工业机器人技术(郭洪红)--第3章
工业机器人技术(郭洪红)第2章
第2章 工业机器人机构 图 2.9 直线平移型手部
第2章 工业机器人机构
② 平面平行移动机构：
图2.10所示为几种平面平行平移型夹钳式手部的简图。 它们的共同点是: 都采用平行四边形的铰链机构——双曲柄铰 链四连杆机构, 以实现手指平移。其差别在于分别采用齿条 齿轮、 蜗杆蜗轮、 连杆斜滑槽的传动方法。
第2章 工业机器人机构
(2) 平移型传动机构。平移型夹钳式手部是通过手指的指 面作直线往复运动或平面移动来实现张开或闭合动作的, 常用 于夹持具有平行平面的工件(如冰箱等)。 其结构较复杂,不如 回转型手部应用广泛。
① 直线往复移动机构:实现直线往复移动的机构很多, 常 用的斜楔传动、齿条传动、螺旋传动等均可应用于手部结构。 如图2.9所示中，(a)为斜楔平移机构, (b)为连杆杠杆平移结 构, (c)为螺旋斜楔平移结构。 它们既可是双指型的, 也可是 三指(或多指)型的; 既可自动定心, 也可非自动定心。
第2章 工业机器人机构
图 2.19 还 有 一 个 装 有 电 磁 吸 盘 式 换 接 器 的 机 器 人 手 腕 , 电磁吸盘直径60 mm, 质量为1 kg,吸力1100 N, 换接器可接 通电源、信号、压力气源和真空源,电插头有18芯,气路接头 有5路。为了保证联接位置精度,设置了两个定位销。在各末 端操作器的端面装有换接器座,平时陈列于工具架上,需要使 用时机器人手腕上的换接器吸盘可从正面吸牢换接器座,接通 电源和气源, 然后从侧面将末端操作器退出工具架, 机器人便 可进行作业。
第2章 工业机器人机构 图 2.15 挤压排气式取料手
第2章 工业机器人机构
2. 磁吸附式取料手
磁吸附式取料手是利用电磁铁通电后产生的电磁吸力取料, 因此只能对铁磁物体起作用; 另外,对某些不允许有剩磁的零 件要禁止使用。所以, 磁吸附式取料手的使用有一定的局限性。
《工业机器人技术基础》习题答案
2. 机器人发展的三个阶段：①示教再现机器人第一代工业机器人是示教再现型。
这类机器人能够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。
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，并且能自主的解决问题的能力，尚处于实验研究阶段。
作为发展目标，这类机器人具有多种传感器，不仅可以感知自身的状态，比如所处的位置、自身的故障状况等，而且能够感知外部环境的状态，比如自动发现路况、测出协作机器的相对位置、相互作用的力等。
更为重要的是，能够根据获得的信息，进行逻辑推理、决策判断，在变化的内部状态与变化的外部环境中，自主决定自身的行为。
这类机器人具有高度的适应性和自治能力。
6.SCARA机器人，即Selective Compliance AssemblyRobot Arm，又名水平多关节机器人，是工业机器人应用非常广泛的构型。
SCARA机器人有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向。
另一个关节是移动关节，用于完成末端件在垂直于平面的运动。
SCARA机器人的特点是负载小、速度快，主要应用在快速分拣、精密装配等3C行业、食品行业等领域。
3.3.液压伺服系统主要由液压源、驱动器、伺服阀、传感器、控制器等组成。
液压传动的特点是转矩与惯量比大，不需要其他动力就能连续维持力。
6.Delta机器人可分为回转驱动型和直线驱动型。
回转驱动型Delta机器人，控制容易、动态特性好，但其作业空间较小、承载能力较低，故多用于高速、轻载的场合。
直线驱动型Delta机器人作业空间大、承载能力强，但其操作和控制性能、运动速度等不及旋转型Delta机器人，多用于并联数控机床等场合。
8.RV减速器的特点：①传动比范围大，传动效率高。
②扭转刚度大。
③在额定转矩下，弹性回差误差小。
