电子教案-工业机器人技术基础(双元教育)电子课件-习题答案-单元4
《工业机器人技术》电子教案
《工业机器人技术》电子教案一、教学目标1.了解工业机器人的定义和分类。
2.掌握工业机器人的基本结构和工作原理。
3.学习工业机器人的编程方法和应用领域。
4.培养学生的动手操作能力和团队协作能力。
二、教学内容1.工业机器人的定义和分类2.工业机器人的基本结构和工作原理3.工业机器人的编程方法4.工业机器人的应用领域三、教学过程1.导入（10分钟）向学生介绍工业机器人的定义和分类。
引导学生思考工业机器人与其他机器人的区别，并让学生讨论工业机器人的应用领域。
2.学习工业机器人的基本结构和工作原理（30分钟）通过图片和视频展示，向学生介绍工业机器人的基本结构和工作原理。
解释机器人的各个部分的功能和作用，并与学生互动讨论。
3.学习工业机器人的编程方法（30分钟）讲解工业机器人的编程方法，包括离线编程和在线编程。
介绍工业机器人的编程语言和编程软件，并通过示例演示编程的过程。
4.实践操作（30分钟）组织学生进行工业机器人的实践操作，让学生亲自操作机器人进行简单的任务，如拾取和放置物体。
要求学生按照规定的步骤进行操作，并注意安全事项。
5.工业机器人的应用领域（20分钟）通过案例分析和讨论，向学生介绍工业机器人的应用领域，如汽车制造、电子电器制造、医药生物等。
引导学生思考工业机器人在这些领域中的作用和优势。
6.总结（10分钟）回顾本节课的学习内容，让学生总结学到的知识和技能，并展示他们的操作成果。
鼓励学生提出问题和建议，并进行讨论。
四、教学评价1.观察学生在实践操作中的表现，包括是否按照规定的步骤进行操作，是否注意安全事项等。
2.与学生互动讨论，了解他们对工业机器人的理解和掌握程度。
3.收集学生的操作成果和总结，评价他们的动手操作能力和团队协作能力。
五、教学资源1.图片和视频展示工业机器人的基本结构和工作原理。
2.工业机器人的编程语言和编程软件。
3.工业机器人实践操作的相关物品和设备。
六、教学拓展1.鼓励学生参观工业机器人的生产现场，了解实际应用情况。
电子教案-工业机器人技术基础(双元教育)电子课件-延伸阅读-建模概述和常用建模软件
建模概述建模是建立系统模型的过程，又称模型化。
建模是研究系统的重要手段和前提。
凡是用模型描述系统的相互关系与作用的过程都属于建模。
通过建模，可以提高产品研发的过程，提高生产效率。
现代工业制造的各行各业，已经广泛的应用各种工程软件进行新产品的开发，而建模则是新产品开发的一个模型创建的过程，在其中也是占据了重要的作用和意义，能够将文字性、虚化的东西通过图形结构表现出来，发挥工程师的潜力，结合科学的设计理念和思路，能够更直观、更高效、更具有创新性。
在现代科学技术快速发展的时代，建模的方法也是越来越多。
像直接的工程设计软件的建模方法，如SolidWorks、NX、Creo、Catia等软件，可以直接通过设计师或者工程师通过软件直接根据实际经验或者通过手动测绘后的数据，在计算机软件上进行绘制；亦或者可以通过现代化的测量技术，得到物体表面参数信息的测量方法，这种方法在现代三维逆向成型的过程中已经进行了广泛的应用，其基本流程则是样件→数据采集→数据处理→模型重构→制造系统→新产品。
而在整个逆向工程中，比较重要的则是逆向测绘技术，它能够将被测物体通过先进的光学三维测量仪器以及相关的三维软件，采取非接触式的测量方式，快速获取物体表面精确的三维信息。
相比传统的物体信息获取手段或技术(无论是绘画、拍照或摄影，还是接触式测量、点测量或线测量)，三维测绘提供了一种更加便捷、更加完整、更加精确的测量方式或信息获取方式。
三维测绘完成后，客户可以使用各种计算机三维图形软件对获取的三维数据进行再加工或运用。
无论是常规的测绘设计成型，还是三维逆向成型，还是设计者通过丰富的经验出发设计新的产品的过程，都需要三维建模技术将产品展现出来，而在这整个的过程当中所展现的就是建模。
建模的思路通常可分为：（1）自顶向下、逐层分解、逐步求精；（2）自底向上、业务汇集、综合集成。
自顶向下则是需要设计者在一个装配体中进行整体化模型的构件，然后分不分的保存零部件的位置和名称，能够在一个整体模型创建的过程中将各个局部进行有效的分隔成个体。
电子教案-工业机器人技术基础(双元教育)电子课件-延伸阅读-FANUC R-30iA控制系统中视觉焊缝跟踪编程实例
视觉（激光）焊缝跟踪
工作过程中关于传感器语句的解释
SENSOR SEARCH POINT[1]:使用1号搜寻条件 事先设置好搜寻条件，如搜寻位置、焊缝类型、抽样周期等，使激光器根 据搜寻条件去检测焊缝位置
Track SENSOR[1]:开始跟踪 以1号激光器的检测结果进行-30iA控制系统中视觉焊缝跟踪编程实例
视觉（激光）焊缝跟踪
视觉（激光）焊缝跟踪
