;4、简述工业机器人制动器的作用及工作方式;许多机器人的机械臂都需要在各关节处安装制动器,其作用是在机器人停止工作时,保持机械臂的位置不变,在电源发生故障时,保护机械臂和它周围的物体不发生碰撞;1作用:在机器人停止工作是,保持手臂的位置不变;在电源发生故障时,保护机械臂和它周围的物体不发生碰撞2工作方式:失效抱闸方式——要松开制动器就必须接通电源,否则,各关节不能产生相对运动目的:在电源出现故障时起保护作用缺点:在工作期间要不断通电使制动器松开5、简述工业机器人传动机构的要求;1 齿轮传动机构在机器人中常用的齿轮传动机构有圆柱齿轮,圆锥齿轮,谐波齿轮,摆线针轮及蜗轮蜗杆传动等;2 谐波齿轮传动谐波齿轮传动具有结构简单、体积小重量轻,传动比大几十到几百,传动精度高、回程误差小、噪音低、传动平稳,承载能力强、效率高等一系列优点3 螺旋传动螺旋传动及丝杠螺母,它主要是用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动;4 同步带传动同步带传动是综合了普通带传动和链轮链条传动优点的一种新型传动,它在带的工作面及带轮外周上均制有啮合齿,通过带齿与轮齿作啮合传动;为保证带和带轮作无滑动的同步传动,齿形带采用了承载后无弹性变形的高强力材料,无弹性滑动,以保证节距不变;6、简述机器人的性质;机器人是一种可反复编程和多功能的用来搬运材料、零件、工具的操作工具,为执行不同任务而具有可改变和可编程的动作的专门系统;工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能,能完成各种作业的可编程操作机;1 恶劣工作环境及危险工作:2 特殊作业场合和极限作业3自动化生产领域7、简述工业机器人常见的新型驱动方式及原理;磁致伸缩驱动、压电晶体驱动器、形状记忆金属、静电驱动器;新型驱动方式可以实现驱动元件的简单化和微型化,更适宜于机器人的使用;8、简述工业机器人视觉系统的组成及应用;机器人视觉由视觉传感器摄像机和光源控制计算器和图像处理机组成原理:由视觉传感器讲景物的光信号转换成电信号经过A/D摄像机控制器把把光线,距离颜色光源方向等等参数传递给图像处理器 ,图像处理器对图像数据做一些简单的处理将数据传递给计算机最后由计算器存储和处理;9、简述机器人滑觉的检测方法;滑觉传感器用来检测机器人与抓握对象间滑移程度,为了抓握物体有适当的握力值,需要实时检测接触表面的相对滑动,将物体的滑动位移转换为传感器角位移,再由角位移得到光脉冲信号,将光脉冲转换为电压脉冲发送给控制计算机处理10、工业机器人控制系统和普通控制系统相比有什么特点1 机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关;2 是一个多变量控制系统,要求系统具有一定的智能性;3 是一个复杂的计算机控制系统;4 描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型,各变量之间还存在耦合;5 机器人的动作往往可以通过不同的方式和路径来完成, 因此存在一个“最优”的问题;11、示教编程方式有哪两类各有什么特点示教方式:机器人示教的方式种类繁多,总的可以分为集中示教方式和分离示教方式; 1、集中示教方式将机器人手部在空间的位姿、速度、动作顺序等参数同时进行示教的方式,示教一次即可生成关节运动的伺服指令;2、分离示教方式将机器人手部在空间的位姿、速度、动作顺序等参数分开单独进行示教的方式,一般需要示教多次才可生成关节运动的伺服指令,但其效果要好于集中示教方式;12、工业机器人的控制方式按作业任务不同可分为哪些方式各有什么特点点位控制方式,连续轨迹控制方式,力控制方式和智能控制方式;1)点位控制方式PTP这种控制方式的特点是只控制工业机器人末端执行器在作业空间中某些规定的离散点上的位姿;控制时只要求工业机器人快速、准确地实现相邻各点之间的运动,而对达到目标点的运动轨迹则不作任何规定;这种控制方式的主要技术指标是定位精度和运动所需的时间; 2连续轨迹控制方式CP这种控制方式的特点是连续的控制工业机器人末端执行器在作业空间的位姿,要求其严格按照预定的轨迹和速度在一定的精度范围内运动,而且速度可控,轨迹光滑,运动平稳,以完成工作任务;3力力矩控制方式在完成装配、抓放物体等工作时,除要准确定位外,还要求使用适度的力或力矩进行工作,这时就要利用力力矩伺服方式;这种方式的控制原理与位置伺服控制原理基本相同,只不过输入量和反馈量不是位置信号,而是力力矩信号,因此系统中必须有力力矩传感器;有时也利用接近、滑动等传感功能进行自适应式控制;4智能控制方式机器人的智能控制时通过传感器获得周围环境的知识,并根据自身内部的知识库做出相应的决策;采用智能控制技术,使机器人具有了较强的适应性及自学习功能;智能控制技术的发展有赖于近年来人工神经网络、基因算法、遗传算法、专家系统等人工智能的迅速发展;13、目前在工业生产中应用的工业机器人的主要编程方式有哪些顺序控制的编程示教方式编程示教盒示教编程脱机编程或预编程。