④传递同样转矩与功率时，RV减速器较其他减速器体积小。
1. 机器人传感器有多种分类方法，如接触式传感器或非接触式传感器，内传感器或外传感器等。
《工业机器人技术基础及其应用》教案大纲
2.1工业机器人机械结构系统
介绍工业机器人的各个机械组成部件的结构和作用
2.2工业机器人的驱动系统
介绍工业机器人的不同驱动方式
2.3工业机器人的常用工具
介绍工业机器人的常用工具
对本章内容进行总结
本章重点：让学生熟悉工业机器人的机械系统及其不同的驱动方式。在教师的指导下让学生实际接触机器人并进行简单的操作以获得实感。
4.1工业机器人控制系统概述
4.2工业机器人控制系统的结构
让学生了解工业机器人控制系统的主要结构
4.3工业机器人控制的示教再现
4.4工业机器人的运动控制
利用示教器，教师指导学生直接对工业机器人进行简单的动作控制
本章重点：让学生直接接触和简单控制工业机器人。希望教师运用自己的经验与专业能力，给学生展现工业机器人的功能。让学生既不感到迷糊或者认为太难而退缩，又觉得机器人的控制确实需要大量的知识储备来做支持，以此进一步激发学生继续学习的干劲和潜力。
学时
建议全部150学时（1学时相当于一节课，即40～50分钟），包括讲课、实验和上机在内。也可以根据实际情况，将该教材分为两门课程，分别为《工业机器人技术基础》（60学时，教材第1-5章）和《工业机器人虚拟仿真及典型应用》（90学时，教材第6-10章）。
开课学期
第2学年第1学期
适用专业
本科院校的各个专业均可(该教材为通识类课程教材)
第7章工业机器人应用1——搬运（讲课人
7.2典型的搬运机器人
了解搬运机器人的分类、功能、结构
7.3搬运机器人的操作
创建搬运工作站
机器人搬运生产线及辅助设备
本章重点：第7.3节是本章重点，需要牢固掌握。让学生以小组为单位进行仿真编程并确认结果。
《工业机器人技术》课程教学大纲
《工业机器人技术》课程教学大纲课程名称：工业机器人技术英文名称：Industry Robot Technology课程编码：学时/学分：18/1课程性质：选修适用专业：机械设计制造及其自动化先修课程：理论力学，机械原理，机械设计，液压传动，自动控制理论一、课程的目的与任务《工业机器人技术》是一门培养学生具有机器人设计和使用方面基础知识的专业选修课，本课程主要研究机器人的结构设计与基本理论。
通过本课程的学习，可使学生掌握工业机器人基本概念、机器人运动学理论、工业机器人机械系统设计、工业机器人控制等方面的知识。
其主要任务是培养学生：1、掌握工业机器人运动系统设计方法，具有进行总体设计的能力；2、掌握工业机器人整体性能、主要部件性能的分析方法；3、掌握工业机器人常用的控制理论与方法，具有进行工业机器人控制系统设计的能力；4、了解工业机器人的新理论，新方法及发展趋向。
二、教学内容及基本要求第一章绪论教学目的和要求：了解工业机器人的发展及现状，结构原理及应用情况。
教学重点和难点：介绍工业机器人的产生和发展过程，掌握机器人的概念、特点、工业机器人的基本分类、工业机器人的应用、工业机器人的组成以及主要性能参数，工业机器人的手部、腕部、臂部、机座的结构原理和实例。
教学方法与手段：课堂教学第一节机器人的分类第二节工业机器人的应用和发展1.2.1 工业机器人的应用1.2.2 工业机器人的发展第三节工业机器人的基本组成及技术参数1.3.1 工业机器人的基本组成1.3.2 工业机器人的技术参数1.3.3 工业机器人的坐标1.3.4 工业机器人的参考坐标系习题第二章工业机器人机构教学目的和要求：本部分介绍常用机器人机构，要求学生掌握常用机器人机构设计形式。
教学重点和难点：主要介绍机器人末端操作器、手腕、手臂及机器人驱动与传动形式。
