1机器人功能要求及技术性能指标
机器人技术基础实验报告1(机器人系统认识)
机器人技术基础实验报告班级：学号：姓名：台号：课程 1 机器人系统认识成绩：批改日期：教师签字：实验目的:1、使学生了解机器人系统的基本组成；2、增强学生的动手操作能力；3、熟悉机器人的基本操作。
实验设备及软件:1、珞石XB4机器人2、桌面示教应用程序实验原理:实验内容：1、 设备启动，启动EtherCAT 服务程序，启动机器人运动控制程序。
● 打开控制柜，确认急停开关D 和F 未被按下，如被按下顺时针转动，抬起急停开关。
顺时针旋转开关A ，随后将B 按至常亮，观察七段数码管是否显示数字8，若成功进入下一步。
●按压开关A,启动机器人控制器，开启后指示灯B 常亮，同时通讯服务程序自启动。
●启动机器人桌面控制程序“HBRobotConfigure”2、 标注六个关节正方向。
打开HBRobotConfigure 软件，先点击“重启控制程序”单击“连接”与控制器建立连接（机器人运动控制程序已启动）。
进入示教调试界面，单击“添加机器人模型”，并单击“运行”，显示实际或仿真机器人状态。
点击左侧“使能”和“下电”，控制机器人的使能状态。
选择轴坐标系，操作界面右侧加减按键观察机械臂各轴转向，确定各关节正方向。
ABCD操作流程：将机械臂各关节按①至⑥编号，如下图所示。
①俯视图中逆时针为正方向②左视图中顺时针为正方向③左视图中顺时针为正方向④正视图中顺时针为正方向⑤左视图中顺时针为正方向⑥俯视图中顺时针为正方向3、示教机器人，并保存工作空间中的三个点。
进入程序调试界面，调整移动速度至1%，将“Simulation”调至false进入真机模式，使能下电后通过界面按钮移动机械臂，移动明显距离后保存坐标点p1，重复操作3次以此获得工作空间中三点p1、p2、p3。
4、编写机器人脚本并运行机器人脚本，实现三个点之间的直线运动。
（先仿真运行，确认无误后再真机运行。
）1.先将左侧“Simulation”键调整为ture进入仿真模式。
模块一 工业机器人的应用基础
2.林业机器人
六足伐木机器人
3.农业机器人
所示采摘草莓的机器人
4.军事机器人 (1)地面军用机器人 (2)空中军用机器人 广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。
排爆地面军用机器人
无人驾驶飞机
(3)水下机器人 无人遥控潜水器，也称水下机器人。 (4)空间军用机器人 从广义上讲，一切航天器都可以成为空间机器人， 如宇宙飞船、航天飞机、人造卫星、空间站等。
ABB机器人
史陶比尔
柯马
爱普AU） 人（EPSON） （Yaskawa） （SIASUN）
2.机器人的发展方向 1)横向上，应用面越来越宽，由工业应用扩展到更多 领域的非工业应用，像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘 进、侦查、排雷等； 2)纵向上，机器人的种类越来越多，像进入人体的微 型机器人，已成为一个新方向； 3)机器人智能化将得到加强，机器人会更加聪明。
9.按机器人的控制方式分类
(1)非伺服机器人 非伺服机器人按照预先编好的程序顺序进行工作， 使用限位开关、制动器、插销板和定序器来控制机器人 的运动。 (2)伺服控制机器人 伺服控制机器人按照控制的空间位置不同，又可以 分为点位伺服控制和连续轨迹伺服控制。
10.按机器人关节连接布置形式分类 (1)串联机器人
3 最大到达距离
4 重复定位精度
5 重量
6 防护等级
1轴
2轴
7
最大动作速度 （运动范围）
3轴 4轴
5轴
6轴
规格 6 12kg 1850mm ±0.04mm 284kg IP67 175°/s （±180°） 175°/s （-95°~155°） 175°/s （-180°~75°） 360°/s （±400°） 360°/s （-120°~120°） 360°/s （±400°）
内蒙古高速集团收费系统智能机器人技术标准
内蒙古高速集团收费系统智能机器人技术标准主要包括以下内容：
1.功能要求：明确高速/一级公路智能收费机器人的功能要求，包括但不限于收费、发卡、对讲、监
控等功能，并对各项功能的性能指标进行规范。
2.参数要求：规范高速/一级公路智能收费机器人的主要技术参数，如尺寸、重量、防护等级等，确
保符合国家和行业相关标准。
3.设计要求：规范高速/一级公路智能收费机器人的外观、结构设计，确保其符合人机工程学原理，
方便使用和维护。
4.施工要求：明确高速/一级公路智能收费机器人的施工方法、步骤和工艺要求，确保施工质量符合
标准。
5.测试要求：规范高速/一级公路智能收费机器人的测试方法、测试流程和测试标准，以确保其性能
稳定可靠。
此外，该技术标准还规定了智能收费机器人的验收要求、维护要求和安全要求等方面的内容。