工作过程中关于传感器语句的解释
SENSOR ON[1]:打开1号激光器 有的时候机器人系统中有多个激光器，默认的为1号激光器
SENSOR SEARCH START PR[9]:开始寻位，并把搜寻结果保存在PR[9]中 使用激光器来检测起弧点的位置，记录该点位置至某个位置寄存器（PR， Position Register）中，该寄存器用来储存点的位置
《工业机器人技术》电子教案
XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时 4XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时8XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时12XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时16XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时20XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时24XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时28XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时32XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时36XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时40XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时44XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时48XXXXXXXXXX 学院教 师 课 时 授 课 计 划教师姓名 XXX课程名称 工业机器人技术 授课时数 4 累计课时 52XXXXXXXXXX学院教师课时授课计划教师姓名XXX 课程名称工业机器人技术授课时数 4 累计课时56THANKS !!!致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习课件等等打造全网一站式需求欢迎您的下载，资料仅供参考。
电子教案-工业机器人技术基础(双元教育)电子课件-延伸阅读-R-30iA控制器硬件组成介绍
1.嵌入式主板嵌入式主板是R-30i A Mate 控制器的心脏，主板上安装有32 位微处理器及外围接口电路、存储电路（将用户设定的程序和数据事先存储在主CPU 印刷电路板上上的C-MOS RAM 中）、驱动器电路和接收器电路（DV/RV）、大规模集成电路（Large Scale Integrated circuit，简称LSI）、实时通信电路（Real Time Communication，简称RTC）以及其他控制电路，图1为主板的连接示意图。
图1 嵌入式主板结构示意图32 位CPU 对机器人运动进行插补运算和坐标变换的运算，还负责主板内部及外围设备的信号处理和交换，通过FSSB 总线（FANUC Serial Servo Bus）与轴运动控制卡进行通信，并对整个系统进行协调控制和安全性监控，这些监控包括：温度感测，放大器错误状态和机器人手臂的失控状态的监控等，但并不仅仅局限于这些。
如果处理器发觉一种错误状态或不合乎当前运动控制规范的动作，嵌入式主板就会关闭机器人手臂的电源。
当手臂电源被关闭后，每个关节上装有弹簧的机电控制的刹车就会抱合，手臂的运动终止。
当错误的状态得到纠正，可以重新接通手臂上的电源。
电流流过刹车线圈，使得刹车垫从回转轴上松开，从而使得关节恢复自由状态。
现将嵌入式主板的连接端口及其功能说明如下：CP19：嵌入式主板经由接口CP19 接入直流电源给主板供电；CRS30：CRS30 连接器接入来自示教盒（Teach Pendant，简称TP）的I/O信号；JD17：串行通信接口连接器，支持RS-232-C 或RS-485 这两种串行接口；CD38A：以太网通信接口连接器，将传输介质为100BASE-TX ch1 类型的网卡接口与板载网卡（PHY）进行网络通信；JD1A、JD1B：通过“处理I/O 板MA”对外围设备I/O 信号操作时的连接口；CRMA15、CRMA16：主板上的外围设备接口，其可以通过“I/O 连接器变换板”将引入外围设备的输入信号或将输出信号输出到外围设备；CA114：主板电池（BA TTERY）插口，和计算机主板电池功能一样，在系统断电后持续给主板快闪只读存储器和静态随机存储器模块（FROM/SRAM MOUDLE）供电，以保证数据不被丢失；PCMCIA：扩展卡插槽，接入外部存储卡（MEMORY CARD）；JRL6：传感器接口（Sensor Interface）或视觉接口（Video Interface）；CRS31：力传感器（Force Sensor）。
