工業(yè)機(jī)器人技術(shù)課件

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Controller指導(dǎo)教師簡(jiǎn)介H

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U王紅旗，河南理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化系，博士，研究方向：機(jī)器人控制技術(shù)郵箱：wanghq2008@QQ群：4380188手機(jī)：159

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0676地址：電氣學(xué)院先進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)室（D218）

歡迎機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化、電氣（自動(dòng)化）專業(yè)的學(xué)生報(bào)考我的研究生，或參與我的研究課題。IRC

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Controller課程介紹H

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U課程性質(zhì):實(shí)踐性公共選修課學(xué)時(shí):16 考核:實(shí)驗(yàn)（50）+理論（30）+考勤（20）教學(xué)內(nèi)容:中國(guó)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r（1學(xué)時(shí)）機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)（6學(xué)時(shí)）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成、技術(shù)參數(shù)及分類(lèi)（1學(xué)時(shí)）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析（4學(xué)時(shí)）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃（1學(xué)時(shí)）工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)（9學(xué)時(shí)）熟悉ABBIRB120工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)（3學(xué)時(shí)）IRB120的TCP及重定向?qū)嶒?yàn)（2學(xué)時(shí)）IRB120建立工件坐標(biāo)系實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）IRB120運(yùn)動(dòng)編程實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）IRC

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中國(guó)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩rH

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U 中國(guó),作為亞洲第三大工業(yè)機(jī)器人需求國(guó),市場(chǎng)發(fā)展穩(wěn)定,汽車(chē)及其零部件制造仍然是工業(yè)機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域。隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級(jí)不斷深入和國(guó)際制造業(yè)中心向中國(guó)的轉(zhuǎn)移,我國(guó)的機(jī)器人市場(chǎng)會(huì)進(jìn)一步加大,市場(chǎng)擴(kuò)展的速度也會(huì)進(jìn)一步提高。對(duì)于國(guó)外的先發(fā)、領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),我國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的研發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美、日兩國(guó),甚至比起韓國(guó)也落后一步,尤其是在青少年中遠(yuǎn)未開(kāi)展機(jī)器人的組裝、制作的科學(xué)活動(dòng),這將關(guān)系到二、三十年后我國(guó)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 近年來(lái),國(guó)外正在興起一個(gè)與文化產(chǎn)業(yè)和科學(xué)技術(shù)有緊密關(guān)系的未來(lái)產(chǎn)業(yè)——機(jī)器人的研究、開(kāi)發(fā)及制造。參與者除了傳統(tǒng)從事學(xué)術(shù)研究的科技工作者、大學(xué)研究梯隊(duì)、企業(yè)產(chǎn)品的專門(mén)研究人員之外,更有一大批的青少年積極加入這一新興的科學(xué)技術(shù)新潮流之中。。IRC

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U與國(guó)外差距 基礎(chǔ)零部件制造能力差。雖然我國(guó)在相關(guān)零部件方面有了一定的基礎(chǔ),但是無(wú)論從質(zhì)量、產(chǎn)品系列,還是批量化供給方面都與國(guó)外存在較大的差距。特別是在高性能交流伺服電機(jī)和精密減速器方面的差距尤其明顯,造成關(guān)鍵零部件長(zhǎng)期依賴進(jìn)口,影響了我國(guó)機(jī)器人的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。 中國(guó)的機(jī)器人還沒(méi)有形成自己的品牌。雖然已經(jīng)擁有一批企業(yè)從事機(jī)器人的開(kāi)發(fā),但是都沒(méi)有形成較大的規(guī)模,缺乏市場(chǎng)的品牌認(rèn)知度,在機(jī)器人市場(chǎng)方面一直面臨國(guó)外機(jī)器人品牌的打壓。 認(rèn)識(shí)不到位,鼓勵(lì)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的政策少。工業(yè)機(jī)器人的制造及應(yīng)用水平,代表了一個(gè)國(guó)家的制造業(yè)水平,應(yīng)從國(guó)家高度認(rèn)識(shí)發(fā)展中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的重要性。。IRC