第二章 2.3工业机器人运动学(一)

第二章 2.3工业机器人运动学(一)

第二章机器人基础知识2.3工业机器人运动学(一)【内容提要】本课主要学习工业机器人技术的运动学基础知识,涉及机器人正逆运动学的概念、平面二连杆机器人的运动学、以及机器人一般运动学的数学基础(位姿描述、齐次变换及运算)。

知识要点:✓机器人正逆运动学概念✓平面二连杆机器人的正逆运动学✓机器人的位姿描述✓齐次变换及运算重点:✓掌握机器人正逆运动学概念✓掌握平面二连杆机器人的正逆运动学✓理解机器人的位姿描述和齐次变换✓掌握齐次变换及运算难点:✓机器人的位姿描述、齐次变换及运算关键字:✓机器人正逆运动学、平面二连杆机器人、位姿描述、齐次变换及运算【本课内容相关资料】2.3机器人运动学从机构学的角度看,机器人可以看成开式运动链结构,由一系列连杆通转动或移动关节串联而成。

机器人运动学研究的是机器人各关节运动的几何关系,具体而言是各连杆之间的位移关系、速度关系和加速度关系。

本节仅研究位移关系,重点是研究手部相对于机座的位姿与各连杆之间的相互关系。

“位姿”是“位置和姿态”的简称。

工业机器人手部相对于机座的位姿与工业机器人各连杆之间的相互关系直接相关。

为了便于数学上的分析,一般将连杆和关节按空间顺序进行编号。

同时,选定一个与机座固联的坐标系,称为固定坐标系,并为每一个连杆(包括手部)选定一个与之固联的坐标系,称为连杆坐标系。

一般把机座也视为一个连杆,即零号连杆。

这样,连杆之间的相互关系可以用连杆坐标系之间的相互关系来描述。

工业机器人手部相对机座的位姿就是固联在手部的坐标系相对固定坐标系的位姿。

这样,就可以将“手部相对于机座的位姿”这样一个物理问题转化为一个数学问题,即,得到了工业机器人的运动学数学模型,便于用计算机进行分析计算。

工业机器人运动学主要包括正向运动学和反向运动学两类问题。

正向运动学是在已知各个关节变量的前提下,解决如何建立工业机器人运动学方程,以及如何求解手部相对固定坐标系位姿的问题。

反向运动学则是在已知手部要到达目标位姿的前提下,解决如何求出关节变量的问题。

工业机器人技术基础第2章 工业机器人的数学基础

工业机器人技术基础第2章 工业机器人的数学基础

工业机器人技术基础
III 矩阵的运算 ▲矩阵的加法 设有两个mn的矩阵A=(aij),B=(bij),则矩阵A和B的和记作 A+B 。即:
a11 b11 a b 21 21 A B am1 bm1
a12 b12 a22 b22 am 2 bm 2
a11 0 0
0 Байду номын сангаас22 0