电子教案-工业机器人技术基础（双元教育）电子课件-延伸阅读-国内外离线编程的研究现状
电子教案-工业机器人技术基础（双元教育）电子课件-延伸阅读-国内外离线编程的研究现状国外离线编程的研究现状机器人离线编程在国外的研究起步较早，从上世纪年代开始，美国、日本以及一些欧洲国家的研究所、大学以及一些公司在机器人的离线编程领域做了大量的研究工作，并在这个研究领域取得了一些成果。
美国的Tecnomatrix公司在1986年时发布了RobCAD，这是关于机器人CAD和仿真系统的软件系统。
在不久的时间里，RobCAD就在实际的机器人系统中得到了很多的应用。
在1987年时，美国NASA与Rockwell一起研究开发了一套焊接机器人控制软件，在这个系统中离线编程系统是其关键部分，这套系统可以实现航天飞机部件的焊接作业。
这个离线编程系统包括工作模块的建模、工艺参数的输入接口、焊接的数据库系统以及一些数据的显示。
英国拉夫堡大学的Goh和Middle于1987年开发了机器人弧焊离线编程和焊接工艺专家系统。
WRAPS主要包括建模、编程、数据库管理和在线编辑四部分。
该软件系统图形显示功能还不完善，而且没有路径规划和碰撞检测模块，焊接系统的参数设置还不完善。
土耳其METU的Balkan等人在AutoCAD的基础上开发了ProWeld，这是关于图形交互的离线编程系统。
这个软件系统的工件模型与焊接参数都可以自己设定，开放度较高，由于其没有机器人的仿真模块，所以还不能算是一套比较完整的机器人离线编程系统。
日本的大阪大学的前川仁等人通过对六自由度弧焊机器人的研究，攻克了关于碰撞检测和干涉检查的问题，由于他们还未对弧焊机器人与变位机之间的协调问题进行研究，使得这些研究也没能应用到实际中去。
Reynier和Hascoet利用五关节的焊接机器人在计算机上开发了一套具有图形功能离线编程软件。
他们所开发的离线编程系统包括模型的可视化、机器人的轨迹规划、焊接时参数的自定义、焊枪运动的仿真和机器人运动程序的生成。
由于其路径规划和焊接参数的定义等与可视化图形显示的分离，致使其可操作性不理想。
电子教案-工业机器人技术基础(夏智武)PPT+参考答案-4-4常见的视觉传感器
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二 视觉传感器的发展应用
CCD图像传感器
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工业相机
二 视觉传感器的发展应用
CCD图像传感器是一种半导体器件，可以将它看作一种集成电路，感光元 件整齐地排列在半导体材料上面，能感应光线。CCD的作用就像传统的胶片一 样，用来承载图像，但它能够把光学影像转换成数字信号。
机器视觉系统
机器视觉系统是指机器代替人眼的功能，实现对外界物体的测量和判断 的系统。视工业相机是机器视觉系统的重要组成部分和主要信息来源，其功 能主要是获取机器视觉系统需处理的原始图像。
模数转换 电信号
数字图像
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二 视觉传感器的发展应用
视觉传感器是20世纪50年代后期出现的，是机器人最重要的传感器之一。 20世纪70年代后，视觉传感器被广泛应用于产品检验和分拣。例如在汽车 制造厂，机器人可同时携带视觉传感器和胶枪，一边为车门边框涂胶，一边 进行胶线合格性检验；再如在包装生产线上，利用视觉传感器保障粘贴标签 位置正确等等。在实际生产中，最常见的视觉传感器为CCD图像传感器，它是 工业相机的核心部件。
视觉传感器在工业机器人视觉系统中，充当机器人的眼，与机器人密切 合作，实现对物体位置的准确掌握和对物体的精确操作。工业机器人视觉系 统可被应用在自动定位锁紧螺丝、自动定位贴装PCB板元器件、汽车行业中自 动定位装配等需自动定位作业等场合。
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三 常见的视觉传感器
电子教案-工业机器人技术基础+许文稼+课程大纲、习题答案-工业机器人技术基础 许文稼 习题答案
选择题1.C；2.B；3.A；4.A；5.A判断题1.√；2.×；3.√；4.×；5.√；6.√填空题1.阿西摩夫；2.日本；3.通用；4. Motoman；5. ABB、库卡、发那科和安川电机。
简答题1.工业机器人主要应用于汽车及汽车零部件制造业、电子电气行业、金属制品业(包括机械)、橡胶及塑料工业和食品工业等范畴。
