工业机器人技术思维导图

肆月

2024-06-05

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单臂式结构

自由度数目

交流电磁铁

工业机器人技术介绍

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思维导图大纲

工业机器人的概述

工业机器人的发展和定义

20世纪50年代，约瑟夫恩格尔伯格与他的合作伙伴乔治德沃尔设计发明了世界上第一台工业机器人Unimate。

特点：1.具有特定的机械机构其动作具有类似于人或其他生物的某些器官(肢体、感受等)的功能 2.具有通用性，可完成多种工作、任务，可灵活改变动作程序 3.具有不同程度的智能，如记忆、感知、推理、决策学习等 4.具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖人的干预

工业机器人的分类

按工业机器人的坐标特性分类

直角坐标系机器人

优点:结构简单，定位精度高，空间轨迹易于求解缺点:动作范围相对较小，设备的空间因数较低，实现相同的动作空间要求时，机体本身的体积较大

柱面坐标系机器人

优点:结构简单、刚性好缺点:在机器人动作范围内，必须有沿轴线前后方向的移动空间，空间利用率较低

球面坐标系机器人

特点:结构紧凑，所占空间体积小

多关节型机器人

垂直多关节机器人

优点:可以自由地实现三维空间的各种姿势、可以生成各种复杂形状的轨迹、且动作范围很宽缺点:结构刚度较低，动作的绝对位置精度较低

水平多关节机器人

特点:在垂直方向上的刚性好，能方便地实现二维平面上的动作

按工业机器人的控制方式分类

非伺服控制机器人

伺服控制机器人

按工业机器人的拓扑结构分类

串联机器人

并联机器人

按工业机器人的智能程度分类

示教再现机器人

感知机器人

智能机器人

按工业机器人的驱动方式分类

气压驱动

液压驱动

新型驱动

电力驱动

按工业机器人的应用领域分类

工业机器人的基本组成和主要参数

机器人本体

控制器和控制系统

示教器

自由度

定位精度和重复定位精度

分辨率

作业范围

最大工作速度

承载能力

工业机器人的机械结构

末端执行器

定义：直接装在工业机器人的手腕上用于夹持工件或让工具按照规定的程序完成指定工作的部件

特点：1.和腕部相连处可拆卸 2.形态各异 3.通用性较差 4.是独立的部件

分类：夹钳式未端执行器吸附式未端执行器专用末端执行器工具快换装置多工位换接装置仿生多指灵巧手

吸附式未端执行器

气吸附式

真空吸附

气流负压吸附

挤压排气吸附

磁吸附式

永久性磁铁

交流电磁铁

直流电磁铁

工业机器人的手腕

定义：连接手臂和未端执行器的部件，用以调整未端执行器的方位和姿态

分类：自由度数目驱动方式

运动形式：臂转腕摆手转

工业机器人的手臂

定义：连接机身和手腕的部件，它的主要作用是确定未端执行器的空间位置，满足机器人的作业空间要求，并将各种载荷传递到机座

特点：1.一般有2~3个自由度，即伸缩、回转、俯仰或升降 2.重量较大，受力一般比较复杂，运动时容易影响定位准确性 3.一般与控制系统和驱动系统一起安装在机身上

结构形式：单臂式结构双臂式结构悬挂式结构

工业机器人的机身

定义：直接连接、支撑和传动手臂及行走机构的部件

机身与臂部的配置形式：1.横梁式 2.立柱式 3.机座式 4.屈伸式

机身结构：1.回转与升降机身 2.回转与俯仰机身

工业机器人的行走机构

概述

组成

驱动装置传动机构位置检测元件传感器电缆及管路

特点

可以移动自行重新定位自身可平衡有足够的强度和刚度

无固定轨迹式

车轮式

履带式

足式

工业机器人的传动系统

工业机器人的运动学和动力学

工业机器人的运动学

位姿描述

点的位置描述

空间任一点P的位置矢量

坐标系的方位描述

用坐标系{B})的三个单位主矢量相对于坐标系{4}的方向余弦组成

齐次坐标

三维空间点P的齐次坐标

机器人未端执行器的位姿描述

齐次变换

平移变换

旋转变换

复合变换

连杆参数及其坐标变换

连杆参数

连杆长度

扭角

连杆距离

连杆转角

连杆坐标系的建立

Z轴与n+/关节轴线重合 X轴与公垂线重合从n指向n+1关节 Y轴按右手法则确定坐标原点位于n+/关节轴线上是关节n+/的关节轴线与,和+/关节轴线公垂线的交点

机器人的动力学

运动方程求解问题

正动力学

机器人各执行器的驱动力或力矩为已知求解机器人关节变量在关节变量空间的轨迹或未端执行器在笛卡儿空间的轨迹

逆动力学

机器人在关节变量空间的轨迹已确定，或未端执行器在笛卡儿空间的轨迹已确定(轨迹已被规划)，求解机器人各执行器的驱动力或力矩

工业机器人的运动轨迹规则

路径和轨迹

路径

定义:连接起点位置和终点位置的序列点或曲线

路径规划是根据作业任务的要求，计算出预期的运动轨迹，不考虑机器人位姿参数随时间变化的因素

轨迹

定义:工业机器人在工作过程中的运动轨迹，即运动点的位移、速度和加速度。

轨迹规划是指根据机器人作业任务的要求(作业规划)，对机器人未端执行器在工作过程中位姿变化的路径、取向及其变化速度和加速度进行人为设定

工业机器人的传感系统

工业机器人的控制系统

典型工业机器人的操作与编程

工业机器人的编程

工业机器人的编程方式

示教编程

优点：示教编程的优点是只需要简单的设备和控制装置即可进行，操作简单，易于掌握，而且示教再现过程很快，示教之后即可应用。此外，操作人员在示教时可以随时用眼睛监视机器人的各种动作，可以避免发生错误指令，产生错误动作。然而，它的缺点也是明显的，主要表现如下: 1.编程占用机器人的作业时间。2.很难规划复杂的运动轨迹及准确的直线运动 3.难以与传感信息相配合。4.难以与其他操作同步。

机器人语言编程

离线编程

ABB机器人

示教器的基本操作

示教器的组成及按键按钮介绍

显示屏的界面介绍

编程指令

MoveJ运动指令

MoveL运动指令

MoveC运动指令

IF指令判断指令

WHILE指令