工业机器人技术基础及应用最新版教学课件5.1
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工业机器人技术基础及应用配套课件
工业机器人技术基础及应用
Industrial Robot Field Programming
课程概览
项目一 工业机器人概述
工业机器人概述 工业机器人的分类及应用
第一部分 什么是工业机器人？
在中国，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。 ①工业机器人就是面向工业领 域的多关节机械臂或多自由度 机器人。 ②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的机器人。 包括：服务型机器人、水下机 器人、娱乐机器人、军用机器 人、农业机器人等。
工业机器人的分类及选型
并联三/四关节机器人（Delta）
Delta机器人又名并联机器人或蜘蛛手机器人， 具有3个空间自由度和1个转动自由度，通过示教编 程或视觉系统捕捉目标物体，由三个并联的伺服轴 确定抓具中心（TCP）的空间位置，实现目标物体 的快速拾取、分拣、装箱、搬运、加工等操作。主 要应用于乳品、食品、药品和电子产品等行业,具有 重量轻、体积小、速度快、定位精、成本低、效率 高等特点。
>机晷人密度
700 -
631
600
500 400 / ;F
309
300
89
200
。 100
1 韩国
厂 一——江 - 6h 1
3德国
4日本
7美国 全球平均 23中国
机 器 人 使 用 密 度 ：台／万 人 数据来源 2017年IFR. (国际机器人联盟）全球机器人密度报告
按照工信部的发展规划，到 2020年，工业机器人装机量将达到 百万台，而与之相对应的人才需求 将到达20万人，而现如今，人才紧 缺正在影响着工业机器人在国内的 推广与普及，多地已经出现相关技 术人才招聘难的问题，工业机器人 人才培养迫在眉睫。
Industrial Robot Field Programming
课程概览
项目一 工业机器人概述
工业机器人概述 工业机器人的分类及应用
第一部分 什么是工业机器人？
在中国，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。 ①工业机器人就是面向工业领 域的多关节机械臂或多自由度 机器人。 ②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的机器人。 包括：服务型机器人、水下机 器人、娱乐机器人、军用机器 人、农业机器人等。
工业机器人的分类及选型
并联三/四关节机器人（Delta）
Delta机器人又名并联机器人或蜘蛛手机器人， 具有3个空间自由度和1个转动自由度，通过示教编 程或视觉系统捕捉目标物体，由三个并联的伺服轴 确定抓具中心（TCP）的空间位置，实现目标物体 的快速拾取、分拣、装箱、搬运、加工等操作。主 要应用于乳品、食品、药品和电子产品等行业,具有 重量轻、体积小、速度快、定位精、成本低、效率 高等特点。
>机晷人密度
700 -
631
600
500 400 / ;F
309
300
89
200
。 100
1 韩国
厂 一——江 - 6h 1
3德国
4日本
7美国 全球平均 23中国
机 器 人 使 用 密 度 ：台／万 人 数据来源 2017年IFR. (国际机器人联盟）全球机器人密度报告
按照工信部的发展规划，到 2020年，工业机器人装机量将达到 百万台，而与之相对应的人才需求 将到达20万人，而现如今，人才紧 缺正在影响着工业机器人在国内的 推广与普及，多地已经出现相关技 术人才招聘难的问题，工业机器人 人才培养迫在眉睫。
工业机器人运动轴与坐标系
图 5-11 调整工具位置抓取斜台面工件
为了实现上述两种情况下工具的快速姿态调整，工业机器人提供了工具坐标系。 结论：建立工具坐标系的作用： （1）确定工具的TCP点（即工具中心点），方便调整工具姿态。 （2）确定工具进给方向，方便工具位置调整。
5.3 工具坐标系
5.3.2. 工具坐标系特点
新的工具坐标系是相对于默认的工具坐标系变化得到的，新的工具坐标系的位置和 方向始终同法兰盘保持绝对的位置和姿态关系，但在空间上是一直变化的。 （1）图 5-12（a）为垂直于法兰盘的垂直卡爪，TCP为机械工具坐标系平移即可，无 角度变化。 （2）图 5-12（b）为带弧形的工具，其TCP由机械工具坐标系平移或旋转获得。两种 形式的TCP均与机械工具坐标系之间存在绝对位姿关系。
5.3 工具坐标系
为了分析工具坐标系在工业机器人使用过程中的作用，进行如下探索： 探索1：研究对象和参考对象
运动学中，在研究物体运动过程时，需要选定参考对象和研究对象 思考：机器人在实际应用过程中做些什么？图 5-7所示的三种典型工业机器人应用中 的参考对象和研究对象又会是什么？
（a）弧焊
(b)点焊 图 5-7 工业机器人的典型应用案例
5.2 坐标系
5.2.4. 工具坐标系