0 0 ann
第二章 工业机器人的数学基础
工业机器人技术基础
b) 数量矩阵(scalar matrix)
a 0 0
c) 三角矩阵(triangular matrix)
0 a 0
工业机器人技术基础
目 录
第一章 工业机器人概论
第二章 工业机器人的数学基础
第三章 工业机器人的机械系统 第四章 工业机器人的动力系统 第五章 工业机器人的感知系统 第六章 工业机器人的控制系统
第七章 工业机器人编程与调试
第2章 工业机器人的数学基础
工业机器人技术基础
主要内容 2.1 矩阵及运算 2.2 坐标系及其关系描述 2.3 坐标变换 2.4 机器人运动学
2.5 机器人动力学
第二章 工业机器人的数学基础 2.1 矩阵及运算
工业机器人技术基础
1.矩阵的定义 定义1 由mn个数aij(i=1,2,,m; 成m行n列的数表:
j=1,2,,n),排
a12 a1n a11 a a a 21 22 2n A a m2 a mn a m1
易证,数乘矩阵满足下列运算规律(设A、B为 mn矩阵,、为数): (i). ()A = (A); (ii). (+)A = A + A; (iii). (A + B)=A + B。

工业机器人及其应用习题

工业机器人及其应用习题

工业机器人及应用习题集第一章:概论一、选择题1、机器人(Robot)一词源于()。

A、英语 B 、德语C、法语D、捷克语2、提出“机器人三原则”的是()。

A、物理学家B、哲学家C、科幻小说家D、社会学家3、世界上第一台真正意义上的机器人诞生于()。

A、1952年,美国 B 、1959年,美国C、1959年,日本D、1952年,德国4、目前,大多数工业机器人使用的是()机器人技术。

A、第一代B、第二代C、第三代D、第四代5、根据机器人的应用环境,机器人一般分为()两类。

A、关节型机器人和并联型机器人B 、工业机器人和服务机器人C、示教再现机器人和智能机器人D、顺序控制和轨迹控制机器人6 根据工业机器人的功能与用途,目前主要有()几类。

A、加工类 B 、装配类 C 、搬运类 D 、包装类7 以下属于加工类工业机器人的是()。

A 、焊接机器人B 、装卸机器人C 、涂装机器人D 、包装机器人8 以下属于装配类工业机器人的是()。

A、焊接机器人 B 、涂装机器人C 、分拣机器人D 、包装机器人9 以下属于服务机器人的是()。

A、家庭清洗机器人B、军事机器人C 、医疗机器人D 、场地机器人10 月兔号月球探测器、好奇号火星探测器属于()的一种。

A、工业机器人B、军事机器人C 、医疗机器人D、场地机器人11 美国的E-2D“鹰眼”预警机属于()的一种。

A 、工业机器人B、军事机器人C 、医疗机器人D、场地机器人12 目前全球工业机器人产销量最大的生产企业是()。

A、ABBB、YASKAWAC、FANUCD、KUKA13、日本最早的生产工业机器人的企业是()。

A、KAWASAKIB、YASKAWAC、FANUCD、DAIHEN14.目前,工业机器人年销量最大的国家是()。

A、美国B、德国C、日本D、中国15.目前工业人机器人使用量最大的行业是()。

A 、电子电气工业B、汽车制造业C、金属制品及加工D、食品和饮料业二、简答题1、简述第一、二、三代机器人的组成、性能等方面的区别。

工业机器人技术基础ppt课件

工业机器人技术基础ppt课件
40
LOGO
(b)示教模式时 1. 按再现操作盒的[SERVO ON READY]键,该键闪烁,此时伺服电
源未通。 2. 在示教编程器上按[示教锁定]键。 3. 握住安全开关,接通伺服电源。再现操作盒上的[SERVO ON
READY]键灯亮。
注意:伺服电源接通时可听 见伺服电机带电后的声音。
41
LOGO
(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”执行 外部输出信号的开关,“DIN”给变量读入输入信号, “WAIT”待机至外部输入信号与指定状态相符。 如:DIN B016 IN#(16); ——把通道16的输入信号赋给变 量B016。
WAIT IN#(12)=ON T=10.00; ;——当通道12信号 为开时,等待10秒
3
LOGO
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。
4
LOGO 焊接机器人典型应用案例
轿车后桥双机协调弧焊系统
5
LOGO
37
LOGO
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LOGO
2 接通电源
注意:接通电源时,请务必按照先开主电源再开伺服电源的顺序。 接通电源前,必须充分确认机器人周围是否安全。 (1)接通主电源 把XRC正面主电源开关旋至“ON”位,接通主电源,XRC内部进行初 始化诊断后,在示教编程器上显示初始画面。
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LOGO
(2) 接通伺服电源 把XRC正面主电源开关旋至“ON”位,接通主电源,XRC内部进行初 始化诊断后,在示教编程器上显示初始画面。 (a)再现模式时 按再现操作盒的[SERVO ON READY]键,接通伺服电源,该键灯亮。