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U 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于20世紀(jì)70年代初，大致可分為三個(gè)階段:70年代的萌芽期，80年代的開(kāi)發(fā)期，90年代的實(shí)用化期。 在80年代中期，國(guó)家組織了對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求的行業(yè)的調(diào)研，對(duì)第二代工業(yè)機(jī)器人的需求主要集中于汽車(chē)行業(yè)（占總需要的60%～70%）1985年，工業(yè)機(jī)器人被列入了國(guó)家“七五”科技攻關(guān)計(jì)劃研究重點(diǎn)，目標(biāo)鎖定在工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)器件開(kāi)發(fā)、搬運(yùn)、噴涂和焊接機(jī)器人開(kāi)發(fā)研究等五個(gè)方面。撥巨款在沈陽(yáng)建立了全國(guó)第一個(gè)機(jī)器人研究示范工程，全面展開(kāi)了機(jī)器人基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)元器件研究?！捌呶濉逼陂g，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)，研制出噴涂、弧焊、點(diǎn)焊和搬運(yùn)等作業(yè)機(jī)器人整機(jī)。在應(yīng)用方面，在第二汽車(chē)廠建立的我國(guó)第一條采用國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的生產(chǎn)線－東風(fēng)系列駕駛室多品種混流機(jī)器人噴涂生產(chǎn)線。。IRC

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U 在基礎(chǔ)技術(shù)研究方面,進(jìn)行了機(jī)構(gòu)學(xué),控制編程,驅(qū)、傳動(dòng)方式,檢測(cè)等基礎(chǔ)理論與技術(shù)的研究。開(kāi)發(fā)出具有國(guó)際先進(jìn)水平的測(cè)量系統(tǒng),編制了我國(guó)工業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)體系和12項(xiàng)國(guó)標(biāo)、行標(biāo)。80年代,在國(guó)家高技術(shù)計(jì)劃中,安排了智能機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā),包括水下無(wú)纜機(jī)器人,高功能裝配機(jī)器人和各類(lèi)特種機(jī)器人,進(jìn)行了智能機(jī)器人體系結(jié)構(gòu),機(jī)構(gòu)控制,人工智能、機(jī)器視覺(jué),高性能傳感器及新材料的應(yīng)用研究已取得一批成果。形成了京津、東北、華東、華南等機(jī)器人技術(shù)地區(qū)。 80年代中期,我國(guó)機(jī)器人的研發(fā)單位大大小小已有200多家,然而,由于多半從事的是低水平、重復(fù)性的研究,全國(guó)尚無(wú)一臺(tái)機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)世,直至1985年,我國(guó)機(jī)器人才迎來(lái)了“春天”。 從90年代初期起,在國(guó)家“863”計(jì)劃支持下,我國(guó)工業(yè)機(jī)器人又在實(shí)踐中邁進(jìn)一大步,具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的點(diǎn)焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運(yùn)、包裝、碼垛等7種工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品相繼問(wèn)世,還實(shí)施了100多項(xiàng)機(jī)器人應(yīng)用工程、建立了20余個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地。。IRC

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U 一些機(jī)器人專家認(rèn)為:應(yīng)繼續(xù)開(kāi)發(fā)和完善噴涂、點(diǎn)焊、弧焊、搬運(yùn)等機(jī)器人系統(tǒng)成套應(yīng)用技術(shù)，完成交鑰匙工程。在掌握機(jī)器人開(kāi)發(fā)和應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)拓市場(chǎng)，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，從汽車(chē)制造業(yè)逐漸擴(kuò)展到其他制造業(yè)和非制造業(yè)領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)第二代工業(yè)機(jī)器人及各類(lèi)適合我國(guó)國(guó)情的經(jīng)濟(jì)型機(jī)器人，以滿足不同行業(yè)多層次的需求，開(kāi)展機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)的研究，充分發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人在CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）中的核心技術(shù)作用。嫁接國(guó)外技術(shù)，促進(jìn)國(guó)際合作，促使我國(guó)工業(yè)機(jī)器人得到進(jìn)一步發(fā)展，為21世紀(jì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)奠定更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 “十五”期間是我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多年的研究開(kāi)發(fā)，我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)已日趨成熟；市場(chǎng)需求在“十五”初期也有了一個(gè)“井噴式”的發(fā)展，此外我國(guó)已經(jīng)形成了幾家具有一定競(jìng)爭(zhēng)力的機(jī)器人公司和產(chǎn)業(yè)化基地。。IRC

