第0311 2 機器人的基礎(chǔ)知識(3)

1、機器人應(yīng)用技術(shù)機器人應(yīng)用技術(shù)大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院董春利 QQ：958385645實訓(xùn)樓414A機器人應(yīng)用技術(shù)機器人應(yīng)用技術(shù)2.3 機器人的技術(shù)參數(shù)機器人的技術(shù)參數(shù)2.3.1 機器人的參數(shù)機器人的參數(shù)2.3.2 機器人的舉例機器人的舉例機器人應(yīng)用技術(shù)機器人應(yīng)用技術(shù)第二節(jié)第二節(jié) 機器人的主要技術(shù)參數(shù)機器人的主要技術(shù)參數(shù)一、機器人的參數(shù)一、機器人的參數(shù)二、機器人的舉例二、機器人的舉例Compiled by: Dong Chunli自由度自由度工作空間工作空間工作速度工作速度工作載荷工作載荷控制方式控制方式驅(qū)動方式驅(qū)動方式重復(fù)精度重復(fù)精度 8精度、重復(fù)精度和分辨率精度、重復(fù)精度和分辨率2.3.1 機器人的

2、參機器人的參數(shù)數(shù)Compiled by: Dong Chunli1自由度 自由度是指描述物體運動所需要的獨立坐標(biāo)數(shù)。 2工作空間 機器人的工作空間是指機器人手臂或手部安裝點所能達(dá)到的所有空間區(qū)域，不包括手部本身所能達(dá)到的區(qū)域。 3工作速度 機器人在工作載荷條件下、勻速運動過程中，機械接口中心或工具中心點在單位時間內(nèi)所移動的距離或轉(zhuǎn)動的角度。2.3.1 機器人的參機器人的參數(shù)數(shù)Compiled by: Dong Chunli4工作載荷機器人在規(guī)定的性能范圍內(nèi)，機械接口處能承受的最大負(fù)載量（包括手部）。用質(zhì)量、力矩、慣性矩來表示。 5控制方式機器人用于控制軸的方式，是伺服還是非伺服，伺服控制方式是

3、實現(xiàn)連續(xù)軌跡還是點到點的運動。6驅(qū)動方式驅(qū)動方式指關(guān)節(jié)執(zhí)行器的動力源形式。7精度、重復(fù)精度和分辨率精度、重復(fù)精度和分辨率用來定義機器人手部的定位能力。2.3.1 機器人的參機器人的參數(shù)數(shù)Compiled by: Dong Chunli自由度自由度自由度是指描述物體運動所需要的獨立坐標(biāo)數(shù)。機器人的自由度表示機器人動作靈活的尺度，一般以軸的直線移動、擺動或旋轉(zhuǎn)動作的數(shù)目來表示，手部的動作不包括在內(nèi)。機器人的自由度越多，就越能接近人手的動作機能，通用性就越好；但是自由度越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對機器人的整體要求就越高，這是機器人設(shè)計中的一個矛盾。工業(yè)機器人一般多為個自由度，個以上的自由度是冗余自由度，是用

4、來避障礙物的。Compiled by: Dong Chunli自由度自由度機器人臂部位置在xO1y面內(nèi)有三個獨立運動升降(L1)、伸縮(L2)、和轉(zhuǎn)動(1)，腕部在xO1y面內(nèi)有一個獨立的運動轉(zhuǎn)動(2)。機器人手部位置需要一個獨立變量手部繞自身軸線O3C的旋轉(zhuǎn)3。Compiled by: Dong Chunli工作空間工作空間機器人的工作空間是指機器人手臂或手部安裝點所能達(dá)到的所有空間區(qū)域，不包括手部本身所能達(dá)到的區(qū)域。機器人所具有的自由度數(shù)目及其組合不同，則其運動圖形不同；而自由度的變化量(即直線運動的距離和回轉(zhuǎn)角度的大小)則決定著運動圖形的大小。Compiled by: Dong Chun

5、li工作速度工作速度工作速度是指機器人在工作載荷條件下、勻速運動過程中，機械接口中心或工具中心點在單位時間內(nèi)所移動的距離或轉(zhuǎn)動的角度。確定機器人手臂的最大行程后，根據(jù)循環(huán)時間安排每個動作的時間，并確定各動作同時進(jìn)行或順序進(jìn)行，就可確定各動作的運動速度。分配動作時間除考慮工藝動作要求外，還要考慮慣性和行程大小、驅(qū)動和控制方式、定位和精度要求。為了提高生產(chǎn)效率，要求縮短整個運動循環(huán)時間。運動循環(huán)包括加速度起動，等速運行和減速制動三個過程。過大的加減速度會導(dǎo)致慣性力加大，影響動作的平穩(wěn)和精度。為了保證定位精度，加減速過程往往占去較長時間。Compiled by: Dong Chunli工作載荷工作載