教学方法与手段：课堂教学第一节机器人末端操作器2.1.1 夹钳式取料手2.1.2 吸附式取料手2.1.3 专用操作器及转换器2.1.4 仿生多指灵巧手2.1.5 其它手第二节机器人手腕2.2.1 手腕的分类2.2.2 手腕的典型结构2.2.3 柔顺手腕结构第三节机器人手臂第四节机器人机座2.4.1 固定式机器人2.4.2 移动式机器人第五节工业机器人的驱动与传动2.5.1 直线驱动机构2.5.2 旋转驱动机构2.5.3 直线驱动和旋转驱动的选用和制动2.5.4 工业机器人的传动2.5.5 新型的驱动方式2.5.6 驱动传动方式的应用习题第三章机器人运动学教学目的和要求：机器人运动学主要研究两个问题：一个是运动学问题，即给定机器人手臂、腕部等各个构件的几何参数及各个关节变量求机器人手部对参考坐标系的位置和姿态；介绍机器人的微移动和微转动概念、两坐标系间的微分运动关系、变换式（方程）中的微分关系、机器人雅可比矩阵的概念、求法——微分变换法；了解逆雅可比矩阵的概念和求解。
郭四章工业机器人
第4章 工业机器人的环境感觉技术
4.2 工业机器人的触觉
为使机器人准确地完成工作，需时刻检测机器人与对象 物体的配合关系。机器人触觉可分成接触觉、接近觉、压觉、 滑觉和力觉五种，如图4.7所示。触头可装配在机器人的手 指上，用来判断工作中各种状况。
用接近觉可感知对象物体在附近，手臂减速慢慢接近物 体；用接触觉可知已接触到物体，控制手臂让物体到手指中 间，合上手指握住物体；用压觉控制握力。如果物体较重， 则靠滑觉来检测滑动，修正设定的握力来防止滑动；靠力觉 控制与被测物体自重和转矩相应的力，或举起或移动物体， 另外，力觉在旋紧螺母、轴与孔的嵌入等装配工作中也有广 泛的应用。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.7 机器人触觉
第4章 工业机器人的环境感觉技术
4.2.1 机器人的接触觉 1. 接触觉传感器 图4.8所示的接触觉传感器由微动开关组成，根据用途
不同配置也不同，一般用于探测物体位置、探索路径和安全 保护。这类配置属于分散装置，即把单个传感器安装在机械 手的敏感位置上。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.11 用表面矩阵触觉传感器引导随机搜索
第4章 工业机器人的环境感觉技术
每一步搜索过程由三部分组成： (1) 接触觉信息的获取、量化和对象表面形心位置的估 算； (2) 对象边缘特征的提取和姿势估算； (3) 运动计算及执行运动。 要判定搜索结果是否满足形心对中、姿势符合要求，则 还可设置一个目标函数，要求目标函数在某一尺度下最优， 用这样的方法可判定对象的存在和位姿情况。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.6 日立自主控制机器人工作示意图
第4章 工业机器人的环境感觉技术
从功能上看，这种机器人具有图形识别功能和决策规划 功能，前者可以识别一定的目标(如宏指令)、装配图纸、多 面体等；后者可以确定操作序列，包括装配顺序、手部轨迹、 抓取位置等。这样，只要对机器人发出类似于人的表达形式 的宏指令，机器人就会自动考虑执行这些指令的具体工作细 节。该机器人已成功地进行了印刷板检查和晶体管、电动机 等装配工作。
工业机器人技术(郭洪红)第6章
第 6 章 工业机器人编程 (2) 矢量: 矢量由一个三元实数(x, y, z)构成, 表示对应 于某坐标系的平移和位置之类的量。 与标量一样, 它们可以是 有量纲的。 利用VECTOR函数,可以由三个标量表达式来构造矢 量。 在AL中有几个事先定义过的矢量: xhat＜-VECTOR(1, 0, 0); yhat＜-VECTOR (0, 1, 0); zhat＜-VECTOR (0, 0, 1); nilvect＜-VECTOR(0, 0, 0)。 矢量可以进行加、减、内积、叉积及与标量相乘、相除等 运算。
第 6 章 工业机器人编程 主要语句及其功能 2. 主要语句及其功能 (1) 运动语句: MOVE语句用来表示机器人由初始位姿到 目标位姿的运动。在AL中,定义了barm为蓝色机械手, yarm为 黄色机械手,为了保证两台机械手在不使用时能处于平衡状态, AL语言定义了相应的停放位置bpark和ypark。 假定机械手在任意位置, 可把它运动到停放位置, 所用 的语句是 MOVE barm TO bpark;
