1、課前回顧 所 處 位 置 工業機器人的系統由哪幾部分組成？工業機器人的驅動方式， 常見的有哪幾種？ 【 課 前 回 顧 】 章節目錄錄思考練習習2.1 工業機器人的系統組成 2.1.1 操作機 2.1.2 控制器 2.1.3 示教器 2.2 工業機器人的技術指標 學習目標 導入案例 擴展與提高 本章小結 課堂認知 2.3 工業機器人的運動控制 2.3.1 機器人運動學問題 2.3.2 機器人的點位運動 2.3.3 機器人的位置控制 學習目標標所 處 位 置 熟悉工業業機器人人的常見見技術指指標能夠正確確識別工工業機器器人的點點位運動動和連續續路徑運運動【 學 習 目 標 】 返回 目錄 認知目

2、標標能力目標標了解工業業機器人人的運動動控制能夠掌握握工業機機器人的的技術指指標的含含義2.2工業機器器人的技技術指標標機器人的的技術指指標反映映機器人人的適用范圍圍和工作性能能。 所 處 位 置 【 課 堂認 知 自由度工作空間間額定負載載最大工作作速度工作精度度一般都有有：相關術語語及性能能指標一、關節節（Joint）：即運動動副，允允許機器器人手臂臂各零件件之間發發生相對對運動的的機構。二、連桿桿（Link）：機器人手手臂上被被相鄰兩關關節分開的部部分。三、剛度度（Stiffness）：機身或臂臂部在外外力作用用下抵抗抗變形的的能力。它是用外外力和在在外力作作用方向向上的變變形量（位移）

3、之比來來度量。1、自由度度（Degreeoffreedom） ：或或者稱坐坐標軸數數，是指指描述物物體運動動所需要要的獨立立坐標數數。手指的開開、合，以及手手指關節節的自由由度一般般不包括括在內。工業機器器人的技技術指標標通常作為為機器人人的技術術指標，反映機機器人動動作的靈活性，可用軸軸的直線移動動、擺動動或旋轉動作作的數目來來表示。目前，焊焊接和涂涂裝作業業機器人人多為6或7自由度，而搬運運、碼垛垛和裝配配機器人人多為46自由度。機器人的的自由度度越多，就越能能接近人人手的動動作機能能，通用用性就越越好；但但是自由由度越多多，結構構越復雜雜，對機機器人的的整體要要求就越越高，這這是機器器人

4、設計計中的一一個矛盾盾。是不是自自由度越越多越好好呢？2、額定負負載也也稱持重。正常操操作條件件下，作作用于機機器人手手腕末端端，不會會使機器人性性能降低低的最大大載荷。3、工作精度度 目前，工工業機器器人的重重復精度度可達 0.01 0.5mm。依據作作業任務務和末端端持重不不同，機機器人重重復精度度亦不同同。目前，使使用的工工業機器器人負載載范圍可可從0.5kg直至800kg。工業機器器人典型型行業應應用的工工作精度度所 處 位 置 【 課 堂 認 知 】 額定負載（ kg ） 重復定位精度（ mm ） 作業任務 搬運 0.2 0.5 5200 碼垛 0.5 50800 點焊 0.2 0.

5、3 50350 弧焊 0.08 0.1 320 噴涂 0.2 0.5 520 0.02 0.03 25 裝配 0.06 0.08 610 0.06 0.1 1020 19/304、工作空空間也稱工作范圍圍、工作作行程。工業機機器人執執行任務務時，其其手腕參考考點或末端操作作器安裝裝點（不不包括末末端操作作器）所能掠過過的空間間，一般不包包括末端端操作器器本身所所能到達達的區域域。目前，單單體工業業機器人人本體的的工作范范圍可達達3.5m左右。 所 處 位 置 【 課 堂 認 知 】 b)水平串聯聯多關節節機器人人MOTOMAN MPP3Sa)垂直串聯聯多關節節機器人人MOTOMAN MH3F返