6、荷機器人在規(guī)定的性能范圍內(nèi)，機械接口處能承受的最大負(fù)載量(包括手部)。用質(zhì)量、力矩、慣性矩來表示。負(fù)載大小主要考慮機器人各運動軸上的受力和力矩，包括手部的重量、抓取工件的重量，以及由運動速度變化而產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩。一般低速運行時，承載能力大，為安全考慮，規(guī)定在高速運行時所能抓取的工件重量作為承載能力指標(biāo)。工業(yè)機器人承載能力范圍較大，目前最大可達(dá)1000KgCompiled by: Dong Chunli分辨率分辨率p機器人的分辨率由系統(tǒng)設(shè)計檢測參數(shù)決定，并受到位置反饋檢測單元性能的影響。p分辨率是指機器人每根軸能夠?qū)崿F(xiàn)的最小移動距離或最小轉(zhuǎn)動角度。p精度和分辨率不一定相關(guān)。p一臺設(shè)備的運

7、動精度是指命令設(shè)定的運動位置與該設(shè)備執(zhí)行此命令后能夠達(dá)到的運動位置之間的差距，p分辨率則反映了實際需要的運動位置和命令所能夠設(shè)定的位置之間的差距。p分辨率分為編程分辨率與控制分辨率，統(tǒng)稱為系統(tǒng)分辨率。p編程分辨率是指程序中可以設(shè)定的最小距離單位，又稱基準(zhǔn)分辨率。Compiled by: Dong Chunli6精度精度p精度是一個位置量相對于其參照系的絕對度量，指機器人手部實際到達(dá)位置與所需要到達(dá)的理想位置之間的差距。p機器人的精度主要依存于機械誤差、控制算法誤差與分辨率系統(tǒng)誤差。p機械誤差主要產(chǎn)生于傳動誤差、關(guān)節(jié)間隙與連桿機構(gòu)的撓性。p傳動誤差是由輪齒誤差、螺距誤差等所引起的；p關(guān)節(jié)間隙是由

8、關(guān)節(jié)處的軸承間隙、諧波齒隙等引起的；p連桿機構(gòu)的撓性隨機器人位形、負(fù)載的變化而變化。p分辨率系統(tǒng)誤差可取1/2基準(zhǔn)分辨率。其理由是基準(zhǔn)分辨率以下的變位既無法編程又無法檢測，故誤差的平均值可取1/2基準(zhǔn)分辨率。p機器人的精度可認(rèn)為是1/2基準(zhǔn)分辨率與機構(gòu)誤差之和，即：機器人的精度=1/2基準(zhǔn)分辨率 + 機構(gòu)誤差Compiled by: Dong Chunli7重復(fù)精度重復(fù)精度p 重復(fù)精度指在相同的運動位置命令下，機器人連續(xù)若干次運動軌跡之間的誤差度量。p 如果機器人重復(fù)執(zhí)行某位置給定指令，它每次走過的距離并不相同，而是在一平均值附近變化，該平均值代表精度，而變化的幅度代表重復(fù)精度。p 所以，重復(fù)

9、定位精度是關(guān)于精度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。Compiled by: Dong Chunli8精度、重復(fù)精度和分辨率精度、重復(fù)精度和分辨率精度：精度：一個位置相對于其參照系的絕對度量，指機器人手部實際到達(dá)位置與所需要到達(dá)的理想位置之間的差距。重復(fù)精度：重復(fù)精度：在相同的運動位置命令下，機器人連續(xù)若干次運動軌跡之間的誤差度量。如果機器人重復(fù)執(zhí)行某位置給定指令，它每次走過的距離并不相同，而是在一平均值附近變化，該平均值代表精度，而變化的幅度代表重復(fù)精度。分辨率：分辨率：指機器人每根軸能夠?qū)崿F(xiàn)的最小移動距離或最小轉(zhuǎn)動角度。精度和分辨率不一定相關(guān)。一臺設(shè)備的運動精度是指命令設(shè)定的運動位置與該設(shè)備執(zhí)行此命令后能夠達(dá)到