（5）工具坐标系，由工具中心点的位置（x,y,z）和姿势（w,p,r）构成。 TCP的位置， 通过相对机械接口坐标系的工具中心点的坐标值 x、y、z 来定义，如图 5-6所示。工具 的姿势，通过机械接口坐标系的 X 轴、Y 轴、Z 轴周围的回转角 w、p、r 来定义。工 具中心点用来对位置数据的位置进行示教。在进行工具的姿势控制时，需要用上工具 姿势。
5.3 工具坐标系
5.3.3. 工具坐标系的标定
为了实现上述两种情况下工具的快速姿态调整，工业机器人提供了工具坐标系。 结论：建立工具坐标系的作用： （1）确定工具的TCP点（即工具中心点），方便调整工具姿态。 （2）确定工具进给方向，方便工具位置调整。
5.3 工具坐标系
5.3.2. 工具坐标系特点
新的工具坐标系是相对于默认的工具坐标系变化得到的，新的工具坐标系的位置和 方向始终同法兰盘保持绝对的位置和姿态关系，但在空间上是一直变化的。 （1）图 5-12（a）为垂直于法兰盘的垂直卡爪，TCP为机械工具坐标系平移即可，无 角度变化。 （2）图 5-12（b）为带弧形的工具，其TCP由机械工具坐标系平移或旋转获得。两种 形式的TCP均与机械工具坐标系之间存在绝对位姿关系。
5.3 工具坐标系
为了分析工具坐标系在工业机器人使用过程中的作用，进行如下探索： 探索1：研究对象和参考对象
运动学中，在研究物体运动过程时，需要选定参考对象和研究对象 思考：机器人在实际应用过程中做些什么？图 5-7所示的三种典型工业机器人应用中 的参考对象和研究对象又会是什么？
（a）弧焊
(b)点焊 图 5-7 工业机器人的典型应用案例
5.2 坐标系
5.2.4. 工具坐标系
（5）工具坐标系，由工具中心点的位置（x,y,z）和姿势（w,p,r）构成。 TCP的位置， 通过相对机械接口坐标系的工具中心点的坐标值 x、y、z 来定义，如图 5-6所示。工具 的姿势，通过机械接口坐标系的 X 轴、Y 轴、Z 轴周围的回转角 w、p、r 来定义。工 具中心点用来对位置数据的位置进行示教。在进行工具的姿势控制时，需要用上工具 姿势。
5.3 工具坐标系
5.3.3. 工具坐标系的标定
工业机器人及应用全套课件完整版ppt教学教程最新最全
☞ 结论：不在同一体量。
4. 工业机器人 PK 机械手
PLC 机械手
机器人 控制系统
相同点 ✓ 作用相同，都是自动化制造的辅助设备； 定义类似：机器人=可编程的机械手。 ✓ 区别 控制
机械手：由CNC系统的PLC控制，无独立控制系统； IR：有独立的控制系统。 ✓ 作用 机械手：单功能、固定用途和动作； IR：可操作、可编程，多功能、多用途。 ✓ 驱动 机械手： PLC开关量控制，液压、气动系统为主； IR：轨迹插补控制，必须用伺服驱动系统。
✓ 包装类：分拣、包装（食品、药品行业），码垛等；
目的：保障安全卫生、提高自动化程度。
❖ 服务机器人（Service Robots） ： ✓ 服务于人类非生产性活动的机器人总称； ✓ 作业环境为未知，大多具备“行走”功能，产品技术要 求高，以第二、三代机器人居多； ✓ 市场广阔、潜力巨大，产品占机器人的95%以上。
执行器 回转变位器
本体
连杆
关节
直线变位器
• 电气部分 • 控制器 • 功能与数控系统相同； • 产生机器人运动轨迹控制脉冲； • 控制轴数较多（通常6轴）。 • 操作单元 • 机器人的操作面板；又称示教器； • 结构简单、采用手持式结构。 • 驱动器 • 将控制脉冲转换为电机转角； • 多采用交流伺服驱动系统。
✓ 形态 CNC机床：直线运动轴为主，回转、摆动为辅； IR机床：高精度轮廓加工，多为0.001mm级； IR：粗略轨迹运动，多为0.1mm级。
✓ 控制 CNC机床：一般5轴及以下，准确轮廓运动； IR：一般6轴及以上，粗略轨迹运动。
软件 CNC机床：笛卡尔坐标运动为主，相对简单； IR：多轴摆动空间合成运动，相当复杂。
摆动（Bend）：转动范围一般小于等于270° 。
4. 工业机器人 PK 机械手
PLC 机械手
机器人 控制系统
相同点 ✓ 作用相同，都是自动化制造的辅助设备； 定义类似：机器人=可编程的机械手。 ✓ 区别 控制
机械手：由CNC系统的PLC控制，无独立控制系统； IR：有独立的控制系统。 ✓ 作用 机械手：单功能、固定用途和动作； IR：可操作、可编程，多功能、多用途。 ✓ 驱动 机械手： PLC开关量控制，液压、气动系统为主； IR：轨迹插补控制，必须用伺服驱动系统。
✓ 包装类：分拣、包装（食品、药品行业），码垛等；
目的：保障安全卫生、提高自动化程度。
❖ 服务机器人（Service Robots） ： ✓ 服务于人类非生产性活动的机器人总称； ✓ 作业环境为未知，大多具备“行走”功能，产品技术要 求高，以第二、三代机器人居多； ✓ 市场广阔、潜力巨大，产品占机器人的95%以上。
执行器 回转变位器
本体
连杆
关节
直线变位器
• 电气部分 • 控制器 • 功能与数控系统相同； • 产生机器人运动轨迹控制脉冲； • 控制轴数较多（通常6轴）。 • 操作单元 • 机器人的操作面板；又称示教器； • 结构简单、采用手持式结构。 • 驱动器 • 将控制脉冲转换为电机转角； • 多采用交流伺服驱动系统。
