机器人结构PPT课件

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驱动系统 感知系统
• 驱动系统主要指驱动机械系统的机械装置，根据驱 动源不同可分为电动、液压、气动三种或三者结合 一起的综合系统；驱动系统可以直接与机械系统相 连，或通过皮带、链条、齿轮等机械传动机构间接 相连；
• 感知系统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信息，确定机械部件各部 分的运行轨迹、状态、位置和速度等信息，使机械 部件各部分按预定程序和工作需要进行动作。智能 传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智 能化水平。人类感知系统对外部信息获取比较灵巧， 但一些特殊信息传感器感知更有效。
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机器人主要技术参数
• 机器人的技术参数反映了机器人可胜任的工 作、具有的最高操作性能等情况，是选择、 设计、应用机器人所必须考虑的问题。主要 技术参数有：自由度、分辨率、精度、重复 定位精度、工作范围、承载能力及最大速度 等。
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自由度
• 机器人自由度是指机器人所具有的独立坐标轴 运动的数目，一般不包括手部（末端操作器） 的开合自由度，表示了机器人动作灵活的尺度。
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人手臂机能初步分析
• 人上肢分大臂、小臂、手部，6 个自由度，手21个自由度；
• 考虑被夹持物的大小、形状、 姿态、重量、软硬、外力及放 置环境；
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工业机器人本Fra Baidu bibliotek结构
• 本体结构指机体结构和机械传动系统，是机器人 的支持基础和执行机构；
• 结构形式多样，通常由手部、手腕、手臂、机身、 行走机构组成；
• 分辨率系统误差可取1/2基准分辨率；机器人精度 可以认为1/2基准分辨率和机械误差的综合；若机 械综合误差达到1/2分辨率，则精度等于分辨率。
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重复定位精度
• 重复定位精度是关于精度的 统计数据。
• 任何一台机器人在同一环境、 同一条件、同一动作、同一 指令下，每一次动作位置不 可能完全一致，重复定位精 度是指各次不同位置距离平 均位置的最大偏差，
第二章 机器人基本结构
邵长星 starshao@ustc.edu.cn
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机器人基本构成
• 不同类型机器人机械、电 气、控制结构不同；
• 机器人系统通常三大部分： 机械部分、传感部分和控 制部分；六个子系统：驱 动系统、机械系统、感知 系统、人机交互系统、机 器人环境交互系统、控制 系统等组成；
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机械系统
• 机械系统又称操作机或执行机构系统，由一 系列连杆、关节或其他形式的运动部件组成， 通常包括机座、立柱、腰关节、臂关节、腕 关节和手爪等，构成多自由度机械系统。
• 工业机器人机械系统由机身、手臂和末端执 行器组成，机身可具有行走机构，手臂一般 有上臂、下臂和手腕组成，末端执行器直接 装在手腕上，可以是两手指或多手指手爪， 可以是喷漆枪、焊枪等作业工具。
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分辨率
• 分辨率由系统设计检测参数决定，受位置反 馈检测单元性能影响。
• 分为编程分辨率和控制分辨率，统称系统分 辨率；
• 编程分辨率指程序中可以设定的最小距离单 位，又称基准分辨率。如电动机旋转0.1度， 指尖移动直线距离0.01mm。
• 控制分辨率是位置反馈回路能检测到的最小 位移量。如1000线增量式码盘，0.36度。
• 手部：手抓或末端操作器，配在手腕上，抓取物 体；
• 手腕：改变手部空间方向并将作业载荷传到手臂， 独立自由度；
• 手臂：将被抓取工件传送到给定位置，并将载荷 传递到机座；
• 机身：支撑作用，基础部分； • 移动机构：移动机器人，一定空间范围内运动， • 臂杆质量小，结构静，动态刚度高，固有频率避
• 重复定位精度±0.2： • 不同速度、不同方位反复试
验次数越多重复定位精度评 价越准确；
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工作范围
• 指手臂安装点或手腕中心所能达到的空间区 域，末端操作器形状尺寸多样，不考虑；
• 机器人工作范围的形状和大小非常重要，作 业死区，和自由度数目和组合有关；
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工作速度 承载能力
• 工作速度是指机器人在工作载荷条件下，匀速运 动过程中，机械接口中心或工具中心点在单位时 间内所移动的距离或转动的角度。
• 一般给出主要运动自由度的最大稳定速度，实际 还要考虑最大加速度变化率和最大减速度变化率， 效率速度，动作平稳和精度。
• 承载能力指机器人在工作范围内任何位置上所能 承受的最大负载，一般用质量、力矩、惯性矩表 示。还和运行速度和加速度大小方向有关，一般 规定高速运行时所能抓取的工件重量作为承载能 力指标。
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精度
• 机器人精度主要依赖于机械误差、控制算法误差 和分辨率系统误差。
• 机械误差主要产生于传动误差、关节间隙、连杆 机构挠性。传动误差由齿轮间隙、螺距误差等引 起；关节间隙由关节处的轴承间隙、谐波齿隙等 引起；挠性随机器人位形、负载变化而变化。
• 控制算法误差指算法能否得到精确描述的直接解 和运算字长造成的BIT误差（小）；
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控制系统
• 控制系统的任务是根据机器人的作业指令程 序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人 的执行机构完成规定的运动和功能。若不具 备信息反馈特种，则为开环控制系统；具备 信息反馈特征则为闭环控制系统。根据控制 原理可分为程序控制系统，适应性控制系统， 人工智能控制系统；根据控制运动形式分为 点位控制和轨迹控制。
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交互系统
• 机器人-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。机器人可以与外 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；也可以是多台机器人、 多台机床、设备、零件存储装置等集成为一个可 执行复杂任务的功能单元。
• 人机交互系统是操作人员参与机器人控制并与机 器人进行联系的装置，如计算机终端、指令控制 台、信息显示板及危险信号报警器等。主要有两 类：指令给定装置和信息显示装置。
• 一般描述一个物体的位置和姿态需要六个自由 度；
• 机器人自由度是根据用途设计的，可多用六个 自由度，也可小于六个自由度。
• 三自由度机器人：底座水平转动，上臂弯曲， 肘弯曲；
• 自由度多通用性好，但结构复杂，矛盾。工业 机器人自由度选择与生产要求有关：批量生产 要求速度快、可靠性高，自由度可以少些；更 换产品，增加柔性，自由度可多。工业机器人 自由度一般4~6个，7个以上为冗余自由度，主 要增加避障。