机械原理 第十三章工业机器人机构及其设计.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*第,十,十三,章,章,工,工,业,业机,器,器人,机,机构,及其,设,设计,13-1,概述,13-2,工业,机,机器,人,人操,作,作机,的,的分,类,类及,主,主要,技,技术,指,指标,13-3,机器,人,人操,作,作机,的,的运,动,动分,析,析,13-4,机器,人,人操,作,作机,的,的静,力,力和,动,动力,分,分析(没有,内,内容),13-5,工业,机,机器,人,人操,作,作机,机,机构,的,的设,计,计,返回,13-1,概,述,述,机器,人,人是,近,近40年,来,来发,展,展起,来,来的,一,一种,高,高科,技,技自,动,动化,生,生产,设,设备,工业,机,机器,人,人是,机,机器,人,人的,一,一个,重,重要,分,分支,，,，它,的,的特,点,点是,可,可通,过,过编,程完,成,成各,种,种预,期,期的,作,作业,任,任务,，,，在,构,构造,和,和性,能,能上,兼,兼有,人,人和,机,机器,人,人各,自的,优,优点,，,，尤,其,其是,体,体现,了,了人,的,的智,能,能和,适,适应,性,性，,机,机器,作,作业,的,的准,确,确性,和在,各,各种,环,环境,中,中完,成,成作,业,业的,能,能力,。

因,而,而在,国,国民,经,经济,各,各个,领,领域,中,中具,有广,阔,阔的,应,应用,前,前景,机器,人,人技,术,术涉,及,及力,学,学、,机,机械,学,学、,电,电气,液,液压,技,技术,、,、自,控,控技,术,术、,传感,技,技术,和,和计,算,算机,等,等学,科,科领,域,域，,是,是一,门,门跨,学,学科,综,综合,技,技术,而机,器,器,人机,构,构学,乃,乃是,机,机器,人,人的,主,主要,基,基础,理,理论,和,和关,键,键技,术,术，,也,也是,现,现代,机,机械,原理,研,研究,的,的主,要,要内,容,容工业,机,机器,人,人的,应,应用,实,实例,：,：,焊接,作,作业,清洗,作,作业,装配,作,作业,搬运,作,作业,13-2,工业,机,机器,人,人操,作,作机,的,的分,类,类及,主,主要,技,技术,指,指标,1,工,工业,机,机器,人,人及,操,操作,机,机,工业,机,机器,人,人是,一,一种,能,能自,动,动控,制,制并,可,可重,新,新编,程,程予,以,以变,动,动的,多,多功,能机,器,器它有,多,多个,自,自由,度,度，,可,可用,来,来搬,运,运物,料,料、,零,零件,和,和握,持,持工,具,具，,以完,成,成各,种,种不,同,同的,作,作业,。

1,）,）工,业,业机,器,器人,的,的组,成,成,5自,由,由度,焊,焊接,机,机器,人,人,机器,人,人本,体,体部,分,分,执行机构,驱动电机,传动机构,齿轮传动,同步带传动,控制装置,2）机器,人,人各部分,关,关系,3）机器,人,人各部分,功,功能,执行机构是机器人,赖,赖以完成,各,各种作业,的,的主体部,分,分通常,为,为,开式空间,连,连杆机构,驱动-传,动机构,执行,机构,工作系统,控制系统,位行检测,智能系统,工业机器,人,人操作机,的,的分类及,主,主要技术,指,指标,(2/5),1）工业,机,机器人通,常,常由执行机构、驱动-,传,传动系,统,统、控制系,统,统,及智能系,统,统部分组,成,成它由机座、腰部、,大臂、小臂、腕部及手部组成则由感,知,知系统,和,和分析,决,决策系,统,统组成,，,，它分,别,别由传,感器及,软,软件来,实,实现控制系,统,统一般由,示,示教操,作,作盘或,控,控制计,算,算机和,伺,伺服控,制,制装置,组成前者作,用,用是发,出,出指令,协,协调各,有,有关驱,动,动器之,间,间的运,动,动，同,时,时,要完成,编,编程、,示,示教/,再,再现以,及,及和其,它,它环境,状,状况（,传,传感器,信,信号）,、,、工,艺要求,，,，外部,相,相关设,备,备之间,的,的信息,传,传递和,协,协调工,作,作。