✓ 形态 CNC机床：直线运动轴为主，回转、摆动为辅； IR机床：高精度轮廓加工，多为0.001mm级； IR：粗略轨迹运动，多为0.1mm级。
✓ 控制 CNC机床：一般5轴及以下，准确轮廓运动； IR：一般6轴及以上，粗略轨迹运动。
软件 CNC机床：笛卡尔坐标运动为主，相对简单； IR：多轴摆动空间合成运动，相当复杂。
摆动（Bend）：转动范围一般小于等于270° 。
工业机器人应用 ppt课件
按照結构坐標系來分，可以分為 ：直角坐標型、 圓柱坐標型、球坐標型、全關節型。
工业机器人应用
二、焊接机器人的优点
穩定和提高焊接質量，保証其均勻性。 提高勞動生產率，一天可小時連續生產。 改善工人勞動條件，可在有害環境下工作。 降低對工人操作技術的要求。 縮短產品改型換代的准備周期，減少相應的設
工业机器人应用
其他用途的工业机器人
工业机器人应用
其他用途的工业机器人
❖搬运机器人 ❖ 主要用于工厂中一些工序的上下料作业、拆垛和码 垛作业等。这类机器人精度相对低一些，但负荷比较大， 运动速度比较高。其机器人操作机多采用点焊或弧焊机器 人结构，也有的采用框架式和直角坐标式结构形式。随着 工厂自动化程度的不断提高和生产节拍的加快，搬运机器 人使用得越来越多。
动轨迹、运动速度以及动作的时间节奏等），同时还向各个执行
元件发出指令。必要时，控制系统汉对自己的行为加以监视，一
旦有越轨的行为，能自己排查出故障发生的原因并及时发出报警
信号。
（）人工智能系统
人工智能系统赋予工业机器人五种感觉功能，以实现机器
人对工件的自动识别和适应性操作。具有自适应性的智能化的机
械系统也是当前机电一体化技术的发展方向，模糊计算机的应用
工业机器人应用
❖ 检查和测量机器人 ❖ 集三种功能于一体，包括机器人的运动控制、操作对象状态 的感知以及对所采集到的信息进行分析和判断，最终给出检查和测 量结果。检查和测量机器人主要用于工件的形状测量、装配检查以 及产品缺陷检查等。
工业机器人应用
随着信息技术和微电子技术的发展，这些行业也迫切需要机器 人进行作业。但这些行业的特点是超精密化和精细化，产品的质量 与环境的好坏有直接关系，在这种环境下作业对机器人有特殊要求， 因此产生了净化机器人。对于净化机器人，如何抑制尘埃粒子大小 和数量是其关键问题。另外，现代制造业中，许多器件的制造需要 在真空环境下进行，因此也出现了真空机器人。净化机器人和真空 机器人除对环境有很高的要求之外，其速度和精度也有了很大提高。 并且机器人的结构不同于一般工业机器人的结构，具有一定的特殊 性。
工业机器人应用
二、焊接机器人的优点
穩定和提高焊接質量，保証其均勻性。 提高勞動生產率，一天可小時連續生產。 改善工人勞動條件，可在有害環境下工作。 降低對工人操作技術的要求。 縮短產品改型換代的准備周期，減少相應的設
工业机器人应用
其他用途的工业机器人
工业机器人应用
其他用途的工业机器人
❖搬运机器人 ❖ 主要用于工厂中一些工序的上下料作业、拆垛和码 垛作业等。这类机器人精度相对低一些，但负荷比较大， 运动速度比较高。其机器人操作机多采用点焊或弧焊机器 人结构，也有的采用框架式和直角坐标式结构形式。随着 工厂自动化程度的不断提高和生产节拍的加快，搬运机器 人使用得越来越多。
动轨迹、运动速度以及动作的时间节奏等），同时还向各个执行
元件发出指令。必要时，控制系统汉对自己的行为加以监视，一
旦有越轨的行为，能自己排查出故障发生的原因并及时发出报警
信号。
（）人工智能系统
人工智能系统赋予工业机器人五种感觉功能，以实现机器
人对工件的自动识别和适应性操作。具有自适应性的智能化的机
械系统也是当前机电一体化技术的发展方向，模糊计算机的应用
工业机器人应用
❖ 检查和测量机器人 ❖ 集三种功能于一体，包括机器人的运动控制、操作对象状态 的感知以及对所采集到的信息进行分析和判断，最终给出检查和测 量结果。检查和测量机器人主要用于工件的形状测量、装配检查以 及产品缺陷检查等。
工业机器人应用
随着信息技术和微电子技术的发展，这些行业也迫切需要机器 人进行作业。但这些行业的特点是超精密化和精细化，产品的质量 与环境的好坏有直接关系，在这种环境下作业对机器人有特殊要求， 因此产生了净化机器人。对于净化机器人，如何抑制尘埃粒子大小 和数量是其关键问题。另外，现代制造业中，许多器件的制造需要 在真空环境下进行，因此也出现了真空机器人。净化机器人和真空 机器人除对环境有很高的要求之外，其速度和精度也有了很大提高。 并且机器人的结构不同于一般工业机器人的结构，具有一定的特殊 性。
工业机器人应用技术课件ppt(PPT163张)可修改文字
一、机器人控制系统的特点
(3)具有较高的重复定位精度，系统刚性好。除直角坐标机器 人外，机器人关节上的位置检测元件不能安装在末端执行器上，而 应安装在各自的驱动轴上，构成位置半闭环系统。但机器人的重复 定位精度较高，一般为±0.1 mm。此外，由于机器人运行时要求 运动平稳，不受外力干扰，为此系统应具有较好的刚性。
(5-20)
随此着外实 ，际还工要作考情虑的况各作的关不节业同之，间信可惯息以性采力存用、各哥储种氏在不力同等内的的控耦存制合中方作式用，。和重在力执负载行的影任响务，因时此，，系依统中靠还经工常业采用机一些器控人制策的略，动如重力补偿、