6、回 c)并聯多關關節機器器人MOTOMAN MYS650L目錄 不同本體體結構YASKAWA機器人工工作范圍圍20/30最大工作作速度通常指機機器人手腕中心心的最大速速度。這在生產產中是影影響生產產效率的的重要指指標。5、工作速速度機器人在在工作載載荷條件件下、勻勻速運動動過程中中，機械械接口中中心或工工具中心心點在單位時間間內所移動的距距離或轉動的角角度機器人的的運動速速度是指單關關節速度度；2.3工業機器器人的運運動控制制2.3.1機器人運運動學問問題所 處 工業機器器人操作作機可看看作是一一個開鏈式多多連桿機構，始端端連桿就就是機器器人的基基座， 末端端連桿與與工具相相連， 相鄰鄰連桿之

7、之間用一一個關節節（軸）連接在在一起。對于于一個6自由度工工業機器器人，它它由6個連桿和和6個關節（軸）組組成。編編號時，基座稱為為連桿0，不包含含在這6個連桿內內，連桿1與基座由由關節1相連，連連桿2通過關節節2與連桿1相連，依依此類推推。 位 置 【 課 堂 認 知 】 返回 目錄 a)實物圖連桿 4 連桿 6 連桿 5 連桿 3 關節 6 關節 5 關節 4 關節 3 連桿 2 關節 2 連桿 1 關節 1 連桿 0 b) 機構簡圖 工業機器器人操作作機2.3.1機器人運運動學問問題所 處 (1)運動學正正問題對給定的的機器人人操作機機，己知知各關節節角矢量量，求末末端執行行器相對于參考

8、考坐標系系的位姿姿，稱之之為正向運動動學（運動學學正解或或Where問題）。位 置 【 課 堂 認 知 】 Where is my hand? 返回 目錄 運動學正正問題（示教）機器人示示教時，機器人人控制器器即逐點點進行運運動學正正解運算算。(2)運動學逆逆問題對給定的的機器人人操作機機，已知知末端執執行器在在參考坐坐標系中中的初始始位姿和和目標（期望）位姿，求各關關節角矢矢量，稱稱之為逆向運動動學（運動學學逆解或How問題）。 How do I put my hand here? 運動學逆問題（再現） 機器人再再現時，機器人人控制器器即逐點點進行運運動學逆逆解運算算，并將將矢量分分解到操操

9、作機各各關節。2.3.2機器人的的點位運運動和連連續路徑徑運動所 處 位 (1)點位運動動（PointtoPoint,PTP）PTP運動只關關心機器器人末端端執行器器運動的的起點和和目標點點位姿，不關心這這兩點之之間的運運動軌跡跡。置 (2)連續路徑徑運動（Continuous Path, CP）CP運動不僅僅關心機機器人末末端執行行器達到到目標點點的精度度，而且必須須保證機機器人能能沿所期期望的軌軌跡在一一定精度度范圍內內重復運運動。【 課 堂 認 知 】 Z Y A X E D B C 工業機器器人PTP運動和CP運動2.3.2機器人的的點位運運動和連連續路徑徑運動所 機器人CP運動的實實

10、現是以以點到點點運動為為基礎，通過在在相鄰兩兩點之間間采用滿滿足精度度要求的的直線或或圓弧軌軌跡插補補運算即即可實現現軌跡的的連續化化。機器人再再現時主控制器器（上位位機從）存儲器器中逐點點取出各各示教點點空間位位姿坐標標值，通通過對其其進行直直線或圓圓弧或插插補運算算，生成成相應路路徑規劃劃，然后后把各插插補點的的位姿坐坐標值通通過運動動學逆解運算算轉換成關關節角度度值，分分送機器器人各關關節或關關節控制制器（下下位機）。 處 位 置 【 課 堂 認 知 】 關節控制器 1 （下位機） 機器人主控制器 （上位機） 關節控制器 2 （下位機） 機器人關節 軌跡 角度值 i 示教點位姿 中間位姿

11、 直線 / 圓弧插補 運動學逆問題 關節控制器 n （下位機） 工業機器器人的連連續路徑徑運動2.3.3機器人的的位置控控制所 處 位 實現機器器人的位位置控控制是是工業機機器人的的基本控控制任務務。關節節控制器器（下位位機）是是執行計計算機，負責伺伺服電機機的閉環控制制及實現所有有關節的的動作協協調。置 【 課 堂 認 知 】 關節控制器 位置調節器 速度調節器 轉矩調節器 功率放大 給定 + 期望 + + M 位置 位置 - - - 電流反饋 光電 碼盤 位置反饋 速度反饋 工業機器器人的位位置控制制運動控制制電機及及驅動機器人的的核心技技術是運動控制制技術，目前工工業機器器人采用用的電氣