10、的運動位置之間的差距，分辨率則反映了實際需要的運動位置和命令所能夠設(shè)定的位置之間的差距。Compiled by: Dong Chunli8精度、重復(fù)精度和分辨率精度、重復(fù)精度和分辨率圖2-4給出了分辨率精度和重復(fù)精度的關(guān)系。工業(yè)機器人的精度、重復(fù)精度和分辨率要求是根據(jù)其使用要求確定的。機器人本身所能達(dá)到的精度取決于機器人結(jié)構(gòu)的剛度、運動速度控制和驅(qū)動方式、定位和緩沖等因素。由于機器人有轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，不同回轉(zhuǎn)半徑時其直線分辨率是變化的，因此造成了機器人的精度難以確定。由于精度一般難測定，通常工業(yè)機器人只給出重復(fù)精度。Compiled by: Dong Chunli8精度、重復(fù)精度和分辨率精度、重復(fù)精

11、度和分辨率表2-3為不同作業(yè)機器人要求的重復(fù)精度。Compiled by: Dong Chunli美國DENSO公司的XYC4-G系列直角坐標(biāo)機器人。美國 Unimation公司的VERSATRAN系列圓柱坐標(biāo)機器人L-1000型CO2激光切割機器人是典型的極坐標(biāo)型機器人日本安川公司生產(chǎn)的MOTOMAN UP6型通用工業(yè)機器人典型的多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機器人多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機器人深圳市眾為興數(shù)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的ADT-6004G 300-5機器人是典型的平面多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機器人。2.3.2 實用機器人舉例分析實用機器人舉例分析直角坐標(biāo)機器人o美國DENSO公司的XYC4-G系列直角坐標(biāo)機器人。o適用于小型

12、工作空間的緊湊尺寸。o寬泛的變化：左臂類型、右臂類型。48種行程。o利用高強度滑動單元可獲得最大負(fù)載：10kg的物體。o用于大功率或精細(xì)任務(wù)的兩種驅(qū)動功率模式o標(biāo)準(zhǔn)配置：6套空氣管線系統(tǒng)，10個信號閥和電磁閥。Compiled by: Dong Chunli直角坐標(biāo)機器人Compiled by: Dong Chunli直角坐標(biāo)機器人Compiled by: Dong ChunliCompiled by: Dong Chunlip 美國 Unimation公司的VERSATRAN系列圓柱坐標(biāo)機器人，見圖2-19所示。p 為一臺持重30kg，供搬運、檢測、裝配用的圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機器人圓柱坐標(biāo)機器人

13、Compiled by: Dong Chunlip自由度：共有三個基本關(guān)節(jié)1,2,3和兩個選用關(guān)節(jié)4,5；p工作范圍：見圖b所示；p關(guān)節(jié)移動范圍及速度：p A1 3000 2.10r/s p A2 500mm 600mm/sp A3 500mm 1200mm/s p A4 3600 2.10r/sp A5 1900 1.05r/sp重復(fù)定位誤差：+/-0.05mmp控制方式：五軸同時可控，點位控制；p持重（最大伸長、最高速度下）：30kgp驅(qū)動方式：三個基本關(guān)節(jié)由交流伺服電動機驅(qū)動，并采用增量式角位移檢測裝置。圓柱坐標(biāo)機器人極坐標(biāo)機器人o 激光切割機器人有CO2氣體激光和YAG固體激光切割機器

14、人。o 通常激光切割機器人既可進(jìn)行切割又能用于焊接。Compiled by: Dong Chunli項目技術(shù)參數(shù)動作形態(tài)極坐標(biāo)式控制軸數(shù)5軸（、W、R、）設(shè)置狀態(tài)固定在地面或懸掛在門架上工作范圍軸（）200W軸（）60R軸（mm）1200軸（）360軸（）280最大動作速度軸（/s）90W軸（/s）70R軸（mm/s）90軸（/s）360軸（/s）360手臂前段可攜帶質(zhì)量（kg）5驅(qū)動方式交流伺服電機伺服驅(qū)動控制方式數(shù)字伺服控制位置重復(fù)精度（mm）0.5激光反射鏡數(shù)量4激光進(jìn)入口直徑（mm）62輔助氣體管路系統(tǒng)2套光路清潔用空氣管路系統(tǒng)1套激光反射鏡冷卻水系統(tǒng)進(jìn)、出水各1套機械結(jié)構(gòu)部分的質(zhì)量（