前馈、解耦或自适应控制等。
与在自由空间运作动再的控现制相功比能，机，器人可在重受限复空间进运行动的该控制作主业要是。增加此了外对其，作用从端操与外作界接的触角作用度力（来包看括力，矩）要的控制要求，
图5-1 机器人控制系统的分类
二、机器人控制系统的组成
图5-2 机器人控制系统组成框图
二、机器人控制系统的组成
(1)控制计算机。控制计算机是控制系统的调度指挥机 构，一般为微型机，微处理器分为32位、64位等，如奔腾 系列CPU等。
(2)示教编程器。示教机器人的工作轨迹、参数设定和 所有人机交互操作拥有自己独立的CPU及存储单元，与主 计算机之间以串行通信方式实现信息交互。
因而受限运动的控制一般称为力控制。
四现、场机 总器线人应智用能于求力生控控产制现制方场法，系在统微机具化测有量良控制好设备的之人间实机现双界向面多结，点数尽字量通信降，从低而对形成操了新作型者的网的络集要成求式全。分布因控制系统—— 现位场置总 控线制控部制分系的此统输，出(fieΔl多dqb1u和数s速co度情nt控ro况制l s部y要s分tem的求，输F控出CΔS制q)。2相器加，的其设和作计为机人器员人的不关节仅控要制增完量Δ成q，底用于层控伺制机服器人控的制运动器。
工业机器人技术基础课件(最全)ppt课件
右图就处于a）的奇异状态，直角下示教会报警。
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
直角坐标系
Never Stop Improving
— 6—
1 机器人工坐业标系机器人坐标系
机器人系统 关节坐标系
两者关系？？？
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
— 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
Never Stop Improving
px a
p
py
b
1pz
c w
— 12 —
2 机器人位姿变换
坐标轴方向的描述：
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
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
基坐标系
Never Stop Improving
— 7—
1 机器人工坐业标系机器人坐标系
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
用户坐标系（工件坐标系）:
用于描述各个物体或工位的方位的需要。用户常常在自
z
己关心的平面建立自己的坐标系，以方便示教。
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
直角坐标系
Never Stop Improving
— 6—
1 机器人工坐业标系机器人坐标系
机器人系统 关节坐标系
两者关系？？？
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
— 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
Never Stop Improving
px a
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1pz
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— 12 —
2 机器人位姿变换
坐标轴方向的描述：
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
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
基坐标系
Never Stop Improving
— 7—
1 机器人工坐业标系机器人坐标系
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
用户坐标系（工件坐标系）:
用于描述各个物体或工位的方位的需要。用户常常在自
z
己关心的平面建立自己的坐标系，以方便示教。
工业机器人技术及应用PPT课件
3 ）能够与传送带、移动滑轨等辅助设备集成，实现柔性化生产。
返回
4 ）占地面积相对小、动作空间大，减少厂源限制。
目录
10
9/52
5.2 搬运机器人的系统组成
搬运机器人是一个完整系统。以关节式搬运机器人为例，其工作站主要有 操作
所 处 位
机、控制系统、搬运系统（气体发生装置、真空发生装置和手爪等）和安全保护装 置组成。
工业机器人技术及应用
— 搬运机器人及其操作应用
讲授：王兴
1
章节目录
学习目标 导入案例
5.1 搬运机器人的分类及特点
5.2 搬运机器人的系统组成 5.3 搬运机器人的作业示教
5.3.1 冷加工搬运机器人 5.3.2 热加工搬运机器人
课堂认知 扩展与提高 本章小结
思考练习
5.4 搬运机器人的周边设备 ….