如图6.2所示,要求机器人由初始位置经过A点运动到螺钉处, 再经过B、C后到达D点。描述该运动轨迹的程序如下:
FRAME base beam feeder; 坐标系变量说明 base＜－FRAME(nilrot, VECTOR (20, 0, 15)*inches); 坐标系base的原点 位于全局坐标系
第 6 章 工业机器人编程 原点(20, 0, 15)英寸处, Z轴平行于全局坐标系的Z轴
beam＜－FRAME(ROT(Z,90*deg),VECTOR(20,15,0)*inches);坐 标系beam的原点位于全局坐标系原点(20, 15, 0)英寸处, 并绕全局 坐标系Z轴旋转90度
郭三章工业机器人
任何一个物体在空间的位置和姿态都可以用齐次矩阵来
表示，如图3.5所示。楔块Q在(a)图的情况下可用6个点描述, 矩阵表达式为
(3.8)
第3章 工业机器人运动学和动力学
若让其绕Z轴旋转90°，记为Rot(z，90°)；再绕Y轴旋
转90°，即Rot(y，90°)，然后再沿X轴方向平移4，即Trans
A2——连杆2的坐标系相对于连杆1坐标系的齐次变换
矩阵； A3——手部坐标系相对于连杆2坐标系的齐次变换矩
阵。
A1=Rot(z0,θ1)Trans(l1,0,0) A2=Rot(z1,θ2)Trans(l2,0,0) A3=Rot(z2,θ3)Trans(l3,0,0) (3.30) (3.31) (3.32)
这样，每个连杆可以由4个参数来描述，其中两个是连
杆尺寸，两个表示连杆与相邻连杆的连接关系。当连杆n旋 转时，θn随之改变，为关节变量，其他3个参数不变；当连
杆进行平移运动时，dn随之改变，为关节变量，其他3个参
数不变。确定连杆的运动类型，同时根据关节变量即可设计 关节运动副，从而进行整个机器人的结构设计。已知各个关 节变量的值，便可从基座固定坐标系通过连杆坐标系的传递， 推导出手部坐标系的位姿形态。
图 3.7
点在空间直角坐标系中的旋转
第3章 工业机器人运动学和动力学
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 (3.14) 同时有 (3.15) 其中，α′=α+θ，即 (3.16)
第3章 工业机器人运动学和动力学
所以 (3.17)
所以
的夹角αn即为连杆扭角。
第3章 工业机器人运动学和动力学
工业机器人技术(郭洪红)第4章
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.6 日立自主控制机器人工作示意图
第4章 工业机器人的环境感觉技术
从功能上看,这种机器人具有图形识别功能和决策规划功 能, 前者可以识别一定的目标(如宏指令)、装配图纸、多面体 等; 后者可以确定操作序列, 包括装配顺序、手部轨迹、抓取 位置等。这样,只要对机器人发出类似于人的表达形式的宏指 令, 机器人则会自动考虑执行这些指令的具体工作细节。该机 器人已成功地进行了印刷板检查和晶体管、电动机等装配工作。
第4章 工业机器人的环境感觉技术 图 4.5 具有视觉系统的机器人进行非接触式测量
第4章 工业机器人的环境感觉技术
4. 利用视觉的自主机器人系统
日本日立中央研究所研制的具有自主控制功能的智能机器 人, 可以用来完成按图装配产品的作业,图4.6所示为其工作示 意图。它的两个视觉传感器作为机器人的眼睛,一个用于观察 装配图纸，并通过计算机来理解图中零件的立体形状及装配关 系; 另一个用于从实际工作环境中识别出装配所需的零件,并 对其形状、位置、姿态等进行识别。此外,多关节机器人还带 有触觉。 利用这些传感器信息,可以确定装配顺序和装配方法, 逐步将零件装成与图纸相符的产品。
第4章 工业机器人的环境感觉技术