2.工业机器人技术发展趋势主要为：结构模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化等方面。
同时工业机器人也在不断向智能化方向发展，以适应“敏捷制造”，满足多样化、个性化的需要，并适应多变的非结构环境作业，向非制造领域进军。
选择题1.A；2.B；3.A判断题1.√；2.√；3.╳；4.√；5.√；6.√；7.╳；8.√；9.√；10.╳；11.√；12.╳填空题1. 直角、3；2. 圆柱、2 、1 ；3.1、2；4.俯仰、回转；5.关节、平行、共面。
简答题1.根据工业机器人机械结构对应的运动链的拓扑结构，可以将机器人结构分为三类：串联、并联和混合结构。
串联机器人具有结构简单,成本低,控制简单,运动空间大等优点，有的已经具备快速、高精度和多功能化等特点。
并联结构承载能力强，与串联机构相比刚度大，结构稳定；运动负荷小;在位置求解上，并联机构正解困难，反解却非常容易。
但目前的并联机器人机构普遍存在工作空间小，结构尺寸偏大、传动环节过多，工作空间内可能存在奇异位形。
混联机构即有并联机构刚度好的优点，又有串联机构工作空间大的优点，能充分发挥串、并联机构各自的优点, 进一步扩大机器人的应用范围, 提高机器人的性能。
2.从上到下，从左到右，依次是：直角坐标型机器人，圆柱坐标型机器人（R2P），球坐标型机器人（2RP），关节坐标型机器人，SCARA机器人。
第三章工业机器人的组成和技术参数习题答案选择题1.D；2.E；3.A；4.B判断题1. ×；2.√；3.√；4.×；5.√；6.×；7.√；8.×；9.×填空题1. 重复性；2.旋转关节、移动关节、球面关节、虎克铰关节；3. R、P 。
电子教案-工业机器人技术基础(双元教育)电子课件-延伸阅读-多传感器融合技术在智能机器人系统中的应用
多传感器融合技术在智能机器人系统中的应用Fanuc 公司于2010 年在上海世博会上海企业联合馆内, 展示了一套融合视觉检测和语音识别的智能演示机器人系统,充分展示了新一代智能机器人的强大功能。
本文以上海世博会Fanuc 展示的机器人智能拼图演示系统为例,介绍多传感器融合技术在智能机器人系统上的应用。
图 1 为M -2000iA 机器人的外视图。
图1 M-2000iA 机器人外视图1 系统方案该系统方案包括 4 幅打碎的由15 块边长为0 .8 m的立方体构成图画。
通过视觉和听觉传感器的融合数据处理, 机器人会自动识别观众的语音,判断完成哪幅画的拼图工作, 然后识别并选择合适的正方体完成相应的拼图游戏。
最终完成拼图面积为高 2 .4 m , 宽 4 m 的大型图案,如图 2 所示。
图 2 上海企业馆内演示系统现场图1 .1 多传感器融合的步骤(1)信号获取。
根据不同情况选择适应的传感器获取被测目标的信息, 一般采用工程专用传感器, 演示系统选用视觉传感器加语音识别的组合。
(2)数据预处理。
在信号获取过程中, 由于客观环境的影响, 采集的信息常伴有干扰, 有必要在处理前进行过滤, 以尽可能保持采集信息的纯度。
(3)特征提取。
特征为检测目标的各种物理量, 如位置、旋转和音频等。
(4)融合计算。
包括数据相关技术和识别技术等。
1 .2 多传感器融合结构在信息传输和处理结构上, 系统采用分布式结构, 各传感器有各自独立的数据处理器, 可分别独立处理局部信息, 然后把处理结果送至融合中心,再根据各节点输入信息完成对目标或环境的综合分析和判断, 进而作出全局决策。
系统中融合中心由机器人控制器担当,视觉传感器采用Fanuc 内置智能视觉系统(iRVision), 进行目标的识别与定位, 输出机器人位置偏移数据。
听觉传感器采用微创软件语音识别技术,进行观众语音采集与处理检测, 输出对应I/O(输入/输出)信号, 信号传输介质为以太网Ethe rnet 。
电子教案-工业机器人技术基础(夏智武)PPT+参考答案-4-2编码器的分类
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华航科技 致真唯实
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二 编码器的分类
增量式光电编码器
增量式光电编码器利用光电转换原理输出A、B和C相三组方波脉冲；其 中A、B两组脉冲是经过倍频逻辑电路对光电转换信号处理过的，存在相位 差（4倍频电路时相位差为90º），两组信号的相位差用于判断电机的旋转 方向。而C相则为计数脉冲，用于基准点定位。增量式光电编码器的脉冲 信号如图4-4所示。当码盘逆时针方向旋转时，A相超前B相90°的相位角 （1/4周期），产生近似正弦的信号。这些信号被放大、整形后成为脉冲 数字信号。