12、驅動動主要有步進電動動機和伺服電動動機兩類。 所 處 位 1步進電電動機系系統置 步進電機機是一種種將電脈脈沖信號號轉變為為角位移移或線位位移的開環控制精密密驅動元件件，分為反應式步步進電機機、永磁磁式步進進電機和混合式步步進電機機三種，其其中混合合式步進進電機的的應用最最為廣泛泛，是一一種精度度高、控控制簡單單、成本本低廉的的驅動方方案。 【 擴 展 與 提 高 】 步進電機機與步進進驅動器器2伺服電電動機系系統所 處 伺服電機機，在自自動控制制系統中中，用作執行元件件，把所收收到的電電信號轉轉換成電電機軸上上的角位位移或角角速度輸輸出，可可分為直流和交流伺服服電機兩大類。 位 置 特點：當

13、當信號電電壓為零零時無自自轉現象象，轉速速隨著轉轉矩的增增加而勻勻速下降降。優點：無電刷刷和換向向器，工工作可靠靠，對維維護和保保養要求求低；定子繞繞組散熱熱比較方方便；慣量小小，易于于提高系系統的快快速性；適應于于高速大大力矩工工作狀態態；同功率率下有較較小的體體積和重重量。 【 擴 展 與 提 高 】 伺服電機機與伺服服驅動器器本章小結結所 工業機器器人的機機械結構構部分稱稱為操作作機。通通常用自由度、工作空空間、額額定負載載、定位位精度、重復定定位精度度和最大大工作速速度等技術指指標來表表征工業業機器人人操作機機的性能能。處 位 置 工業機器器人通常常由操作機、控控制器和示教器三部分組組

14、成。操操作機是是機器人人賴以完完成各種種作業的的主體部部分，一一般由機機械臂、驅動-傳動裝置置以及內內部傳感感器等組組成。控控制器是是完成機機器人控控制功能能的結構構實現，一般由由控制計計算機和和伺服控控制器組組成。示示教器是是機器人人的人機機交互接接口，主主要由顯顯示屏和和按鍵組組成。【 本 章 小 結 】 工業機器器人的運運動控制制是指工工業機器器人的末末端執行行器從一一點移動動到另一一點的過過程中，常采用用點位（PTP）控制和和連續路路徑（CP）控制兩兩種方式式。 思考練習習1、填空所 (1)_通常作為為機器人人的技術術指標，反映了了機器人人動作的的靈活性性，可處 用軸的直直線移動動、擺

15、動動或旋轉轉動作的的數目來來表示。位 置 (2)工業機器器人主要要由_、_和_組成。下下圖中1表示_；2表示_；3表示_和4表示_。1 【 2 思 考 3 練 4 習 】 題2圖(3)工業機器器人的運運動控制制主要是是實現_和_兩種。當當機器人人進行_運動控制制時，末末端執行行器既要要保證運運動的起起點和目目標點位位姿，而而且必須保證機機器人能能沿所期期望的軌軌跡在一一定精度度范圍內內運動。(4)對給定的的機器人人操作機機，己知知各關節節角矢量量，求末末端執行行器相對對于參考坐標系系的位姿姿，稱之之為_運動學。29/30思考練習習2、選擇所 (1)操作機是是工業機機器人的的機械主主體，是是用于

16、完完成各種種作業的的執行機機構。它它主處 要哪幾部部分組成成？（）位 置 機械臂臂；驅驅動裝置置；傳傳動單元元；內內部傳感感器A.B.C.D.(2)示教器也也稱示教教編程器器或示教教盒，主主要由液液晶屏幕幕和操作作按鍵組組成，可可由【 操作者手手持移動動。它是是機器人人的人機機交互接接口，試試問以下下哪些機機器人操操作可通通思 考 過示教器器來完成成？（）。練 點動機機器人；編寫寫、測試試和運行行機器人人程序；設定定機器人人參數；查習 】 閱機器人人狀態A.B.C.D.3、判斷(1)機器人手手臂是連連接機身身和手腕腕的部分分。它是是執行結結構中的的主要運運動部件件，主要用于改改變手腕腕和末端端執行器器的空間間位置，滿足機機器人的的作業空空間，并并將各種種載荷傳遞到到機座。（）(2)除