图4.9所示为二维矩阵接触觉传感器的配置方法, 一般放 在机器人手掌的内侧。图中柔软导体可以使用导电橡胶、浸含 导电涂料的氨基甲酸乙酯泡沫或炭素纤维等材料。阵列式接触 觉传感器可用于测定自身与物体的接触位置、被握物体中心位 置和倾斜度, 甚至还可以识别物体的大小和形状。
第4章 工业机器人的环境感觉技术
4.2.3 图4.15所示为阵列式压觉传感器。图(a)由条状的导电橡胶
排成网状, 每个棒上附上一层导体引出,送给扫描电路; 图(b)则 由单向导电橡胶和印制电路板组成, 电路板上附有条状金属箔, 两块板上的金属条方向互相垂直; 图(c)为与阵列式传感器相配 的阵列式扫描电路。
基于AT89C52与工控机的迎宾机器人设计
＿
《 机器人技术与应用 》双月刊 第 １期
迎宾服务 。
１整体性能
基于现 有 的制 造技 术水平的机器 人 的三 维造 型 图与实
物 如图ｌ 所示 。 该机 器人身高 １０ ｍ ２ ｃ ；肩 宽５ ｃ ；身厚３ ｃ ；臂 ５ｍ ７ｍ 长 ５ｍ ２ ；腿 长３ ｍ ８ ；操作系 统为 “ ｉ ｄ ｗ Ｘ ”；体 Ｗｎ ｏ ｓ Ｐ
引 言
目前 ，机器 人主要 包括工 业机器 人与娱 乐机 器 人 。近 年来 ，用于 娱乐 的迎 宾机器人 由于其 功能 丰 富，外 形与人 类相似 ，可与人 类进行 音频及 视频 的 互 动 ，并且 能够集 成先进 制造 技术 、计 算机 技术 、 语 音识 别 、图像识 别 以及 人工 智能技术 ，而 成为 了 机 器人研 究领 域 的新 宠 ，其应 用也越来 越普 遍 ，主 要 用于 企业 、购物 中心 、娱乐场 所 的迎 宾服 务 ，在 服 务业 中具有 较大 的发 展应用 前景 。本 文 介 绍 了一种迎 宾机 器人 的设计 ，此机 器人 具有 语 音对话 、人脸 识 别、 自主避 障，并 可 以提供 讲解 服务 ，用来 为某 集 团公司做
重 ３ ｋ 。功 能主 要包括 ：１ ５ｇ ）双腿 可模拟人类 交叉 自 由行走 ，有效避 障；２ ）可模拟人 的一些基本动 作 ， 如挥手 、跳 舞等 ；３ ）内置汉 语语 音识 别 系统 ，可 与 人进 行流 利 的 语音交互 ；４ ）人脸 识别 ：实 现对 有效 范 围 内的人 脸 识别 ，判 断 人 的身 份信 息 ，可存 储 １ ０ 个 以上 ００ 的人 脸数 据 ，识 别率 可达 ９ ％； ５
５ ）搭 载 ８ ５ 触 摸 液 晶 屏 ， 基 于 ．寸
该系 统搭 载 了 图形化 操 控 系统 ， 用 以切换各 种操作模 式；６ ）用 户 可在 ３ ｍ ０ 内准确 、快 速地遥控各种 动作 。
工业机器人技术3篇
工业机器人技术第一篇：工业机器人的概述工业机器人是指具有多自由度和可编程控制能力的自动化机械设备，可用于替代或辅助工人完成生产加工、物流搬运、装配和检测等工作。
其主要优点是高效、精确、稳定、可靠、安全和灵活，可适应不同场景和任务需求，提高生产力、质量和效益，降低成本和人力资源的消耗。
工业机器人具有以下主要特征：1. 多自由度：通常具有3至6个轴向自由度或更多，可进行复杂的运动和操作。
2. 可编程控制：采用数字化的控制系统，可根据用户需求和任务特点进行编程和调整，实现高精度和高灵活度的自动化控制。
3. 传动系统：一般采用电机或气动驱动，辅以减速机、齿轮、链条等传动装置，具有快速、精准、低噪声的特点。
4. 感知系统：可配备摄像头、激光雷达、红外线探测器等感知装置，实现环境感知、目标识别和路径规划等功能。
5. 执行器：通常采用机械臂、手爪、夹具等执行器，可适应不同的工件和材料，完成不同的加工和搬运任务。
6. 人机交互界面：可采用触摸屏、语音识别等方式与人类交互，提高操作灵活度和效率。
7. 安全保障：具有多种安全保障装置，如急停按钮、机器人边界、光栅、传感器等，可有效防止事故和伤害。
工业机器人的应用范围越来越广泛，主要包括：1. 制造业：可用于各种生产加工任务，如铸造、成型、切割、焊接、喷涂、组装等。