工业机器人基础知识

工业机器人基础知识

机器人的定义美国国家标准局(NBS )的定义:机器人是一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置”。

国际标准化组织(ISO)的定义:机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手,这种机械手具有几个轴,能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置,以执行种种任务。

”机器人具有以下特性:(1)一种机械电子装置;(2)动作具有类似于人或其他生物体的功能;(3)可通过编程执行多种工作,有一定的通用性和灵活性;(4)有一定程度的智能,能够自主地完成一些操作。

机器人的分类按照日本工业机器人学会(JIRA)的标准,可将机器人分为六类:第一类:人工操作机器人。

由操作员操作的多自由度装置;第二类:固定顺序机器人。

按预定的不变方法有步骤地依此执行任务的设备,其执行顺序难以修改;第三类:可变顺序机器人。

同第二类,但其顺序易于修改。

第四类:示教再现(playback)机器人。

操作员引导机器人手动执行任务,记录下这些动作并由机器人以后再现执行,即机器人按照记录下的信息重复执行同样的动作。

第五类:数控机器人。

操作员为机器人提供运动程序,并不是手动示教执行任务。

第六类:智能机器人。

机器人具有感知外部环境的能力,即使其工作环境发生变化,也能够成功地完成任务。

美国机器人学会(RIA)只将以上第三类至第六类视做机器人。

我国的机器人专家从应用环境出发,将机器人分为两大类,即工业机器人和特种机器人。

所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。

而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人。

机器人技术涉及的研究领域有:1、传感器技术:得到与人类感觉机能相似的传感器技术;2、人工智能计算机科学:得到与人类智能或控制机能相似能力的人工智能或计算机科学;3、假肢技术;4、工业机器人技术:把人类作业技能具体化的工业机器人技术;5、移动机械技术:实现动物行走机能的行走技术;6、生物功能:实现生物机能为目的的生物学技术为了防止机器人伤害人类,科幻作家阿西莫夫于1940年提出了机器人三原则”:(1 )机器人不应伤害人类;(2)机器人应遵守人类的命令,与第一条违背的命令除外;(3)机器人应能保护自己,与第一条相抵触者除外。

简述工业机器人四类常用坐标系的定义

简述工业机器人四类常用坐标系的定义

工业机器人是一种能够自动执行各种工业生产任务的智能化设备,它能够完成重复性高、精度要求高的工作,极大地提高了生产效率和产品质量。

在工业机器人的运动控制中,坐标系是一个非常重要的概念,它决定了机器人在空间中的运动轨迹和位置。

常见的工业机器人坐标系包括基坐标系、工具坐标系、世界坐标系和用户坐标系。

下面将对这四种常用坐标系进行简要介绍。

一、基坐标系基坐标系是工业机器人控制中最基本的坐标系,也是机器人的运动参考系。

它通常是由机器人末端执行器的位置和姿态决定的,其坐标原点通常位于机器人的基座中心,x轴指向机器人末端执行器的前进方向,y轴指向机器人的左侧,z轴指向机器人的上方。