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U1980年—研制成功中國(guó)第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)。1985年—中國(guó)第一臺(tái)水下機(jī)器人（“海人一號(hào)”）首航成功。1986年—中國(guó)第一臺(tái)水下機(jī)器人深海試驗(yàn)成功。1988年—中國(guó)第一臺(tái)中型水下機(jī)器人（“瑞康４號(hào)”）投入使用。1989年—水下機(jī)器人首次出口美國(guó)。1990年—中國(guó)第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人通用控制器研制成功。1992年—國(guó)產(chǎn)ＡＧＶ第一次應(yīng)用于柔性生產(chǎn)線。1993年—中國(guó)唯一的機(jī)器人技術(shù)國(guó)家工程研究中心成立。1994年—中國(guó)第一臺(tái)五自由度高壓水切割機(jī)器人投入使用。1994年—中國(guó)第一臺(tái)1000米水下機(jī)器人（“探索者”）海試成功。1995年—中國(guó)第一臺(tái)6000米水下機(jī)器人（“ＣＲ-０１”）海試成功。1995年—中國(guó)首臺(tái)四自由度點(diǎn)焊機(jī)器人開(kāi)發(fā)成功,第一條點(diǎn)焊機(jī)器人生產(chǎn)線投入使用。1995年—自主開(kāi)發(fā)的機(jī)器人技術(shù)－ＡＧＶ技術(shù)出口韓國(guó)。1997年—具有自主版權(quán)的高性能機(jī)器人控制器小批量生產(chǎn)。1997年—自主開(kāi)發(fā)的國(guó)內(nèi)第一條機(jī)器人沖壓自動(dòng)化線用于一汽大眾生產(chǎn)線。1998年—國(guó)內(nèi)首臺(tái)激光加工機(jī)器人開(kāi)發(fā)成功。1998年—國(guó)內(nèi)首臺(tái)澆注機(jī)器人用于生產(chǎn)。1998年—中國(guó)機(jī)器人領(lǐng)域唯一一家通過(guò)了ＩＳＯ９００１國(guó)際質(zhì)量體系認(rèn)證。。IRC

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U 我國(guó)從上世紀(jì)80年代開(kāi)始,在高校和科研單位全面開(kāi)展工業(yè)機(jī)器人的研究,近20年來(lái)取得不少的科研成果。但是由于沒(méi)有和企業(yè)有機(jī)地進(jìn)行聯(lián)合,至今仍未形成具有影響力的產(chǎn)品和有規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。 目前國(guó)內(nèi)除了一家以組裝為主的中日合資的機(jī)器人公司（首鋼莫特曼機(jī)器人公司）外,具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人尚停留在高校或科研單位組織的零星生產(chǎn),未能形成氣候。 近10年來(lái),進(jìn)口機(jī)器人的價(jià)格大幅度降低,對(duì)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展造成了一定的影響,我國(guó)自行制造的普通工業(yè)機(jī)器人在價(jià)格上根本無(wú)法與之競(jìng)爭(zhēng)。尤其是我國(guó)在研制機(jī)器人的初期,沒(méi)有同步發(fā)展相應(yīng)的零部件產(chǎn)業(yè),使得國(guó)內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)的機(jī)器人過(guò)程中,只能依賴配套進(jìn)口的零部件,更削弱了我國(guó)企業(yè)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。 隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展,勞動(dòng)力過(guò)剩程度降低、單個(gè)工人成本上升、對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有更高的要求、國(guó)家對(duì)裝備制造業(yè)的重視等變化改善了機(jī)器人的使用環(huán)境,工業(yè)機(jī)器人及技術(shù)在中國(guó)已逐步得到了政府和企業(yè)的重視。。IRC