2. 物流业：可代替人工完成货物的搬运、包装、码垛等任务，提高效率和准确性。
3. 检测业：可用于各种质量检测和测试任务，如视觉检测、尺寸测量、力学测试等。
4. 农业：可用于农业生产、植物种植、果蔬采摘等任务，提高生产效率和质量。
5. 医疗保健：可用于医疗器械生产、病人护理和康复训练等任务，提高医疗保健质量和效率。
总之，工业机器人是目前工业自动化的重要组成部分，具有广阔的应用前景和市场潜力，是推动工业变革和提高生产效率的关键技术之一。
第二篇：工业机器人的发展历程工业机器人是二十世纪六十年代初期发展起来的新技术，经过几十年的发展，已经成为工业自动化中不可或缺的重要组成部分。
机械行业工业机器人技术与应用方案
机械行业工业技术与应用方案第一章概述 (2)1.1 工业技术发展历程 (2)1.2 工业应用现状及趋势 (3)第二章工业技术原理 (3)2.1 运动学原理 (4)2.2 动力学原理 (4)2.3 传感器与控制系统 (4)第三章工业硬件系统 (5)3.1 本体结构 (5)3.1.1 基座 (5)3.1.2 铰链 (5)3.1.3 关节 (6)3.1.4 机身 (6)3.2 驱动系统 (6)3.2.1 电动机 (6)3.2.2 伺服系统 (6)3.2.3 传动系统 (6)3.3 末端执行器 (6)3.3.1 夹爪 (6)3.3.2 电磁铁 (7)3.3.3 针筒 (7)3.3.4 刀具 (7)第四章工业软件系统 (7)4.1 控制系统软件 (7)4.2 编程语言 (7)4.3 视觉系统 (8)第五章工业感知与导航技术 (8)5.1 传感器技术 (8)5.2 导航技术 (9)5.3 感知与导航集成 (9)第六章工业应用领域 (9)6.1 制造业应用 (9)6.1.1 汽车制造业 (9)6.1.2 电子制造业 (10)6.1.3 食品制造业 (10)6.2 物流与仓储应用 (10)6.2.1 仓库搬运 (10)6.2.2 分拣与拣选 (10)6.2.3 货物配送 (10)6.3 医疗与康复应用 (10)6.3.1 手术辅助 (10)6.3.2 康复治疗 (10)6.3.3 诊断与检测 (10)第七章工业系统集成 (11)7.1 系统集成原理 (11)7.2 系统集成设计 (11)7.3 系统集成调试与优化 (12)第八章工业安全与可靠性 (12)8.1 安全规范与标准 (12)8.2 安全设计 (13)8.3 故障诊断与维护 (13)第九章工业行业解决方案 (14)9.1 汽车行业解决方案 (14)9.1.1 概述 (14)9.1.2 焊接解决方案 (14)9.1.3 涂装解决方案 (14)9.1.4 装配解决方案 (14)9.1.5 检测解决方案 (14)9.2 电子行业解决方案 (15)9.2.1 概述 (15)9.2.2 SMT贴片解决方案 (15)9.2.3 组装解决方案 (15)9.2.4 测试解决方案 (15)9.3 食品与药品行业解决方案 (15)9.3.1 概述 (15)9.3.2 包装解决方案 (15)9.3.3 检测解决方案 (16)9.3.4 生产线优化解决方案 (16)第十章工业发展趋势与展望 (16)10.1 技术发展趋势 (16)10.2 行业应用拓展 (16)10.3 市场前景预测 (16)第一章概述1.1 工业技术发展历程工业技术作为机械行业的重要组成部分，其发展历程可追溯至上世纪中叶。
工业机器人技术(郭洪红)第5章
第5章 工业机器人控制 (2) 一个简单的机器人至少要有3～5个自由度, 比较复杂 的机器人有十几个甚至几十个自由度。 每个自由度一般包含 一个伺服机构, 它们必须协调起来, 组成一个多变量控制系统。 (3) 把多个独立的伺服系统有机地协调起来, 使其按照人 的意志行动, 甚至赋予机器人一定的“智能”, 这个任务只能 由计算机来完成。 因此, 机器人控制系统必须是一个计算机 控制系统。 同时, 计算机软件担负着艰巨的任务。