光电编码器 光电编码器是一种将输出轴上的位移量，通过光电转换成脉冲或
数字量的传感器。光电编码器首先把被测量（角位移和直线位移）的 变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成 电信号，最后以数字代码输出达到测量目的。
光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成，按信号采集原理可 以分为增量式光电编码器、绝对式光电编码器和混合式光电编码器。 工业机器人关节轴上配备的光电编码器，一般为绝对式光电编码器。
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二 编码器的分类
增量式光电编码器 增量式光电编码器结构（如图所示），由光源、码盘、检测光栅、光
电检测器件和转换电路组成。码盘上相邻的两节距相等的辐射状透光缝隙， 代表一个增量周期。
增量式光电编码器的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时 以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。美中不足的是无法输 出轴转动的绝对位置信息。增量式光电编码器广泛应用于数控机床、回转台、 伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定仪器等需要检测角度和速度的装置 和设备中。
按照编码拾取元件与码盘是否接
触：
电子教案-工业机器人技术基础(双元教育)电子课件-延伸阅读-M-10iA机器人伺服电机及其传动装置
伺服电机及其传动装置
M-10iA 型机器人总共有6 个带减速器的伺服电机，每个伺服电机带动一个关节，这些电机采用高速、高精度、高效率的FANUC αi 系列电机，其机身小巧，内部结构紧凑，旋转平滑。
由于电机的转速太快，电机必须通过减速装置来给关节转轴传递力矩。
以肩关节电机为例，其传动装置主要由联轴节、螺旋伞齿轮、驱动轴、同步齿形带及摆线针轮减速器组成，如图1所示。
图1 电机传动装置示意图
该传动装置采用了齿轮传动和同步带传动两种传动方法。
其中，齿轮传动采取的是螺旋伞齿轮。
螺旋伞齿轮传动效率高，对各类传动尤其是大功率传动具有很大的经济效益，传动比稳定，圆弧重叠系数大，承载能力高，传动平稳，噪音小，工作可靠，结构紧凑，节省空间，耐磨损，寿命长。
传递同等扭矩时需要的传动件传动副最省空间，比皮带、链传动所需的空间尺寸小；螺旋伞齿轮传动比永久稳定，这是机器人关节传动性能的基本要求。
传动装置具体减速过程为：
从伺服电机输出的转速经过一对螺旋伞齿轮的减速，通过中间轴将速度传递到下一级，下一级装置也为减速比正好与上一级相反的一对螺旋伞齿轮，相当于同步齿形带输入速度和电机转速相同，这样做的好处是因为速度的降低会增加轴的转矩，如果在传动过程中主动轮和从动轮齿数相差不大，则经过减速之后转矩不会变化太大，功率在从电机轴到关节轴的传递过程中也没有多大损失。
经过同步带后，转速输入到装在关节轴上的摆线针轮减速器，该减速器具有减速比较大，传递效率高，过载能力强，惯性力矩小，运转平稳可靠等特点。
由此，完成伺服电机的转动到关节轴的传递。
电子教案-工业机器人技术基础(双元教育)电子课件-延伸阅读-交流测速发电机
交流测速发电机交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机。
同步测速发电机的输出频率和电压幅值均随转速的变化而变化，因此一般用做指示式转速计，很少用于控制系统中的转速测量；异步测速发电机的输出电压频率与励磁电压频率相同而与转速无关，其输出电压与转速成正比，因此在控制系统中得到广泛的应用，下面主要介绍交流异步测速发电机的工作原理。
1.空心杯型异步测速发电机的工作原理空心杯形转子可以看成是一个笼条数目非常之多的笼型转子。
若在励磁绕组中加上交流励磁电压，则在励磁绕组中就会有电流通过，并在内外定子间的气隙中产生与电源频率相同的脉振磁场。
当测速发电机的转子以一定速度旋转时，输出绕组中的电动势的频率与励磁电源频率相同，其有效值与转速大小成正比。
根据输出绕组的电动势平衡方程式，在理想状况下，异步测速发电机的输出电压与转速成正比，输出特性为直线；输出电压的频率与励磁电源频率相同，与转速的大小无关，使负载阻抗不随转速的变化而变化，这一优点使它被广泛应用于控制系统。
2 异步测速发电机的误差2.1 非线性误差只有严格保持直轴磁通不变的前提下，交流异步测速发电机的输出电压才与转子转速成正比，但在实际中直轴磁通是变化的，原因主要有两个方面：一方面转子旋转时产生的脉振磁场；另一方面，杯型转子的漏抗是存在的，它产生的是直轴磁势，这两个方面的原因引起直轴磁通变化的结果是使测速发电机产生线性误差。