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U市場(chǎng)特征 以汽車(chē)制造業(yè)為主的制造業(yè)發(fā)展促進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。汽車(chē)制造業(yè)屬于技術(shù)、資金密集型產(chǎn)業(yè),也是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最廣泛的行業(yè)。在我國(guó),工業(yè)機(jī)器人的最初應(yīng)用是在汽車(chē)和工程機(jī)械行業(yè),主要用于汽車(chē)及工程機(jī)械的噴涂及焊接。2000年開(kāi)始,受?chē)?guó)家宏觀政策調(diào)控及居民消費(fèi)水平提高的影響,我國(guó)汽車(chē)工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)高速增長(zhǎng)期,整個(gè)行業(yè)的增產(chǎn)擴(kuò)能增加了對(duì)工業(yè)機(jī)器人需求。 沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)是工業(yè)機(jī)器人的主要市場(chǎng)。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的使用集中在廣東、江蘇、上海、北京等地,工業(yè)機(jī)器人的擁有量占全國(guó)的一半以上,這種分布態(tài)勢(shì)和增長(zhǎng)趨勢(shì)符合我國(guó)現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。 外商獨(dú)資企業(yè)、中外合資企業(yè)和國(guó)有企業(yè)是工業(yè)機(jī)器人的主要客戶。工業(yè)機(jī)器人屬于技術(shù)含量高,價(jià)格相對(duì)昂貴的制造裝備,采用工業(yè)機(jī)器人較多的企業(yè),一般對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求較高,企業(yè)在市場(chǎng)上具有更高的影響力。現(xiàn)階段,工業(yè)機(jī)器人使用量最多的仍是外商獨(dú)資或中外合資企業(yè)。國(guó)有企業(yè)也在加大對(duì)工業(yè)機(jī)器人的采購(gòu)用于技術(shù)改造。另外,我國(guó)的民營(yíng)企業(yè)正逐漸認(rèn)識(shí)到工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)勢(shì),對(duì)工業(yè)機(jī)器人的采用量也在逐步增加。 國(guó)內(nèi)進(jìn)口工業(yè)機(jī)器人的國(guó)家和地區(qū)分布。2001～2004年,我國(guó)進(jìn)口的工業(yè)機(jī)器人主要來(lái)自日本與臺(tái)灣,2004年日本對(duì)華出口金額占我國(guó)進(jìn)口工業(yè)機(jī)器人金額的一半。。IRC

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U 目前，國(guó)際制造業(yè)中心已經(jīng)轉(zhuǎn)向中國(guó)，用信息化帶動(dòng)工業(yè)化、用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，已成為我國(guó)工業(yè)發(fā)展的必由之路。作為先進(jìn)制造裝備之典型代表的工業(yè)機(jī)器人必將擁有一個(gè)很大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間，市場(chǎng)前景廣闊。但是，國(guó)外機(jī)器人巨頭已經(jīng)全部涌入中國(guó)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，所以中國(guó)未來(lái)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不會(huì)一帆風(fēng)順。 國(guó)家應(yīng)借鑒日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的成功做法，制定機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和相關(guān)政策，這是我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展成敗之關(guān)鍵。趨勢(shì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)主要為: 結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開(kāi)放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化；工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化、作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。。IRC

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U 機(jī)器人是人造機(jī)器的“終極”形式。它涉及機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域，是多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成，因此它的發(fā)展與眾多學(xué)科的發(fā)展密切相關(guān)。當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)主要有: 性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），單機(jī)價(jià)格不斷下降。機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人。 控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。。IRC

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U 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要,除傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等內(nèi)部傳感器外,視覺(jué)、力覺(jué)、聲覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 機(jī)器人化的機(jī)械正逐步興起。從1994年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái),這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一,各國(guó)紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。 總體趨勢(shì)是,從狹義的機(jī)器人概念向廣義的機(jī)器人概念轉(zhuǎn)移,從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向解決方案業(yè)務(wù)的機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)殪`活應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的、具有實(shí)際動(dòng)作功能的智能化系統(tǒng)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)越來(lái)越靈巧,控制系統(tǒng)愈來(lái)緊湊,其智能也越來(lái)越高,并正朝著一體化方向發(fā)展。。IRC

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中國(guó)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩rH

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U中國(guó)未來(lái)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)有: 危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境作業(yè)機(jī)器人。主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測(cè)、油汽管道、災(zāi)難救援等機(jī)器人。 醫(yī)用及輔助醫(yī)療機(jī)器人。主要有腦外科手術(shù)輔助機(jī)器人，遙控操作輔助正骨機(jī)器人、護(hù)理機(jī)器人等。 仿生機(jī)器人。主要有移動(dòng)機(jī)器人，網(wǎng)絡(luò)遙控操作機(jī)器人等。其發(fā)展趨勢(shì)是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。 工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，中國(guó)制造業(yè)面臨著與國(guó)際接軌、參與國(guó)際分工的巨大挑戰(zhàn)，加快工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)是我們抓住這個(gè)歷史機(jī)遇的主要途徑。 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是我國(guó)由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的主要途徑，政府要對(duì)國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人有更多的政策與經(jīng)濟(jì)支持，加大技術(shù)投入與改造。 在國(guó)家的科技發(fā)展計(jì)劃中，應(yīng)該繼續(xù)對(duì)智能機(jī)器人研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用給予大力支持，形成產(chǎn)品和自動(dòng)化制造裝備同步協(xié)調(diào)的新局面。。IRC