的工件。
目录
18
17/52
5.2 搬运机器人的系统组成
所
根据被抓取工件形状、大小及抓取部位的不同，爪面形式常有平滑爪面、齿
处 位
形爪面和柔性爪面。
置
———
—
【
平滑爪面
指爪面光滑平整，多数用来加持已加工好的工件表面，保证加工
课
表面无损伤。
堂
认
知
】
指爪面刻有齿纹，主要目的是增加与加持工件的摩擦力，确保加持
齿形爪面
稳固可靠，常用于加持表面粗糙毛坯或半成品工件。
柔性爪面
内镶有橡胶、泡沫、石棉等物质，起到增加摩擦、保护已加工工件 表面、隔热等作用。多用于加持已加工工件、炽热工件、脆性或薄 壁工件等。
18/52
返回 目录
19
5.2 搬运机器人的系统组成
工业机器人技术及应用PPT课件
1.3 工业机器人发展概况
所 1.3.2 工业机器人发展现状和趋势
处
位 置
FANUC 推出的 Robot M-3iA 装配机器人采用四轴或六轴模式，具有独特的平
——— 行连接结构，具备轻巧便携的特点，承重范围可达 6 kg 。
—
【 课 堂 认 知 】
Robot M-3iA
返回 目录
第111页1/2共830页
置
———
—
【
课
堂 认
机器人焊接 最早应
知 】
用在装配生产线上。开 拓了一种柔性自动化生
产方式，实现了在一条
焊接机器人生产线上同
时自动生产若干种焊件 。
机器人焊接
返回 目录
第232页3/2共830页
1.4 工业机器人的分类及应用
所 1.4.2 工业机器人的应用
处
位
按作业任务将工业机器人分为搬运、码垛、焊接、涂装、装配机器人 。
这一工业机器人的井喷潮涌，
何时会蔓延到“中国制造”的每一个工厂、每一条生产线、每一个工序、每一
个工位上，将为“中国制造”的转型提“智”做出何等贡献？我们对此充满期
待。
返回 目录
第3页3/2共830页
1.1 什么是工业机器人
所 处 位 置 ——— —
【 课 堂 认 知 】
机器人涉及到人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。
题的能力，尚处于实验研究阶段。
返回 目录
第141页4/2共830页
1.4 工业机器人的分类及应用
所 1.4.1 工业机器人的分类
处
位
关于工业机器人分类，国际上没有制定统一的标准，可按负载重量、控制
置 ———
工业机器人技术基础(最全)最新精选PPT课件
第一关节 动力学方程
第二关节 动力学方
程
4 机器人工动业力机学 器人基础知识
动力学——动力学的部署 将经（正向，逆向？）动力学计算出的力矩， 以前馈的方式，加入到伺服的电流控制环路
4 机器人工动业力机学 器人基础知识
动力学 ——动力学控制器的评价指标 控制性能的好坏主要通过位置跟踪偏差，速度跟踪偏差以及
z
0
z
0
z
0
o
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末.已端知的机位器姿人；各关节的位置，求机器人 2各.已关知节机的器位人置末. 端的位姿，求机器人
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
关节坐标系
1 机器人工坐业标机器人基础知识
系
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。
机器 人末 端
直角坐标系的Z轴即第一轴的Z轴，X轴
时间。
25mm
300m m
25mm
5 机器人工性业能机指器人基础知识
标
机器人性能指标 测量工具：Compugauge机器人性能测试系统，价格约80万人民币
（Dynalog ，美国公司，一直从事机器人性能研究）
位姿准确度和位姿重复性； 多方位位姿准确度变动； 距离准确度和距离重复性； 位置稳定时间和位置超调量； 互换性； 轨迹准确度和轨迹重复性； 拐角偏差； 轨迹速度特性； 最小定位时间； 静态柔顺性； 摆动偏差；
第二关节 动力学方
程
4 机器人工动业力机学 器人基础知识
动力学——动力学的部署 将经（正向，逆向？）动力学计算出的力矩， 以前馈的方式，加入到伺服的电流控制环路
4 机器人工动业力机学 器人基础知识
动力学 ——动力学控制器的评价指标 控制性能的好坏主要通过位置跟踪偏差，速度跟踪偏差以及
z
0
z
0
z
0
o
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末.已端知的机位器姿人；各关节的位置，求机器人 2各.已关知节机的器位人置末. 端的位姿，求机器人
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
关节坐标系
1 机器人工坐业标机器人基础知识
系
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。
机器 人末 端
直角坐标系的Z轴即第一轴的Z轴，X轴
时间。
25mm
300m m
25mm
5 机器人工性业能机指器人基础知识
标
机器人性能指标 测量工具：Compugauge机器人性能测试系统，价格约80万人民币
（Dynalog ，美国公司，一直从事机器人性能研究）
位姿准确度和位姿重复性； 多方位位姿准确度变动； 距离准确度和距离重复性； 位置稳定时间和位置超调量； 互换性； 轨迹准确度和轨迹重复性； 拐角偏差； 轨迹速度特性； 最小定位时间； 静态柔顺性； 摆动偏差；
(完整版)工业机器人技术基础课件(最全)
p
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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
1.已知机器人各关节的位置，求机器人 末端的位姿； 2.已知机器人末端的位姿，求机器人 各关节的位置.