为了减小转子漏抗造成的线性误差，异步测速发电机都采用非磁性空心杯转子，常用电阻率大的磷青铜制成，以增大转子电阻，从而可以忽略转子漏抗；与此同时，使杯型转子转动时切割交轴磁通而产生的直轴磁势明显减弱。
另外，提高励磁电源频率，也就是提高电机的同步转速，也可提高线性度，减小线性误差。
2.2 剩余电压当转子静止时，交流测速发电机的输出电压应当为零，但实际上还会有一个很小的电压输出，此电压称为剩余电压。
剩余电压虽然不大，但却使控制系统的准确度大为降低，影响系统的正常运行，甚至会产生误动作。
电子教案-工业机器人技术基础(双元教育)电子课件-延伸阅读-机器人中各坐标系介绍
为了说明质点的位置、运动的快慢、方向等，必须选取其坐标系。
在参照系中，为确定空间一点的位置，按规定方法选取的有次序的一组数据，这就叫做“坐标”。
机器人的坐标系从一个称之为“原点”的固定点，通过轴定义平面或者空间，机器人的目标位置通过坐标系轴的测量来定位。
根据工业机器人的坐标系的命名原则，其中，固定在地面上的坐标系称之为世界坐标系；固定在安装面上的坐标系称之为基础坐标系。
确定机器人的安装位置之后，坐标系之间的对应关系即唯一确定，机器人系统各类坐标系关系如图1所示。
图1机器人坐标系的种类对机器人进行轴操作时，坐标系分为以下几种形式：1.关节坐标系—ACSAxis Coordinate System，简称为ACS。
关节坐标系是以各轴机械零点为原点所建立的纯旋转的坐标系。
机器人的各个关节可以独立的旋转，也可以一起联动，机器人关节坐标系如图2所示。
图2 机器人关节坐标系2.世界坐标系—WCSWord Coordinate System，简称为WCS。
世界坐标系也是空间笛卡尔坐标系统。
世界坐标系是其它笛卡尔坐标系（机器人运动学坐标系KCS和工件坐标系PCS）的参考坐标系统，运动学坐标系KCS和工件坐标系PCS的建立都是参照世界坐标系WCS来建立的。
在默认没有示教配置世界坐标系的情况下，世界坐标系到机器人运动学坐标系之间没有位置的偏置和姿态的变换，所以世界坐标系WCS和机器人运动学坐标系KCS重合。
世界坐标系如图3所示。
图3 世界坐标系WCS3.工具坐标系—TCSTool Coordinate System，简称为TCS。
工具坐标系把机器人腕部法兰盘所持工具的有效方向作为Z轴，并把工具坐标系的原点定义在工具的尖端点（或中心点）TCP（TOOL CENTER POINT）。
当机器人没有安装工具的时候，工具坐标系建立在机器人法兰盘端面中心点上，Z轴方向垂直于法兰盘端面指向法兰面的前方。
当机器人运动时，随着工具尖端点TCP的运动，工具坐标系也随之运动。
电子教案-工业机器人技术基础(双元教育)电子课件-延伸阅读-直流测速发电机
直流测速发电机直流测速发电机是一种微型直流发电机，实质是一种转速测量传感器，将机械速度转变为电压信号，在自动控制系统和计算装置中作为检测元件、校正元件等。
在恒速控制系统中，测量旋转装置的转速，向控制电路提供与转速成正比的信号电压作为反馈信号，以调节速度。
工作原理如图1。
图1 直流测速发电机工作原理当被测装置带动发电机电枢旋转，电枢产生电动势Ea，其大小为Ea=KEφn发电机的输出电压为：U=Ea-RaIa=KEφn-RaIa又：Ia=U/RL故：U=(KEφ/1+ (Ra/RL))n可见，当励磁电压Uf保持恒定时，φ亦恒定，若Ra、RL不变，输出电压U的大小与转速n成正比（U=k n）。
对于不同的负载电阻RL，测速发电机输出特性的斜率有所不同，如图2。
由于电机电枢反应，使输出电压与转速有一定的线性误差。
RL越小、n越大，误差越大。
因此，应使RL和n的大小符合直流测速发电机的技术要求，以确保控制系统的精度。
图2 直流测速发电机的输出特性图3为直流测速发电机在恒速控制系统中的应用图。
其中，直流伺服电动机S M拖动机械负载，要求负载转矩变动时，系统转速不变。
SM同轴连接直流测速发电机TG，将TG输出电压送入系统的输入端作为反馈电压Uf，且Uf与给定电压图3 恒速控制系统原理图1直流测速发电机特点：自动控制系统对其元件的要求，主要是精确度高、灵敏度高、可靠性好等。
据此，直流测速发电机在电气性能方面具有以下几项特点：1.输出电压和转速的关系曲线(即为输出特性)应为线性；2.温度变化对输出特性的影响要小；3.输出特性的斜率要大；4.输出电压的纹波要小，即要求在一定的转速下输出电压要稳定，波动要小；5.正，反转两个方向的输出特性要一致，实际应用中一般都是不一致的，稍有差别；6.体积小、重量轻、结构简单、工作可靠、对无线电通信的干扰小、噪声小等特点。
不难理解，第3项是为了提高测速发电机的灵敏度。
因为输出特性斜率大，即是速度变化相对的电压变化大，这样，测速成机的输出对转速的变化很灵敏。
机器人技术基础[课后习题答案解析]电子教案