第5章 工业机器人控制 工业机器人的运动控制 5.2.2 工业机器人的运动控制 工业机器人的运动控制是指工业机器人的末端执行器从一 点移动到另一点的过程中, 对其位置、速度和加速度的控制。 由于工业机器人末端操作器的位置和姿态是由各关节的运动引 起的,因此,对其运动控制实际上是通过控制关节运动实现的。 工业机器人关节运动控制一般可分为两步进行。第一步是 关节运动伺服指令的生成, 即指将末端执行器在工作空间的位 置和姿态的运动转化为由关节变量表示的时间序列或表示为关 节变量随时间变化的函数。这一步一般可离线完成。第二步是 关节运动的伺服控制,即跟踪执行第一步所生成的关节变量伺 服指令。 这一步是在线完成的。
第5章 工业机器人控制 表5.1列出了机床和机器人电动机在用途上的对比情况。 用于生产线上的机器人,主要承担着零件供应、装配和搬运等 工作, 其控制目的是位置控制。因为机器人的动作基本上是腕 部的运动, 所以对电动机来说,主要是惯性负载, 并且还存在 有重力负载。有负载运动时, 电动机的速度最慢;无负载运动 时, 电动机的速度最快。它们的比值大体上是1∶10, 有时可 以达到1∶100。 此外, 从电动机的输出功率考虑, 多数为十 瓦(W)到数千瓦(kW)的电动机。本节只考虑小型电动机的分类。
《工业机器人基础》课程简介
《工业机器人基础》课程简介第一篇：《工业机器人基础》课程简介《工业机器人基础》课程简介课程名称：工业机器人基础英文名称：INDUSTRYROBOTINTRODUCTION开课学期：第7学期学时/学分：32学时2学分课程类型：学科专业选修课开课专业：机械设计制造及其自动化选用教材：《工业机器人技术》郭洪红主编西安电子科技大学出版社，2006 主要参考书：1.《机器人技术基础》熊有伦主编华中理工大学出版社，19962.《机器人技术基础》孟庆鑫、王晓东主编哈尔滨工业大学出版社，20063.《机器人与控制技术》孙迪生，王炎主编机械工业出版社，19974.《工业机器人》吴振彪主编华中理工大学出版社，1997主讲教师：机电工程系王丽一、课程性质、目的与任务《工业机器人基础》是一门培养学生具有机器人设计和使用方面基础知识的专业选修课，本课程主要研究机器人的性能分析与控制方法。
通过本课程的学习，使学生初步掌握工业机器人的基本原理和应用技术，具备必要理论知识和一定的分析计算能力，为实际从事相关领域的工作奠定基础。
其主要任务是培养学生：1、掌握工业机器人运动系统设计方法，具有进行总体设计的能力；2、掌握工业机器人整体性能、主要部件性能的分析方法；3、掌握工业机器人常用的控制理论与方法，具有进行工业机器人控制系统设计的能力；4、了解工业机器人的新理论，新方法及发展趋向。
二、课程的主要内容1．通过“绪论”使学生了解工业机器人的定义、应用与发展；了解工业机器人的组成、分类；了解工业机器人的主要技术参数；掌握工业机器人运动系统设计方法。
2．通过“工业机器人机构” 的学习使学生了解工业机器人末端操作器、手腕、臂部、机座、驱动与传动部件设计。
3．通过“工业机器人运动学和动力学”使学生掌握齐次坐标及齐次变换；掌握工业机器人连杆参数及其齐次变换矩阵；掌握工业机器人运动学方程；掌握工业机器人速度雅可比与速度分析；掌握工业机器人力雅可比与静力计算；掌握工业机器人动力学分析；掌握工业机器人轨迹规划的主要内容和方法。
工业机器人技术(郭洪红)--第3章
0 n R T6 0
nx 0 P n y n nz 1 0
ox oy oz 0
ax ay az 0
px py pz 1
0 n 0 n
R 或前三列表示手部的姿态； P 或第四列表示手部中心点的位置。
2. 正向运动学及实例
正向运动学：已知各个关节的变量，求手部的位姿。 图3.11 为SCARA装配机器人，其三个关节轴线是相互平行的。 {0}、{1}、{2}、{3}分别表示固定坐标系、 连杆1的动坐标系、 连杆2的动坐标系、 连杆3的动坐标系。原点分别位于关节1、 关节2、关节3和手部中心。 连杆运动为旋转运动, 连杆参数θn为变量, 其余参数均为常量。 参数见表3-2.