3学机器人工运业动机器人基础知识
为什么要研究运动学：机器人的运动无非有两种：PTP(点到点) 及CP(连续运动)
3学机器人工运业动机器人基础知识
运动学的实用方式：
位置反 馈
3 机器人运动
学
D-H参数：
关节 坐标
系
两个关节轴线沿公垂线的距离an，称为连杆长度；另一个是 垂直于an的平面内两个轴线的夹角αn，称为连杆扭角，这两 个参数为连杆的尺寸参数；是沿关节n轴线两个公垂线的距离，
刚体的姿态可由动坐标系的坐标轴方向来表示。 令n、o、a分别为X′、y ′、z ′坐标轴的单位 方向矢量，每个单位方向矢量在固定坐标系上的 分量为动坐标系各坐标轴的方向余弦，用齐次坐 标形式的(4×1)列阵分别表示为：
2 机器人位姿 变换
刚体的位姿可用下面(4×4)矩
阵来描述：
nx ox ax xo
a）4、6轴共线附件，即5轴角度0附件。 b）2、3、5轴关节坐标系原点接近共线，即 已经到达工作范围边界。
c） 5轴关节坐标系原点在Z轴正上方附近。
右图就处于a）的奇异状态，直角下示 教会报警。
直角坐标系
1 系
机器人工坐业标机器人坐标系
《工业机器人技术基础》(第5章)
点位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
（a）
（b）
（c）
图5-11 示教数据的编辑机能
（d）
连续轨迹控制不仅要求机器人以一定的精度到达目标点，而且对移动轨
迹也有一定的精度要求。
5.2.2 力控制
1．被动交互控制
在被动交互控制中，由于机器人固有的柔顺，机器人末端执行器的轨迹 被相互作用力所修正。被动交互控制不需要力〔力矩〕传感器，并且预设的 末端执行器轨迹在执行期间也不需要改变。此外，被动柔顺结构的响应远快 于利用计算机控制算法实现的主动重定位。
集中控制结构是用一台计算机实现全部控制功能，构简单、本钱低，但实时 性差，难以扩展。
图5-3 集中控制结构框图
2．主从控制结构
主从控制结构采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。主计算机实现管理、 坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等；从计算机实现所有关节的动作控制。这种控制结 构系统实时性较好，适于高精度、高速度控制，但其系统扩展性较差，维修困难。
2．运动控制功能
运动控制功能是指通过对机器人末端执行器在空间的位姿、速度、加速度等项的 控制，使机器人末端执行器按照任务要求进行动作，最终完成给定的作业任务。
运动控制功能与示教再现功能的区别
在示教再现控制中，机器人末端执行器的各项运动参数是由示教人员 教给它的，其精度取决于示教人员的熟练程度；而在运动控制中，机器 人末端执行器的各项运动参数是由机器人的控制系统经过运算得来的， 且在工作人员不能示教的情况下，通过编程指令仍然可以控制机器人完 成给定的作业任务。
5.1.3 工业机器人控制系统的组成
工业机器人控制系统主要由控制计算机、示教盒、操作面板、硬盘和软盘存储器、 数字和模拟量输入/输出接口、打印机接口、传感器接口、轴控制器、辅助设备控制 接口、通信接口、网络接口等组成，如图5-2所示。
2．连续轨迹控制
（a）
（b）
（c）
图5-11 示教数据的编辑机能
（d）
连续轨迹控制不仅要求机器人以一定的精度到达目标点，而且对移动轨
迹也有一定的精度要求。
5.2.2 力控制
1．被动交互控制
在被动交互控制中，由于机器人固有的柔顺，机器人末端执行器的轨迹 被相互作用力所修正。被动交互控制不需要力〔力矩〕传感器，并且预设的 末端执行器轨迹在执行期间也不需要改变。此外，被动柔顺结构的响应远快 于利用计算机控制算法实现的主动重定位。
集中控制结构是用一台计算机实现全部控制功能，构简单、本钱低，但实时 性差，难以扩展。
图5-3 集中控制结构框图
2．主从控制结构
主从控制结构采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。主计算机实现管理、 坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等；从计算机实现所有关节的动作控制。这种控制结 构系统实时性较好，适于高精度、高速度控制，但其系统扩展性较差，维修困难。
2．运动控制功能
运动控制功能是指通过对机器人末端执行器在空间的位姿、速度、加速度等项的 控制，使机器人末端执行器按照任务要求进行动作，最终完成给定的作业任务。
运动控制功能与示教再现功能的区别
在示教再现控制中，机器人末端执行器的各项运动参数是由示教人员 教给它的，其精度取决于示教人员的熟练程度；而在运动控制中，机器 人末端执行器的各项运动参数是由机器人的控制系统经过运算得来的， 且在工作人员不能示教的情况下，通过编程指令仍然可以控制机器人完 成给定的作业任务。
5.1.3 工业机器人控制系统的组成