该标准的制定旨在提高内蒙古高速集团收费系统的智能化水平，提高通行效率和服务质量，同时确保系统的安全稳定运行。
智能语音机器人关键技术指标
智能语音机器人关键技术指标智能语音机器人具备三大核心关键技术指标使：自然语言处理、自主意识及自主导航。
自然语言处理机器人采用基于深度学习算法的自然语言处理技术，设计一个语音识别处理引擎，使机器人可以理解人的语言，并且根据知识库的内容，针对人提出的问题，通过语音的方式回答。
自主意识为使其像人类一样思考，机器人模拟人类的思维模式，接收外界信息后，能够以人类智能相似的方式做出反应，建立机器人的自我意识，与用户进行语音交流，使用户消除人机交互带来的机械感。
机器人能够通过感知系统了解周围情况，并且建立一个初级交流场景。
五大感知系统包括：视觉系统，听觉系统，传感器系统，本地系统，云端大脑系统。
人类感知外界通过各个感官系统，机器人通过拟人的感知系统，促进机器人的感受和收集外界信息的能力。
自主导航机器人的自主导航、自主避障和自主定位功能是服务机器人的基本特征和核心技术，在不需要轨道的前提下，机器人很好的实现了以上功能。
对机器人而言，完成自主导航。
对应的技术问题：建立环境地图，标记机器人在地图中的当前坐标指令目标点与地图坐标的匹配，自主导航算法、实时定位和环境检测。
关键技术描述：A算法基于栅格地图的实时定位和路径规划方法，特点是实时刷新障碍物信息，规划到目标点的最短路径双目测距利用双目视觉，根据同一特征点在不同摄像头的像素坐标差异，求解特征点的三维坐标里程计利用电机编码器，测定轮速和转角，实时估算机器人坐标和方位角运动控制根据编码器返回的速度信息，利用PID算法实现轮速精确控制，进而实现机器人的速度和位置精确控制超声波全局定位机器人上的超声波阵列接收基准声源信号，利用三角定位原理测算机器人相对声源坐标和方位局部障碍物识别利用超声波传感器实时标记近距离环境障碍技术指标头顶触摸：触摸距离，≤5mm。
感应面积，头顶正中心5厘米*5厘米；后部扩展接口：TF卡接口最大支持64G。
USB接口USB2.0 供电最大0.5A；麦克红外感光：MIC双路，灵敏度1.5米max，闪光灯，双路，功率0.5W*2红外发射遥控，波长940nm，功率0.3W；触摸屏：电容5点触摸。
工业机器人技术基础 工业机器人技术参数
O B
h
B
h
(b)
（b ）良好定位(精c) 度，很差重复定位精度
(d)
（a）合理定位精度，良好重复定位精度
（c）很差定位精度，良好重复定位精度
工业机器人工作空间
• 定义
工作空间是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合
• 参考点
手部中心、手腕中心或手指指尖 参考点不同，工作空间的大小、形状也不同
U-3
L-2
R-4 B-5 T-6
S-1
工业机器人自由度
• 工业机器人是典型机构，我们可以直接数出它的自由度。 • 组成机器人的旋转关节或移动关节，每个关节具有一个自由度! • 通常情况下，每个轴可以增加一个自由度。 • 常见的工业机器人有：4轴，6轴，7轴
工业机器人自由度
• 4自由度—SCARA机器人
• 3个旋转关节+1个移动关节 • 结构轻便、响应快 • 适用于平面定位，垂直方向进行装配的作业
工业机器人自由度
• 6自由度
• 第一个关节能在水平面自由旋转 • 二、三两个关节能在垂直平面移动； • “手臂”（四关节）+两个“手腕” （五六关节）可
以拿起水平面上任意朝向的部件，以特殊的角度放入 包装产品里。还可以执行许多由熟练工人才能完成的 操作。
工业机器人工作空间
• 决定因素
行程、尺寸、角度
• 意义
工作范围的形状和大小十分重要，机器人在执 行某作业时可能会因为存在手部不能到达的作业死 区而不能完成任务。
工业机器人最大速度
• 定义
• 设计角度：工业机器人主要自由度上的最大稳定角速度，单位：rad/s或°/s • 功能角度：在各轴联动的情况下，机器人手腕中心所能达到的最大线速度，单位：
技术指标及功能要求
技术指标及功能要求哈尔滨工业大学土木工程学院筹建大型结构多功能试验系统，用于大型结构和结构单元的足尺及模型试验研究，测试对象包括梁、柱、板、墙体、框架、网架、节点、橡胶支座以及耗能减震装置等。
1系统组成及总体性能指标该大型结构多功能试验系统由试验机台体、电液伺服作动器、液压管路、油源和冷却系统、数据采集系统、试验控制系统、配套的外接传感器及辅助设施构成。
该试验系统土建工程在实验室中的总体布置方式如图1所示。
试验机台体结构组成及其上伺服作动器布置方式如图2所示,其中沿横梁长度方向为X 轴，垂直横梁长度方向为Y 轴，竖直方向为Z 轴。
试验机台体包括基础、主立柱、副立柱、可升降移动横梁及主副立柱间拉梁。