x ' 1 y ' 0 z ' 0 1 0
0 0 x x 1 0 y y 0 1 z z 0 0 1 1
2.旋转的齐次变换
如图3.7，A点绕z轴旋转 角后移至A’，即
Px P P y Pz 1
工业机器人技术(第3版 郭洪红) 第1章 绪论
第1章 绪论
1958年，被誉为“工业机器人之父”的Joseph F.Engel Berger创建了世界上第一个机器人公司——Unimation (Universal Automation)公司，并参与设计了第一台Unimate 机器人，如图1.11所示。这是一台用于压铸作业的五轴液压 驱动机器人，手臂的控制由一台专用计算机完成。它采用分 离式固体数控元件，并装有存储信息的磁鼓，能够记忆完成 180个工作步骤。 与此同时，另一家美国公司——AMF公 司也开始研制工业机器人，即Versatran(Versatile Transfer)机 器人，如图1.12所示。它主要用于机器之间的物料运输，采 用液压驱动。
第1章 绪论
第1章 绪论
1.1 机器人的分类 1.2 工业机器人的应用和发展 1.3 工业机器人的基本组成及技术参数
第1章 绪论
“机器人”一词不仅可以在科幻小说、动画片中看到 和听到，在电视中我们也可以看到在工厂进行作业的机器人，
“机器人”一词最早出现于1920年捷克作家Karel Capek 的剧本《罗萨姆的万能机器人》中。在剧本中，作家塑造了 一个具有人的外表、特征和功能，愿意为人类服务的机器人 奴仆“Robota”，在该剧中机器人被描写成像奴隶那样进行
(5) 综合机器人。综合机器人是由操作机器人、示教再 现机器人、智能机器人组合而成的机器人，如火星机器人。 1997年7月4日，“火星探险者(Mars Pathfinder)”在火星上着 陆，着陆体是四面体形状，着陆后三个盖子的打开状态如图 1.8所示。它在能上、下、左、右动作的摄像机平台上装有 两台CCD摄像机，通过立体观测而得到空间信息。整个系 统可以看做是由地面指令操纵的操作机器人。
工业机器人技术(郭洪红)第5章
示教编程控制由于其编程方便、装置简单等优点,在工业 机器人的初期得到较多的应用。同时, 又由于其编程精度不高、 程序修改困难、示教人员要熟练等缺点的限制,促使人们又开 发了许多新的控制方式和装置, 以使工业机器人能更好更快地 完成作业任务。
(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。 较高级的机器人可以用人工智 能的方法,用计算机建立起庞大的信息库, 借助信息库进行控制、 决策、管理和操作。 根据传感器和模式识别的方法获得对象及 环境的工况, 按照给定的指标要求, 自动地选择最佳的控制规律。
第5章 工业机器人控制
当对PTP(点位控制方式)控制的工业机器人示教时, 可以分 步编制程序,且能进行编辑、修改等工作。但是在作曲线运动而 且位置精度要求较高时,示教点数一多,示教时间就会拉长, 且 在每一个示教点都要停止和启动, 因而很难进行速度的控制。
第5章 工业机器人控制 对需要控制连续轨迹的喷漆、电弧焊等工业机器人进行连 续轨迹控制的示教时, 示教操作一旦开始, 就不能中途停止, 必 须不中断地进行到完, 且在示教途中很难进行局部修正。
第5章 工业机器人控制
图 5.3 点位控制与连续轨迹控制 (a) 点位控制； (b) 连续轨迹控制
第5章 工业机器人控制
5.3.3 力(力矩)
在完成装配、 抓放物体等工作时, 除要准确定位之外, 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。