工业机器人控制系统主要由控制计算机、示教盒、操作面板、硬盘和软盘存储器、 数字和模拟量输入/输出接口、打印机接口、传感器接口、轴控制器、辅助设备控制 接口、通信接口、网络接口等组成，如图5-2所示。
工业机器人技术与应用课件：工业机器人的示教及编程语言
工业机器人的示教及编程语言
(4) 基于图形显示的软件系统、可进行机器人运动的图 形仿真。
(5) 轨迹规划和检查算法，如检查机器人关节角超限、 检测碰撞以及规划机器人在工作空间的运动轨迹等。
(6) 传感器的接口和仿真，以利用传感器的信息进行决 策和规划。
(7) 通信功能，以完成离线编程系统所生成的运动代码 到各种机器人控制柜的通信。
工业机器人的示教及编程语言
随着机器人应用的推广，机器人的示教和操作得到越来 越多的关注。本章将介绍机器人示教的类别和特性、机器人 编程语言的类别与特性、机器人遥操作，并结合典型案例介 绍机器人的示教与操作。
工业机器人的示教及编程语言
5.2 工业机器人的示教作业
1. 顺序控制的编程示教 在顺序控制的机器人中，所有的控制都是由机械的或电 气的顺序控制器实现的。按照我们的定义，这里没有程序设 计的要求。顺序控制的灵活性小，这是因为所有的工作过程 都已编好，或由机械挡块，或由其他确定的方法所控制。大 量的自动机都是在顺序控制下操作的。这种方法的主要优点 是成本低，易于操作和控制。
工业机器人的示教及编程语言
(1) 标量。标量与计算机语言中的实数一样，是浮点数， 它可以进行加、减、乘、除和指数五种运算，也可以进行三 角函数和自然对数的变换。AL中的标量可以表示时间 (TIME)、距离(DISTANCE)、角度(ANGLE)、力(FORCE)或 者它们的组合，并可以处理这些变量的量纲，即秒(sec)、英 寸(inch)、度(deg)、盎司(ounce)等。在AL中有几个事先定义 过的标量：
工业机器人的示教及编程语言
6. 效率 语言的效率取决于编程的容易性，即编程效率和语言适 应新硬件环境的能力(即可移植性)。随着计算机技术的不断 发展，处理速度越来越快，已能满足一般机器人控制的需要， 各种复杂的控制算法实用化已指日可待。
工业机器人技术基础5.1工业机器人的末端执行器
主要内容
• 一、末端操作器的分类
• 二、夹钳式末端操作器
一、末端操作器的分类
1. 根据用途分类
• 根据用途，末端操作器可分为手爪和工具。
一、末端操作器的分类
2. 根据工作原理分类
根据工作原理，末端操作器可分为手指式和吸附式。
一、末端操作器的分类
3. 根据夹持方式分类
根据夹持方式，末端操作器可分为外夹式、内撑式和内外夹持式。
2 1
6—喷嘴套
三、吸附式末端操作器
• 3) 挤压排气吸附式取料手
3 拉杆 2 弹簧
1 橡胶吸盘
三、吸附式末端操作器
• 2. 磁吸附式取料手
手 臂 滚 动 轴 承 座 圈 电 磁 式 吸 盘 钢板 电 磁 式 吸 盘 齿轮 电磁式吸盘
手 部 电 磁 式 吸 盘
多孔钢板
a)吸附滚动轴承底座 b)吸取钢板
c) 尖指
d) 特形指
二、夹钳式末端操作器
• V型手指
a) 固定V型
b) 滚柱V型
c) 自定位式V型
二、夹钳式末端操作器
• 手指面a) 光滑指Fra bibliotekb) 齿形指面
c) 柔性指面
工业机器人的手部 ——末端执行器_2
主要内容
• 三、吸附式末端操作器
• 四、专用末端操作器
• 五、工具快换装置
三、吸附式末端操作器
c)吸取齿轮
d)吸附多孔钢板
四、专用末端操作器
• 工业机器人是一种通用性很强的自动化设备，配上各种专用的末端操作器 后，就能完成各种任务。
五、工具快换装置
五、工具快换装置
电缆线插针
定位销孔
水路 通信线插针
定位销孔 气路
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工业机器人技术基础及应用
Industrial Robot Field Programming
课程概览
项目五 ABB工业机器人应用实例
工业机器人现场搬运程序编写及调试 工业机器人搬运离线程序编写及演示 工业机器人现场码垛程序编写及调试 工业机器人码垛离线程序编写及演示
随着机器人技术的不断进步与发展，机器人所做的工作也变得多样化起来。喷涂、码 垛、搬运、包装、焊接、装配等等是工业机器人主要的应用领域。 （1）机械加工应用（2%） （2）机器人喷涂应用（4%） （3）机器人装配应用（10%） （4）机器人焊接应用（29%） （5）机器人搬运应用（38%） 我们以搬运为例，介绍下机器人搬运的指令及操作。
目录
CONTENTS
1.任务要求 2.信号的建立 3. 吸盘搬运物体程序的编写 4. 程序的调试
第一部分 任务要求
任务要求
传送带启动，物体沿着传送带进行移动，当到达传送链末端，传送链停 止，机器人吸盘开始抓取物体，抬到一定高度，放置在仓储位置。