通过基坐标系,机器人可以准确定位和控制自身的运动轨迹。

二、工具坐标系工具坐标系是相对于机器人末端执行器的一个坐标系,它描述了机器人末端执行器上安装的工具或夹具在运动过程中的位置和姿态。

工具坐标系的建立需要考虑到工具的重心位置、姿态等因素,通过工具坐标系,机器人可以准确地控制工具在工作空间中的位置和姿态。

三、世界坐标系世界坐标系是指在工业机器人操作的整个工作空间中建立的一个固定的坐标系,它通常是由工作空间的边界和环境参考物所确定的。

世界坐标系的建立可以帮助机器人在工作空间中进行定位和路径规划,保证其移动和操作的准确性和稳定性。

四、用户坐标系用户坐标系是根据用户的需要和工作要求,由用户自行建立的一个坐标系。

用户可以根据实际工作需要,将世界坐标系中的某个点或者某个工件的某个特定位置定义为一个新的坐标系原点,并设置新的坐标轴方向。

通过用户坐标系,用户可以方便的对工作空间进行定位、操作和控制。

总结:在工业机器人的运动控制中,坐标系是一个非常重要的概念,不同的坐标系具有不同的运动特性和控制方式。

了解和掌握工业机器人常用的四类坐标系的定义和使用方法,对于提高机器人的运动控制精度和灵活性,实现高效的生产操作具有重要的意义。

希望本文能够对读者有所帮助,谢谢!很高兴看到您对工业机器人坐标系有着浓厚的兴趣,下面将继续为您介绍工业机器人常用坐标系的一些细节和应用。

基于共形几何代数的工业机器人运动学分析

基于共形几何代数的工业机器人运动学分析

在机器人运动学中,共形几何 代数可以用来描述机器人的位 姿和运动轨迹。
通过将机器人的位姿表示为共 形几何代数中的元素,可以更 方便地对其进行建模和分析。
共形几何代数还可以用于机器 人的路径规划和运动控制,以 实现更精确和灵活的运动控制 。
03
基于共形几何代数的机器 人运动学模型
基于共形几何代数的机器人位姿描述
04
基于共形几何代数的机器 人运动学分析
基于共形几何代数的机器人逆运动学求解
逆运动学求解方法
根据期望的末端执行器位置和姿 态,求解机器人的关节角度,使 得末端执行器达到期望位置和姿 态。
共形几何代数在逆运 动学求解中的应用
利用共形几何代数,将机器人的 运动学模型表示为矢量空间中的 几何对象,通过解析几何运算, 求解最优的关节角度组合,使得 末端执行器达到期望位置和姿态 。
基于共形几何代数的机器人轨迹规划
机器人轨迹规划
根据机器人的任务需求,规划机器人的运动轨迹,包括路径、速度和加速度等参数。
共形几何代数在轨迹规划中的应用
将共形几何代数中的运算应用于轨迹规划的实现,例如利用四元数或欧拉角表示机器人的 姿态并进行姿态插值等。
轨迹优化方法
分析并讨论适用于基于共形几何代数的机器人轨迹优化的方法,例如基于插值、拟合或优 化算法的轨迹优化。
06
结论与展望
研究成果总结
建立了基于共形几何代数的工业机器人运动学模型
01
02
实现了机器人姿态、位置和运动的准确描述
考虑了关节运动和几何约束对机器人运动的影响
03
04
提出了基于共形几何代数的运动学控制方法
通过优化关节运动,实现机器人精准运动
05
06
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工业机器人技术基础
第二章 工业机器人的数学基础
工业机器人技术基础
▲矩阵与矩阵相乘 设矩阵A=(aij ) ms ,B=(bij ) sn,则矩阵A和矩阵B的乘积矩阵C=
(cij)mn,其中 Cij=ai1b1j+ai2b2j++aisbsj
(i=1,2, ,m;j=1,2, ,n) 记作C=AB。
A B = A +(-B)
第二章 工业机器人的数学基础
III 矩阵的运算 ▲矩阵相等
条件:①矩阵要同阶②对应元素相等 满足上述条件,矩阵就相等。 如下述矩阵:
工业机器人技术基础
a11 a12 L a1n
A
a21
a22 L
a2
n
M M M M
am1
am2
L
amn
b11 b12 L b1n
例1 求AB和BA。其中
b1
A a1 a2 L an
,
B
b2
M
解:
b1
bn
AB a1 a2 L
an
b2
M
a1b1
a2b2
L
n
anbn aibi
i1
bn
b1
BA
b2
M
a1
a2
L
bn
b1a1 b1a2 L b1an
an
b2a1 M
b2a2 M
L
b2an
M M
bna1 bna2 L bnan
4 2 0 2 2 1 0 1 3
如果n阶矩阵A=(aij)的元素满足aij= aji(i,j=1,2,,n),则称 A为n阶反对称矩阵。显然,故aii=0(i=1,2,,n)
如:
0 1 2
1
0
3
2 0
第二章 工业机器人的数学基础
工业机器人技术基础
III 矩阵的运算
▲矩阵的加法