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Controller2

機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)H

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U2.1工業(yè)機(jī)器人概況工業(yè)機(jī)器人發(fā)展過(guò)程可以分為三代。第一代機(jī)器人是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型機(jī)器人,它主要由夾持器、手臂、驅(qū)動(dòng)器和控制器組成。第二代機(jī)器人是帶感覺(jué)的機(jī)器人,它具有一些對(duì)外部信息進(jìn)行反饋的能力,如力覺(jué)、觸覺(jué)、視覺(jué)等。第三代是智能機(jī)器人,它能自主適應(yīng)環(huán)境,具有邏輯判斷和自主能力,能在未知環(huán)境中獨(dú)立工作。2.2工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人一般由操作臂、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和末端執(zhí)行器等組成。。IRC

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Controller工業(yè)機(jī)器人的組成H

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U操作臂是機(jī)器人的機(jī)械主體，因任務(wù)不同具有不同的結(jié)構(gòu)形式和尺寸?？刂葡到y(tǒng) 是機(jī)器人的大腦，由控制電路和軟件結(jié)合起來(lái)操作機(jī)器人，并協(xié)調(diào)機(jī)器人與生產(chǎn)系統(tǒng)中的其他設(shè)備。一個(gè)完整的控制系統(tǒng)除了作業(yè)控制器和運(yùn)動(dòng)控制器外，還包括伺服控制器和多種傳感器?，F(xiàn)代機(jī)器人的電子控制裝置可由可編程控制器、數(shù)控控制器或計(jì)算機(jī)構(gòu)成，控制系統(tǒng)是決定機(jī)器人功能和水平的關(guān)鍵部分，也是機(jī)器人系統(tǒng)中更新和發(fā)展最快的部分。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 是指驅(qū)動(dòng)操作臂動(dòng)作的裝置，即動(dòng)力裝置。常用的動(dòng)力源:壓縮空氣，壓力油和電能，相應(yīng)的動(dòng)力裝置:氣缸、油缸和電機(jī)。要求裝置緊湊、重量輕、慣性小、工作穩(wěn)定。末端執(zhí)行器 指連接子啊操作臂腕部直接用于作業(yè)的機(jī)構(gòu)，它可能是手爪、噴槍、焊槍和測(cè)量工具等等。。IRC

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Controller工業(yè)機(jī)器人技術(shù)參數(shù)H

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U 一般的技術(shù)參數(shù)有:自由度、工作范圍、工作精度、最大工作速度和承載能力等。IRB120機(jī)器人技術(shù)參數(shù)規(guī)格性能運(yùn)動(dòng)范圍特性電氣連接物理特性工作環(huán)境IRC

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Controller工業(yè)機(jī)器人分類(lèi)H

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U按用途點(diǎn)焊、弧焊、搬運(yùn)、噴漆、涂膠、裝配等機(jī)器人；按運(yùn)動(dòng)形式直角坐標(biāo)、極（球）坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)、關(guān)節(jié)式和組合式機(jī)器人；按負(fù)荷(含工具負(fù)荷)和工作范圍大型---工作負(fù)荷1~10kN,工作空間>10m^3；中型---工作負(fù)荷100~1000N,工作空間1~10m^3；小型---工作負(fù)荷1~100N,工作空間0.1~1m^3;超小型---工作負(fù)荷<1N,工作空間<0.1m^3。按自由度數(shù)一般,2~7個(gè)；簡(jiǎn)易,2~4個(gè)；復(fù)雜,5~7個(gè)。按編程方式示教-在線式；離線編程示教式。按控制方式點(diǎn)位控制；連續(xù)軌跡控制。按驅(qū)動(dòng)方式氣動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)。。IRC

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Controller工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式H

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Controller3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析H

