(35)--机器人课程总结机器人通用技术.ppt

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1、工业机器人课程总结工业机器人课程总结一、一、机械结构机械结构二、伺服驱动二、伺服驱动三、传感器三、传感器四、机器人控制技术四、机器人控制技术五、轨迹规划与编程五、轨迹规划与编程硬件技术软件技术1一、机械结构一、机械结构p直角坐标型p圆柱坐标型p极坐标型p关节型pSCARA型六自由度的关节型应用最广泛五种类型2p L轴轴为肩关节：交流伺服电机-谐波齿轮减速器-大臂相对于腰部摆动大臂相对于腰部摆动。pU轴轴为肘关节：交流伺服电机-RV摆线针轮传动减速器-小臂相对于大臂摆动。小臂相对于大臂摆动。p S轴轴为腰关节：交流伺服电机-RV摆线针轮传动减速器-机身回转机身回转运动运动。6DOF6DOF机器人

2、的机身、臂部、手腕的典型结构机器人的机身、臂部、手腕的典型结构3主要用于喷涂作业应用的最多4J4、J5和J6:3轴轴线相交于一点相交于一点；J2轴线前置；轴线前置；J3和和J4轴线十字垂直轴线十字垂直，而不是平行，因J4轴电机要尽量后移。总结：总结：目前各大工业机器人厂商提供的6轴关节机器人结构从外观上看大同小异，相差不大，从本质上来说，其结构应该都是一致的，结构特点如下：J1、J2和J3：3个基本轴-位置J4、J5和J6：3个辅助轴-姿态J1、J4和J6：3个回转轴J2、J3和J5：3个摆动轴5n液压驱动n气压驱动n电气驱动 3种基本类型二、关节伺服驱动技术二、关节伺服驱动技术v 步进电机（

3、步进电机（Stepping Motor）v 直流伺服电机（直流伺服电机（DC Servo Motor）v 交流伺服电机交流伺服电机（AC Servo Motor 6交流伺服电机+谐波齿轮减速器 RV(Rot-Vector)摆线针轮传动减速器最广泛7单关节伺服系统-半闭环系统半闭环系统：其测量反馈信号是从驱动装置（常用伺服电机）或从传动中端引出的，间接测量运动部件的移动量。误差补偿消除传动环节的误差，机器人与数控机床中广泛应用。8三、传感器技术三、传感器技术光电编码器/Encoder旋转编码器旋转编码器绝对式编码器绝对式编码器/absolute encoder/absolute encoder增

4、量式编码器增量式编码器/increasing encoder/increasing encoder9增量增量式编码器式编码器光源：A相、B相、C相（Z）沿码盘的径向均匀刻上透明和不透明的狭缝。组成：多路光源、光敏元件、码盘。其旋转方向的判别和脉冲数量的增减需借助后部的判向电路和计数器来实现。每转过一个单位，编码器就输出一个脉冲，故称之为增量式。10由电池记忆电池记忆而成为“绝对值”的，而并非每个位置有一一对应的代码表示，因此也称为伪绝对值编码器。伪绝对值编码器。如何解决增量式编码器断电不能记忆问题？如何解决增量式编码器断电不能记忆问题？答案：增加后备电池答案：增加后备电池 -伪绝对值编码器伪绝

5、对值编码器11微硅陀螺仪微硅陀螺仪微硅陀螺仪（Micro-silicon gyroscope）是一种新型的电子式陀螺仪（角速度传感器），可以检测移动平台绕车轴倾斜的角速度角速度。用微硅陀螺仪和电子倾角传感器的组合构成姿态传感器，来检测机器人行走过程中的运行姿态姿态，在步行机器人、平行双轮电动车等方面得到了广阔的应用。12六维力觉传感器六维力觉传感器电阻应变片式6维力和力矩传感器 13视觉传感器感器14四、机器人控制技术15机器人控制系统的特点（与一般自动化设备比较）机器人的动力学方程式M(q)-惯性矩阵；-离心力和科氏力的向量；B-粘性摩擦系数矩阵粘性摩擦系数矩阵；G(q)-重力项的向量；-关

6、节驱动力向量。式中16图 基于关节坐标的伺服控制系统框图17作为一种简单的线性PD控制规律可表示为q(t)：关节角控制变量，：关节驱动力，KP为位置反馈增益矩阵，KP=diag(kpi)，其中kpi为第i轴的位置反馈增益；KV为速度反馈增益矩阵，KV=diag(kvi)，其中kvi为第i轴的速度反馈增益；G(q)为重力项补偿。18这种控制方式称为局部线性PD反馈控制，对于非线性多变量的机器人动态性而言，可以证明该控制方法是有效的，其闭环系统的平衡点qd达到渐进稳定。即当即经过无限长的时间，保证关节角度收敛于各自的目标值(global asymptotic stability)，机器人末端也收敛

7、于位置目标。对工业机器对工业机器人而言，多数情况下用该种控制方法已足够人而言，多数情况下用该种控制方法已足够。如MOTOMAN系列机器人重复定位精度为0.03mm。这种关节伺服系统把每一个关节作为单纯的单输入单输出系统来处理，所以结构简单，现在的工业机器人大部分都由这种关节伺服系统来控制。19对于CP控制问题，即关节角目标值随着时间变化。这时机器人末端的目标位置是随着时间变化的位置目标轨迹Xd(t)，相应的关节角目标值也成为随着时间变化的角度目标轨迹qd(t)，此时描述机器人全部关节的伺服控制系统为：式称为轨迹追踪控制（Trajectory Tracking Control）的力矩方程式。20

8、机器人空间位置、姿态的计算机器人位姿、速度、静力计算-理论推导部分位置姿态齐次坐标变换矩阵Ti的计算按D-H参数法进行。运动学问题21关节速度、静力的求解221.示教方式示教方式编程程示教编成是一项成熟的技术，它是目前大多数工业机器人的编程方式。2 2机器人语言编程机器人语言编程3 3离线编程离线编程五、轨迹规划与编程编程方式23轨迹规划轨迹规划关节空间法关节空间法直角坐标空间法直角坐标空间法 p 三次多项式插值三次多项式插值p 过路径点的三次多项式插值过路径点的三次多项式插值 p 五次多项式插值五次多项式插值 p 用抛物线过渡的线性插值用抛物线过渡的线性插值 p。等拟合成光滑函数的方法拟合成光滑函数的方法？拟合成光滑函数的方法？拟合成光滑函数24直角坐标空间轨迹规划的过程直线插补和圆弧插补直线插补和圆弧插补是直角坐标系下两种基本插补算法。25 关节空间规划仅能保证末端操作器从起始点到目标点准确运动，不能对两点之间的实际运动轨迹进行控制，所以这种规划方法仅适用于PTP作业的规矩规划。机器人关节空间轨迹规划指令MOVEJ，该规划效率最高，无特殊要求，尽量使用。直角坐标空间轨迹规划主要用于CP控制，机器人的位置和姿态都是时间的函数，对轨迹的空间现状可以提出一定要求。机器人直角坐标空间轨迹规划指令：MOVL和MOVC分别实现直线和圆弧轨迹规划26谢谢观看!27