设有两个mn的矩阵A=(aij),B=(bij),则矩阵A和B的和记作 A+B 。即:
aij=bij (i=1,2,,m;j=1,2,,n),
那末就称矩阵A与矩阵B相等,记作 A=B。元素都是零的矩阵,记作0。 注意不同型的零矩阵是不同的。
II 几种特殊矩阵
a) 对角矩阵(diagonal matrix),如下的矩阵称为对角矩阵,记为diag (a11 ,a22,a33…… ann )
a11
0
M
0
0 a22
M 0
L L
M L
0
0
M
ann
第二章 工业机器人的数学基础
b) 数量矩阵(scalar matrix)
a 0 L 0
0 a L
0
M M M M
0 0 L
a
c) 三角矩阵(triangular matrix)
上三角矩阵(upper triangular matrix)
对于矩阵的乘法需注意以下三点:
第一,只有矩阵A的列数等于B的行数时,AB才有意义。
第二,乘积C=(cij)mn的第i行第j列的元素等于矩阵A的第i行的 每一个元素与矩阵B的第j列的对应元素的乘积之和。
第三,乘积C的行数等于矩阵A的行数,列数等于矩阵B的列数。
第二章 工业机器人的数学基础
工业机器人技术基础
第二章 工业机器人的数学基础
工业机器人技术基础
例2 求AB和BA。其中
A
1 1
1 1 ,
B
1
1
1 1
解:
AB
1 1
1 1
1
1
1 1
0 0
0 0
BA
1
1
1 1 1 1
1 1
2`
2
2
2
第二章 工业机器人的数学基础
工业机器人技术基础
在上述两个例子中都有ABBA,即矩阵乘法不满足乘法交换律,为此 将AB称为用A左乘B,而将BA称为A右乘以B。还应注意到在例5中:A, B均为非零矩阵,但AB却为零矩阵。
B
b21
b22 L
b2
n
M M M M
bm1 bm2 L
bmn
若aij bij,则A B
第二章 工业机器人的数学基础
▲数与矩阵相乘 数与矩阵A的乘积记作A或A,规定为
a11
A
A
a21
M
am1
a12 a22
M
am 2
L a1n
L
a2n
M M
L amn
易证,数乘矩阵满足下列运算规律(设A、B为 mn矩阵,、为数): (i). ()A = (A); (ii). (+)A = A + A; (iii). (A + B)=A + B。
a11 a12 L
a1n
0
a22 L
a 2n
L L L L L L L L L L L
0
0
L
amn
工业机器人技术基础
第二章 工业机器人的数学基础
工业机器人技术基础
d) 对称阵(symmetric matrix)和反对称阵(anti-symmetric matrix)
如果n阶矩阵A=(aij)的元素满足aij=aji(i,j=1,2,,n),则称A 为n阶对称矩阵 ,如
j=1,2,,n),排
a11
a12
L
a1n
A a 21
a 22
L
a 2n
L L L L L L L L L L L
a m1
a m2
L
a mn
称为m行n列矩阵,简称为mn矩阵。这mn个数称为矩阵A的元素,aij 叫做矩阵A的第i行第j列元素。元素是实数的矩阵叫做实矩阵,元素是复 数的矩阵叫做复矩阵。本教程中的矩阵除特别说明外,都指实矩阵。通 常用大写的拉丁字母A、B、C等表示矩阵。有时为了指明矩阵的第i行第j 列元素为aij,可将A记
第2章 工业机器人的数学基础
主要内容 2.1 矩阵及运算 2.2 坐标系及其关系描述 2.3 坐标变换 2.4 机器人运动学 2.5 机器人动力学
工业机器人技术基础
第二章 工业机器人的数学基础
工业机器人技术基础
2.1 矩阵及运算
1.矩阵的定义
定义1 由mn个数aij(i=1,2,,m; 成m行n列的数表:
作A=(aij)mn 或A= (aij) ,也可将mn矩阵A记为Amn。当A的行数与列 数相等时,称A为n阶方阵或n阶矩阵。显然,一阶矩阵就是一个数。
第二章 工业机器人的数学基础
工业机器人技术基础
2.1 矩阵及运算
只有一行的矩阵A=(a1,a2,,an)叫做行矩阵;只有一列的矩阵叫 做列矩阵。两个矩阵的行数相等、列数也相等时,就称它们为同型矩阵。 如果A=(aij)与B=(bij)是同型矩阵,并且它们的对应元素相等,即
a11 b11
A
B
a21
b21
M
am1 bm1
a12 b12 a22 b22
M am2 bm2
L a1n b1n
L
a2n
b2n
M M
L
amn
bmn
易证,矩阵加法满足下列运算规律(设A、B、C都是mn矩阵): a) A+B=B+A; b)(A+B)+ C=A +(B+C)。
设矩阵A=(aij),记 A=(aij), A称为A的负矩阵,显然有A +(A)= 0。 由此定义矩阵的减法运算为
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