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U3.1機(jī)器人位姿與齊次坐標(biāo)變換3.1.1剛體位姿描述3.1.2齊次坐標(biāo)變換3.2工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)3.2.1連桿參數(shù)及關(guān)節(jié)變量3.2.2連桿坐標(biāo)系和齊次坐標(biāo)變換3.2.3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解3.2.4工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解3.3機(jī)器人的工作空間IRC

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Controller3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析坐標(biāo)軸的方向描述圖3.2向量的方位描述H

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Controller3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析剛體的位姿描述圖3.3剛體位姿描述H

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Controller3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析姿態(tài)的四元數(shù)表示H

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Controller3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析3.1.2齊次變換及運(yùn)算剛體連桿的運(yùn)動(dòng)一般包括平移運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和混合運(yùn)動(dòng)。我們把每次簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)用一個(gè)變換矩陣表示,那么多次運(yùn)動(dòng)就可以用多個(gè)變換矩陣的積來(lái)表示,這個(gè)積的矩陣稱為齊次變換矩陣。這樣,用連桿的初始位姿矩陣乘以齊次變換矩陣,就可得到經(jīng)過(guò)多次變換后連桿的最終位姿。。圖3.4點(diǎn)平移變換H

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Controller3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析圖3.5點(diǎn)旋轉(zhuǎn)變換H

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Controller3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析圖3.6一般點(diǎn)旋轉(zhuǎn)變換IRC

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Controller3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析3.2工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)研究各個(gè)連桿尺寸、運(yùn)動(dòng)副類(lèi)型、桿間相互關(guān)系（位移、速度和加速度）等。末端執(zhí)行器相對(duì)于固定坐標(biāo)系的位姿是我們研究的重點(diǎn)。2.3.1連桿參數(shù)和關(guān)節(jié)變量圖3.7 連桿幾何參數(shù)H

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Controller3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析圖3.8 連桿關(guān)節(jié)參數(shù)H

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Controller3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 3.3連桿坐標(biāo)系和齊次變每換個(gè)連桿建立一個(gè)坐標(biāo)系。坐標(biāo)系建立的規(guī)則:連桿i坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)位于關(guān)節(jié)i+1軸線上，是關(guān)節(jié)i+1的關(guān)節(jié)軸線與i和i+1關(guān)節(jié)軸線公垂線的交點(diǎn)。Z軸與i+1關(guān)節(jié)軸線重合。X軸與i和i+1關(guān)節(jié)軸線的公垂線重合，并從關(guān)節(jié)i指向關(guān)節(jié)i+1。Y軸按右手法則確定。各連桿坐標(biāo)系建立后，坐標(biāo)系i-1與坐標(biāo)系i之間的變換關(guān)系就可用坐標(biāo)系的平移、旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。從坐標(biāo)系i-1與坐標(biāo)系i的變換步驟:H

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Controller3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析H

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U3.4機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)用Ai表示第i個(gè)連桿相對(duì)于第i-1個(gè)連桿的位姿變換矩陣，那么第二個(gè)連桿坐標(biāo)系在固定坐標(biāo)系中的位姿可表示為:T=A1A2依此類(lèi)推，對(duì)六連桿機(jī)器人，有:T=A1A2A3A4A5A6該等式稱為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。方程右邊是從固定坐標(biāo)系到末端執(zhí)行器坐標(biāo)系的各個(gè)連桿坐標(biāo)系間的變換矩陣的連乘；左邊T就是機(jī)器人末端執(zhí)行器坐標(biāo)系相對(duì)于固定坐標(biāo)系的位姿矩陣，也稱位姿。。IRC

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Controller3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析例:已知四軸平面關(guān)節(jié)SCARA機(jī)器人如圖所示，試計(jì)算:機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；當(dāng)關(guān)節(jié)變量取qi=[30°，-60°，－120，90°]T時(shí)，機(jī)器人手部的位置和姿態(tài)；機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的數(shù)學(xué)表達(dá)式。。800400300200H

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Controller·解:（1）運(yùn)動(dòng)學(xué)方程·b. 確定參數(shù)idiθiliαiqi1800θ14000θ120θ23000θ23d3000d34-200θ400θ4800400z

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h2003工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析IRC

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Controller·解:（1）運(yùn)動(dòng)學(xué)方程·c. 相鄰桿件位姿矩陣3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析H

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Controller·解:（1）運(yùn)動(dòng)學(xué)方程·c. 相鄰桿件位姿矩陣3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析H

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Controller·解:（1）運(yùn)