而后者,是,是控,制各关,节,节驱动,器,器使各,杆,杆能按,预,预定的,运,运动规,律,律运动,智能系,统,统,（2）,机,机器人,操,操作机,工业机,器,器人的,机,机械结,构,构部分,称,称为操作机即由手臂机,构,构和手腕机,构,构组成传动有,机,机械式,、,、,电气式,、,、液压,式,式、气,动,动式和,复,复合式,等,等而,驱,驱动器,有,有步进,电,电机、,伺,伺,服电机,、,、液压,马,马达和,液,液压缸,等,等驱动-传动,机,机构由驱动器和,传,传动机构组,成,成工业机器人,操,操作机的分,类,类及主要技,术,术指标,(3/5),第二代为感觉型机器,人,人如有力觉,、,、触觉和视,觉,觉等，它具,有,有,对某些外界,信,信号进行反,馈,馈调整的能,力,力目前已,进,进入应用阶,段,段第三代为智能型机器,人,人其尚处于,实,实验研究阶,段,段2操作机,的,的主要类型,（1）直角,坐,坐标型（PPP型),（2）圆柱,坐,坐标型（PPR型）,（3）球坐,标,标型（RRP型）,（4）关节,型,型 (RRR型）,（3）工业,机,机器人的发,展,展过程,可分为以下,三,三代：,第一代为示教/再现,型,型机器人。

它主要由,机,机械系统和,控,控制系统,组成当前,工,工业中应用,最,最多工业机器人,操,操作机的分,类,类及主要技,术,术指标,(4/5),灵活度是指,操,操作机末端,执,执行器在工,作,作（如抓取,物,件,件,）,）,时,时,，,，,所,所,能,能,采,采,取,取,的,的,姿,姿,态,态,的,的,多,多,少,少,自,由,由,度,度,是,是,用,用,来,来,确,确,定,定,手,手,部,部,相,相,对,对,机,机,座,座,的,的,位,位,置,置,和,和,姿,姿,态,态,的,独,独,立,立,参,参,数,数,的,的,数,数,目,目,它,它,等,等,于,于,操,操,作,作,机,机,独,独,立,立,驱,驱,动,动,的,的,关,关,节,节,数,数,目,目,由,由,下,下,式,式,来,计,计,算,算,3,操,操,作,作,机,机,的,的,主,主,要,要,技,技,术,术,指,指,标,标,（1,）,）自,由,由,度,度,自,由,由,度,度,是,是,反,反,映,映,操,操,作,作,机,机,的,的,通,通,用,用,性,性,和,和,适,适,应,应,性,性,的,的,一,一,项,项,重,重,要,要,指,指,标,标,。

目,目,前一,般,般通,用,用工,业,业机,器,器人,大,大多,为,为5,自,自由,度,度左,右,右，,已,已能,满,满足,多,多种,作,作业,的要,求,求2,）,）工作,空,空间,即操,作,作机,的,的工,作,作范,围,围3,）,）灵活,度,度,若能,从,从各,个,个方,位,位抓,取,取物,体,体，,则其,灵,灵活,度,度最,大,大；,若,若只,能,能从,一,一个,方,方位,抓,抓取,物,物体,，,，则,其,其灵,活,活度,最,最小,工业,机,机器,人,人操,作,作的,分,分类,及,及主,要,要技,术,术指,标,标,(5/5),即为,坐,坐标,系,系,i,相对,于,于坐,标,标系,i,-1,的,的变,换,换矩,阵,阵，,此,此法,称,称为D-H法13-3,机器,人,人操,作,作机,的,的运,动,动分,析,析,1,操,操作,机,机位,置,置与,姿,姿态,的,的确,定,定,（1,）,）操,作,作机,位,位置,和,和姿,态,态的,描,描述,构件,的,的空,间,间位,置,置和,姿,姿态,是,是用,该,该构,件,件的位置,列,列阵,r,ij,和姿态,矩,矩阵,R,ij,来描,述,述，,或用,该,该构,件,件的位姿,矩,矩阵,M,ij,来描,述,述。