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机器人技术基础[课后习题答案解析]0.1 简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特征。
答：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具、或专用装置，通过可编程动作来执行种种任务并具有编程能力的多功能机械手。
1.机器人的动作结构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能。
2.机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变。
3.机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等。
4.机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。
0.2工业机器人与数控机床有什么区别？答：1.机器人的运动为开式运动链而数控机床为闭式运动链；2.工业机器人一般具有多关节，数控机床一般无关节且均为直角坐标系统；3.工业机器人是用于工业中各种作业的自动化机器而数控机床应用于冷加工。
4.机器人灵活性好，数控机床灵活性差。
0.5简述下面几个术语的含义：自有度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。
答：自由度是机器人所具有的独立坐标运动的数目，不包括手爪（末端执行器）的开合自由度。
重复定位精度是关于精度的统计数据，指机器人重复到达某一确定位置准确的概率，是重复同一位置的范围，可以用各次不同位置平均值的偏差来表示。
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。
工作速度一般指最大工作速度，可以是指自由度上最大的稳定速度，也可以定义为手臂末端最大的合成速度（通常在技术参数中加以说明）。
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。
0.6什么叫冗余自由度机器人？答： 从运动学的观点看，完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。
0.7题0.7图所示为二自由度平面关节型机器人机械手，图中L1=2L2，关节的转角范围是0゜≤θ1≤180゜,-90゜≤θ2≤180゜,画出该机械手的工作范围（画图时可以设L2=3cm ）。
1.1 点矢量v 为]00.3000.2000.10[T ，相对参考系作如下齐次坐标变换：A=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--10000.9000.1000.0000.00.3000.0866.0500.00.11000.0500.0866.0 写出变换后点矢量v 的表达式，并说明是什么性质的变换，写出旋转算子Rot 及平移算子Trans 。
电子教案-工业机器人技术基础(双元教育)电子课件-延伸阅读-超声波电动机驱动技术
超声波电动机驱动技术超声波电动机是利用压电材料的逆压电特性，激发电机定子的机械振动，通过定转子之间的摩擦力，将电能转换为机械能输出，驱动转子的定向运动。
与传统电机相比，它具有体积小、低速大转矩、反应速度快、不受磁场影响、保持力矩大等优点，成为近年来国内外在微型电机方面的研究热点。
与电磁式电机相比，超声波电动机有两个不同点。
一是超声波电动机必须工作在超声频域，根据各种电机不同的结构形式，要求驱动器能够输出频率在20～100kHz的高频电压。
二是由于压电材料具有容性负载的特点，不同于传统电机的感性或阻性负载，为了提高驱动电路效率，实现能量的高效转换，使换能器获得足够的功率，在驱动电源和换能器之间必须增加匹配电路。
因此，传统电磁式电机的驱动电源对超声波电动机并不适用，必须为其设计专用驱动。
1驱动电路的构成图1是常见的超声波电动机驱动电路系统框图，它由四部分组成:信号发生电路、分频相移电路、功放电路和变压器。
信号发生电路通常产生频率可调的超声频率方波信号，经过分频相移电路产生相位差为90°的两相信号，作为功放电路的控制信号。
功放电路完成功率放大和负载匹配两个功能，即功率放大将控制信号放大;负载匹配则利用变压器和在换能器输入端接入的电感来实现，可以提高驱动电路和换能器间的能量传输效率，使换能器获得足够的功率，同时，匹配电路也可用来滤波，将方波转换为正弦波，减少高频谐波。
外接的变压器则进一步升压，使超声波电动机能正常工作。
2驱动技术的分类超声波电动机经过二十多年的发展，其驱动技术也有了很大的发展。