第二部分 信和信号， （1）传送带启动信号的设置： 作用：启动传送链带，使物体能沿着传送带进行传送。 信号地址：继电器接DSQC651板卡的数字输出地址39。 （2）感器信号的设置： 作用：安装在传动带末端，检测物体，使物体能停留在传送带的末 端。 信号地址： 关电传感器接DSQC651板卡的数字输入地址6。 （3）吸盘信号的建立： 作用：吸起物体 信号地址： 继电器DSQC651板卡的数字输入出地址36。
测试
单选题： 1、 分析下列程序段， Digital Input信号的含义？ （1）数字输出 （2）数字输入 （3）模拟输入 （4）组输入
第三部分 吸盘搬运物体程序的编写
吸盘搬运物体程序的编写
连续运行 单段运行
吸盘搬运物体程序的编写
PROC main() MoveL Phome, v200, z5,dxipan; set do39; WaitDI di6,1; Reset do39; MoveL offs(Ppick,0,0,100), v200, fine,dxipan; MoveL Ppick, v200, fine,dxipan; WaitTime 0.5; Set do36; WaitTime 0.5; MoveL offs(Ppick,0,0,100), v200, fine,dxipan; MoveL offs(Pplace,0,0,100), v200, fine,dxipan; MoveL Pplace, v200, fine,dxipan; WaitTime 0.5; Reset do36; WaitTime 0.5; MoveL offs(Pplace,0,0,100), v200, fine,dxipan; MoveL Phome, v200, z5,dxipan;
ENDPROC
第四部分 程序的调试
程序的调试 程序编写完成后，将指针移至程序第一行，运行程序，可以单段，
进行运行，如果没有问题的情况下，就可以连续运行程序了。
连续运行控制 单段运行控制
感谢您的观看！
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工业机器人现场搬运程序编写及调试 工业机器人搬运离线程序编写及演示 工业机器人现场码垛程序编写及调试 工业机器人码垛离线程序编写及演示
随着机器人技术的不断进步与发展，机器人所做的工作也变得多样化起来。喷涂、码 垛、搬运、包装、焊接、装配等等是工业机器人主要的应用领域。 （1）机械加工应用（2%） （2）机器人喷涂应用（4%） （3）机器人装配应用（10%） （4）机器人焊接应用（29%） （5）机器人搬运应用（38%） 我们以搬运为例，介绍下机器人搬运的指令及操作。
目录
CONTENTS
1.任务要求 2.信号的建立 3. 吸盘搬运物体程序的编写 4. 程序的调试
第一部分 任务要求
任务要求
传送带启动，物体沿着传送带进行移动，当到达传送链末端，传送链停 止，机器人吸盘开始抓取物体，抬到一定高度，放置在仓储位置。
第二部分 信和信号， （1）传送带启动信号的设置： 作用：启动传送链带，使物体能沿着传送带进行传送。 信号地址：继电器接DSQC651板卡的数字输出地址39。 （2）感器信号的设置： 作用：安装在传动带末端，检测物体，使物体能停留在传送带的末 端。 信号地址： 关电传感器接DSQC651板卡的数字输入地址6。 （3）吸盘信号的建立： 作用：吸起物体 信号地址： 继电器DSQC651板卡的数字输入出地址36。
测试
单选题： 1、 分析下列程序段， Digital Input信号的含义？ （1）数字输出 （2）数字输入 （3）模拟输入 （4）组输入
第三部分 吸盘搬运物体程序的编写
吸盘搬运物体程序的编写
连续运行 单段运行
吸盘搬运物体程序的编写
PROC main() MoveL Phome, v200, z5,dxipan; set do39; WaitDI di6,1; Reset do39; MoveL offs(Ppick,0,0,100), v200, fine,dxipan; MoveL Ppick, v200, fine,dxipan; WaitTime 0.5; Set do36; WaitTime 0.5; MoveL offs(Ppick,0,0,100), v200, fine,dxipan; MoveL offs(Pplace,0,0,100), v200, fine,dxipan; MoveL Pplace, v200, fine,dxipan; WaitTime 0.5; Reset do36; WaitTime 0.5; MoveL offs(Pplace,0,0,100), v200, fine,dxipan; MoveL Phome, v200, z5,dxipan;
ENDPROC
第四部分 程序的调试
程序的调试 程序编写完成后，将指针移至程序第一行，运行程序，可以单段，
进行运行，如果没有问题的情况下，就可以连续运行程序了。
连续运行控制 单段运行控制
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