15、kg）580Compiled by: Dong Chunli多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機器人多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機器人o 日本安川公司生產(chǎn)的MOTOMAN UP6型通用工業(yè)機器人Compiled by: Dong Chunli基本參數(shù)機械結(jié)構(gòu)垂直多關(guān)節(jié)型自由度數(shù)6載荷質(zhì)量6kg重復(fù)定位精度0.08mm本體質(zhì)量130kg安裝方式地面安裝電源容量1.5kVA最大動作范圍S軸（回旋）170L軸（下臂傾動）+155、90U軸（上臂傾動）+190、170R軸（手臂橫擺）180B軸（手腕俯仰）+225、45T軸（手腕回旋）360最大速度S軸2.44rad/s（140/s）L軸2.79rad/s（160/s）U軸2.97rad/

16、s（170/s）R軸5.85rad/s（335/s）B軸5.85rad/s（335/s）T軸8.37rad/s（500/s）容許力矩R軸11.8Nm（1.2kgfm）B軸9.8Nm（1.0kgfm）T軸5.9Nm（0.6kgfm）容許轉(zhuǎn)動慣量R軸0.24kgm2B軸0.17kgm2T軸0.06kgm2標(biāo)準(zhǔn)涂色活動部位：淡灰色固定部位：深灰色電動機：黑色安裝環(huán)境溫度045C濕度（2080）%RH（不能結(jié)露）振動4.9m/s2以下其他避免接觸易燃及腐蝕性氣體或液體；不可接近水、油、粉塵等；遠(yuǎn)離電氣噪聲源Compiled by: Dong Chunli多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機器人多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機器人Compil

17、ed by: Dong Chunli平面多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機器人平面多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機器人o 深圳市眾為興數(shù)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的ADT-6004G300-5機器人是典型的平面多關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機器Compiled by: Dong Chunli型號ADT-600X4G100ADT-600X4G200ADT-600X4G300軸規(guī)格X軸手臂長度350mmY軸手臂長度250mmZ軸行程100mm200mm300mmX軸旋轉(zhuǎn)范圍115Y軸旋轉(zhuǎn)范圍145R軸旋轉(zhuǎn)范圍360電機規(guī)格X軸400WY軸200WZ軸（帶剎車）200WR軸100W最高速度X速度225/sY速度225/sX、Y軸合成3.3m/sZ速度0.8m/s

18、R速度360/s重復(fù)定位精度X、Y軸0.05mmZ0.02mmR0.02最大負(fù)載3KG/5KG用戶用信號線0.12sq25用戶配管63線限位保護(hù)1.軟件限位2.機械限位（X、Y、Z軸）重量40KGCompiled by: Dong ChunliCompiled by: Dong Chunli關(guān)節(jié)（關(guān)節(jié)（Joint）：即運動副，）：即運動副，允許機器人手臂各零件之間發(fā)生相對運動的機構(gòu)。允許機器人手臂各零件之間發(fā)生相對運動的機構(gòu)。Compiled by: Dong Chunli連桿連桿（Link）：）：機器人手臂上被相鄰兩關(guān)節(jié)分開的部分。機器人手臂上被相鄰兩關(guān)節(jié)分開的部分。Compiled by:

19、 Dong Chunli剛度（剛度（Stiffness）：）：機身或臂部在外力作用下抵抗變形的能力機身或臂部在外力作用下抵抗變形的能力。它是用外力和在外力作用方向上的變形量（位移）之比來度量它是用外力和在外力作用方向上的變形量（位移）之比來度量。Compiled by: Dong Chunli自由度（自由度（Degree of freedom） ：或者稱坐標(biāo)軸數(shù)，：或者稱坐標(biāo)軸數(shù)，是指描述物體運動所需要的獨立坐標(biāo)數(shù)。手指的開、合，以及手是指描述物體運動所需要的獨立坐標(biāo)數(shù)。手指的開、合，以及手指關(guān)節(jié)的自由度一般不包括在內(nèi)。指關(guān)節(jié)的自由度一般不包括在內(nèi)。Compiled by: Dong Chunli機器人的自由度1）剛體的自由度o 任何空間剛體具有6個自由度，即可任意運動。2）機器人的自由度o 機器人靠末端執(zhí)行器工作，o 末端執(zhí)行器