机器人技术参数

机器人的自由度反映机器动作、摆 动或旋转动作的数目来表示，手部的 动作不包括在内，一般以轴的直线移 动、摆动或旋转动作的数目来表示。
1）刚体的自由度 任何空间刚体具有6个自由
度，即可任意运动。
2）机器人的自由度 机器人靠末端执行器工作， 末端执行器具有6个自由度
即可保证其灵活运动。
3个位置、3个姿态自由度
机器人所具有的自由度数目及其组合不同，则其运动图形不同；而自由 度的变化量(即直线运动的距离和回转角度的大小)则决定着运动图形的 大小。如表2-1。
a) 垂直串联多关节机器人 MOTOMAN MH3F
b) 水平串联多关节机器人 MOTOMAN MPP3S
特别注意：装上末端执行器以后，需要同时保证工具的姿态，实际可达 空间会比厂家给出的要小一层。
分配动作时间除考虑工艺动作要求外，还要考虑惯性和行程大小、 驱动和控制方式、定位和精度要求。
为了提高生产效率，要求缩短整个运动循环时间。运动循环包括加 速度起动，等速运行和减速制动三个过程。过大的加减速度会导致 惯性力加大，影响动作的平稳和精度。为了保证定位精度，加减速过 程往往占去较长时间。
４．工作载荷
实例分析
1） 直角坐标机器人的自由度 如图所示为直角坐标机器人，臂部具有3个自由度。
P
1
P2 P3
图直角坐标机器人自由度
特点：结构刚度大，关节运动相互独立，操作灵活性差。
2） 圆柱坐标机器人的自由度
如图所示为五轴圆柱坐标机器人，有5个自由度。
圆柱坐标机器人自由度
特点：结构紧凑，易于控制。
3） 球（极）坐标机器人的自由度
c) 并联多关节机器人 MOTOMAN MYS650L 不同本体结构 YASKAWA 机器人工作范围
３．工作速度
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。
确定机器人手臂的最大行程后，根据循环时间安排每个动作的时间， 并确定各动作同时进行或顺序进行，就可确定各动作的运动速度。
分辨率分为编程分辨率与控制分辨率，统称 为系统分辨率。
编程分辨率是指程序中可以设定的最小距离 单位，又称基准分辨率。
6．精度
精度是一个位置量相对于其参照系的绝对度量，指机器人 手部实际到达位置与所需要到达的理想位置之间的差距 （绝对精度）。 机器人的精度主要依存于机械误差、控制算法误差与分 辨率系统误差。 机械误差主要产生于传动误差、关节间隙与连杆机构的 挠性。 传动误差是由轮齿误差、螺距误差等所引起的； 关节间隙是由关节处的轴承间隙、谐波齿隙等引起的； 连杆机构的挠性随机器人位形、负载的变化而变化。
这种关节具有3个自由度,如图所示。
（c）球面关节 工业机器人的关节类型
一般自由度越多，机器人越灵巧
机器人的自由度越多，就越能接 近人手的动作机能，通用性就越 好；但是自由度越多，结构越复 杂，对机器人的整体要求就越高， 这是机器人设计中的一个矛盾。
工业机器人一般多为４～６个自 由度，７个以上的自由度是冗余 自由度，是用来避障碍物的。
机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负 载量(包括手部)。用质量、力矩、惯性矩来表示。 负载大小主要考虑机器人各运动轴上的受力和力矩，包括 手部的重量、抓取工件的重量，以及由运动速度变化而产 生的惯性力和惯性力矩。
一般低速运行时，承载能力大，为安全考虑，规定在高速 运行时所能抓取的工件重量作为承载能力指标。 工业机器人承载能力范围较大，目前最大可达1000Kg
移动关节
用字母P表示，它允许两相邻连杆沿关节轴线做 相对移动，这种关节具有1个自由度，如图所示。
（a）移动关节 图 工业机器人的关节类型
转动关节
用字母R表示，它允许两相邻连杆绕关节轴线做相对转动，
这种关节具有1个自由度，如图所示。
（bຫໍສະໝຸດ Baidu转动关节 工业机器人的关节类型
球面关节
用字母S表示，它允许两连杆之间有三个独立的相对转 动，
５．分辨率
机器人的分辨率由系统设计检测参数决定，并 受到位置反馈检测单元性能的影响。
分辨率是指机器人每根轴能够实现的最小移动 距离或最小转动角度。
精度和分辨率不一定相关。 一台设备的运动精度是指命令设定的运动位置
与该设备执行此命令后能够达到的运动位置之 间的差距，
分辨率则反映了实际需要的运动位置和命令 所能够设定的位置之间的差距。
（2）六轴关节机器人
六轴关节机器人有6个自由度，如图所示。
R5
R4
R6
R3
R2 R1
六轴关节机器人自由度
特点：动作灵活、结构紧凑。
２．工作空间
工作空间（Working space）：机器人手腕参考 点或末端操作器安装点（不安装末端操作器） 所能到达的所有空间区域，一般不包括末端操 作器本身所能到达的区域。
机器人臂部位置 在xO1y面内有三个独立运动 • 升降(L1)、伸缩(L2)、和转动
(Φ1)，腕部在xO1y面内有一个 独立的运动 • 转动(Φ2)。 机器人手部位置 需要一个独立变量 • 手部绕自身轴线O3C的旋转Φ3。
目前，焊接和涂装作业机器人多为 6 或 7 自由度，而搬运、码垛和装 配机器人多为 4~6 自由度。
2.3 机器人的技术参数 主讲：万三国
一、 机器人的参数
１．自由度 ２．工作空间 ３．工作速度 ４．工作载荷 ５．控制方式 ６．驱动方式 ７．重复精度 8．其他参数
１．自由度
自由度（Degree of freedom） ：或者称坐标轴数， 是指描述物体运动所需要的独立坐标数。手指的开、合，以及手 指关节的自由度一般不包括在内。
如图所示为球（极）坐标机器人，具有5个自由度。
R3 P
R4 R2 R1
图球（极）坐标机器人自由度
特点：灵活性好，工作空间大。
4） 关节机器人
（1）SCARA型关节机器人 SCARA型关节机器人有4个自由度，如图所示。
R
2
R
1
P
R
3
SCARA型关节机器人自由度
特点：适用于平面定位，在垂直方向进行装配作业。
7．重复精度
重复精度指在相同的运动位置命令下，机器人连续若 干次运动轨迹之间的误差度量。
如果机器人重复执行某位置给定指令，它每次走过的 距离并不相同，而是在一平均值附近变化，该平均值 代表精度，而变化的幅度代表重复精度。