2,）,）两,杆,杆间,的,的位,置,置矩,阵,阵,杆,i,相对,与,与杆,i,-1,的,的位,姿,姿矩,阵,阵,M,i,-1,i,，,2,操,操作,机,机位,置,置方,程,程建,立,立及,求,求解,M,0,i,M,01,M,02,M,i,-1,i,即为操作,机,机的,运,运动,方,方程操作,机,机的,位,位姿,矩,矩阵,方,方程,为,为,（1,）,）操,作,作机,位,位姿,方,方程,的,的建,立,立,（2,）,）操,作,作机,位,位姿,方,方程,的,的求,解,解,机器,人,人操,作,作机,末,末端,执,执行,器,器的,位,位姿,分,分析,有,有两,类,类基,本,本问,题,题：,1）,位,位姿,方,方程,的,的正,解,解,已知,各,各关,节,节的,运,运动,参,参数,，,，求,末,末端,执,执行,器,器相,对,对参,考,考坐,标,标系,的,的位,置,置和,姿,姿态,2）,位,位姿,方,方程,的,的逆,解,解,根据,已,已给,定,定的,满,满足,工,工作,要,要求,的,的末,端,端执,行,行器,相,相对,参,参考,坐,坐标,系,系的,位,位置,和,和姿,态,态，,求,求各,关,关节,的,的运,动,动参,数,数。

这是,对,对机,器,器进,行,行控,制,制的,关,关键,因,此,此只,有,有使,各,各关,节,节按,逆,逆解,中,中求,得的运动,，,，才能使,末,末端执行,器,器获得所,需,需的位置,和,和姿态例13-1,RRPR,型,型操作机,的,的正解,例13-2,RRPR,型,型操作机,的,的逆解,机器人操,作,作的运动,分,分析,(2/2),13-5,工业机器,人,人操作机,机,机构的设,计,计,工业机器,人,人操作机,是,是由机座,、,、手臂、,手,手腕及末,端,端执行器,等,等组,成的机械,装,装置而从机器,人,人完成作,业,业的方式,来,来看，操,作,作机是由,手臂机构,、,、手腕机,构,构及末端,执,执行器等,组,组成的机,构,构其结,构,构方案及,其运动设,计,计是整个,机,机器人设,计,计的关键,1操作,机,机手臂机,构,构的设计,手臂机构,一,一般有2,3个自,由,由度，要,求,求可实现,回,回转、仰,俯,俯、升,降或伸缩,三,三种运动,形,形式手臂机构,设,设计时，,先,先要确定,其,其结构型,式,式和尺寸,，,，还需考,虑,虑各,种构件的,重,重量对其,运,运动速度,、,、精度及,刚,刚度的影,响,响。

2操作,机,机手腕机,构,构的设计,手腕机构,一,一般为1,3个自,由,由度，要,求,求可实现,回,回转、偏,摆,摆或摆,转和仰俯,三,三种运动,形,形式手腕机构,的,的设计时,，,，要确定,其,其结构型,式,式及机构,尺,尺寸，并,要,要注,意诱导运动为使其机,构,构紧凑，,要,要减少其,重,重量和体,积,积，以利,于,于驱,动传动的,布,布置和提,高,高手腕动,作,作的精确,性,性3末端,执,执行器的,设,设计,根据不同,作,作业任务,的,的要求，,先,先确定末,端,端执行器,的,的类型及,其,其机,构的型式,，,，并尽可,能,能使其结,构,构简单、,紧,紧凑、重,量,量轻，以,减,减轻手臂,的负载工业机器,人,人操作机,构,构的设计,(2/2),。