超声波电动机驱动技术的种类较多，可以按照以下的几种方式分类。
2.1根据发生信号的类型分类目前信号发生器产生的信号主要有方波和正弦波信号。
方波信号不仅产生简便，更重要的是由于超声波电动机的功放电路中使用最普遍的是开关逆变型驱动电路，这一开关特性，决定了驱动系统只需方波信号即可。
开关逆变型驱动电路体积小、重量轻、效率高，又可分为推挽型逆变功放电路、半桥逆变电路、全桥逆变电路等。
电子教案-工业机器人技术基础(双元教育)电子课件-延伸阅读-形状记忆合金
形状记忆合金一、发展史1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。
记忆合金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为"神奇的功能材料"。
最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。
他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。
后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。
直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了材料科学界与工业界的重视。
到70年代初，CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应。
几十年来，有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际相变会议和材料会议的重要议题，并为此召开了多次专题讨论会，不断丰富和完善了马氏体相变理论。
在理论研究不断深入的同时，形状记忆合金的应用研究也取得了长足进步，其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域。
二、功能机理形状记忆合金(Shape Memory Alloys，简称SMA)是一种能够记忆原有形状的智能材料。
当合金在低于相变态温度下，受到一有限度的塑性变形后，可由加热的方式使其恢复到变形前的原始形状，这种特殊的现象称为形状记忆效应（Shape Memory Effect，简称SME）。
而当合金在高于相变态温度下，施以一应力使其受到有限度的塑性变形（非线性弹性变形）后，可利用直接释放应力的方式使其恢复到变形前的原始形状，此种特殊的现象又称为拟弹性（Pseudo Elasticity，简称PE）或超弹性（Super Elasticity）。
这两种形状记忆合金所拥有的独特性质在普通金属或合金材料上是无法发现的。
电子教案-工业机器人技术基础(双元教育)电子课件-延伸阅读-FANUC IPendant介绍
FANUC iPendant示教器示教器TP（Teach Pendant的缩写）又称示教盒，是主管应用工具软件与用户之间的接口的操作装置，通过示教器可以控制大多数机器人操作。
示教器通过电缆与控制装置连接，在使用它之前必须了解示教器的功能和该如何使用每个按键。
机器人示教器正面如图1-1所示，背面如图1-2所示。
图1-1 机器人示教器正面图1-2 机器人示教器背面1．安全保护开关（1）急停按钮这个开关通过切断伺服开关立刻停止机器人和外部轴操作。
出现突发紧急情况，及时按下红色按钮，机器人将锁住停止运动；待危险或报警解除后，顺时针旋转按钮，将自动弹起释放该开关。
（2）DEADMAN安全开关安全开关作用是在操作时确保操作者的安全。
当TP有效时，轻按一个或两个DEADMAN开关打开伺服电源，才能手动操作机器人；当开关被释放，切断伺服开关，机器人立即停止运动，并出现报警。
（3）TP开关该开关控制着示教器的有效或无效：开关拨到ON：TP有效；拨到OFF：TP无效（示教器被锁住将无法使用）。
2．按键功能表1-1 示教器按键功能（比对示教器学习）+X、+Y、+Z、-X、-JOG键（先按下SHIFT键使用），用于手动移动机器人。
Y、-Z3．常用按键功能使用详解（1）F1、F2、F3、F4、F5F1-F5一一对应屏幕最下方的功能键菜单，如图1-3所示。
图1-3 F1-F5（2）NEXT翻页键，将功能键菜单切换到下一页，如图1-4所示，由画面一按下NEXT进入画面二，显示下一页功能键菜单。
图1-4 NEXT（3）MENU、SELECT按下MENU键显示主菜单界面，如图1-5所示；按下SELECT键显示程序界面，如图1-6所示。
图1-5 MENU 图1-6 SELECT（4）DISP/⿰同时按下DISP/⿰+SHIFT 键进入界面一，如图1-7所示，可以选择多界面显示。
选择两个画面显示如图1-8，选择三个画面显示如图1-9所示。