移动横梁上布置Z 向30000kN 电液伺服作动器1台、Z 向IooOkN 电液伺服作动器2台；主立柱上布置X 向3000kN 电液伺服作动器2台；副立柱上布置Y 向2000kN 电液伺服作动器1台。
图1试验系统平面布局示意图此处油源间大i1'⅛⅛j对该试验系统总体性能指标要求如下：1）系统通道数：8个作动器控制通道，在控制器中额外提供16个模拟输入和8个模拟输出通道，用于采集外接的位移和载荷传感器的信号，并且可以用于控制的反馈。
2）控制方式：载荷控制和位移控制，且可以平滑切换。
3）控制系统类型：全数字式，手动和程序控制。
4）系统静态精度:力的精度为±0.5%FS（20%TOO%FS）；位移精度为±0.5%FS. 5）控制系统提供的加载波形：正弦波、三角波、方波、组合波、外部输入波等。
6）具有协调加载功能。
7）系统工作频率：0.001~5Hz08）油源额定流量：10001∕mino9）油源系统工作压力：28MPa。
10）油源总功率:约600kW.11）加载能力:(1) Z向压力30000kN,行程±30Onim(2) X向压力3000kN,行程±30Omm(3) Y向压力2000kN,行程±30On1m(4)2000kNZ向压力30000kN,同时水平X,Y方向分别可以达到3000kN,(5) 竖向30000kN作动器具有双向水平跟动能力，X方向跟动±300mm，Y方向跟动÷1OOmm2试验机台体试验机台体组成见图2示意。
工业机器人操作调整工职业技能标准
职业技术标准职业技术标准工业机器人操作调整工〔行业试行〕机械工业职业技术判定指导中心拟订1、职业概略1、1 职业编码JX04-24-021、2 职业名称工业机器人操作调整工1、3 职业定义从事工业机器人系统及工业机器人生产线的现场安装、编程、操作与控制、调试与保护的人员。
〔说明：工业机器人系统——由〔多〕工业机器人、〔多〕尾端履行器和为使机器人达成其任务所需的任何机械、设备、装置、外面协助轴或传感器组成的系统。
〔GB/T12643-2021/ISO8373：2021〕〕1、4 职业技术等级本职业共设四个等级，分别为中级〔技术等级四级〕、高级〔技术等级三级〕、技师〔技术等级二级〕、高级技师〔技术等级一级〕。
1、5 职业环境条件室内、常温或恒温。
1、6职业能力偏向拥有较强的学习能力、计算能力和空间感、形体知觉及色觉，手指、手臂灵巧，动作协调性强。
1工业机器人操作调整工1、7一般受教育程度高中毕业〔或同样学力〕。
1、8职业培训要求1〕培训限期整日制职业学校教育，依据其培育目标和教课方案确立。
晋级培训限期：中级许多于360标准学时；高级许多于320标准学时；技师许多于280标准学时；高级技师许多于240标准学时。
2〕培训教师培训中、高级的教师应拥有本职业技师或以上技术等级证书或有关专业中级及以上专业技术职务任职资格；培训技师的教师应拥有本职业高级技师技术等级证书或有关专业高级专业技术职务任职资格；培训高级技师的教师应拥有本职业高级技师技术等级证书2年以上或相关专业高级专业技术职务任职资格。
〔说明：有关专业——机械工程、机电工程、电气工程〕3〕培训场所及设备装备有教课投影仪、计算机及CAD/CAM/CAE软件的标准教室和拥有相应设备、工具、工装，照明、通风条件优秀、安全举措完美的场所。
1、9职业技术判定要求1〕申报条件——具备以下条件之一者，可申报中级技术：〔1〕获得有关职业初级技术等级证书后，连续从事本职业工作3年以上，经本职业中级正规培训达规定标准学时数，并获得结业证书。
高等机械工程学-习题及答案汇总 第1--6章 机械工程力学---智能制造及应用
第1章机械工程力学1 .简述非自由质点系的虚位移。
质点系各质点之间，质点系与外部之间都由约束联系着。
所谓非自由质点系的虚位移，是指在不破坏约束的情况下，质点系中各质点所具有的、几何相容的、任意的一组虚位移。
为了不破坏约束条件，质点系各质点的虚位移之间必须满足一定的关系。
2 .简述理想约束。
在很多情况下，约束力与约束所允许的虚位移相互垂直，约束力所做的虚功等于零，一些系统内部相互作用的约束力所做的虚功之和也等于零，这些约束统称为理想约束。
表达式为:∑Λ∙配=O3 .解释机械振动。
机械振动是日常生活和工程中普遍存在的现象，如钟摆的摆动、汽车的颠簸、混凝土振动捣实、地震等，其特点是物体围绕其平衡位置做往复运动。
掌握机械振动的基本规律，可以更好地利用有益的振动并减小振动的危害。
机械系统的振动往往是非常更杂的,应先根据具体情况及要求将机械系统简化为单自由度系统、多自由度系统及连续体等物理模型，再运用力学原理及数学工具进行分析。
本节只研究单自由度和多自由度系统的振动。
单自由度系统的振动反映了振动的一些最基本的规律;两自由度系统的一些特点可推广到多自由度系统中。
4 .简述隔振。
在工程中，振动是不可避免的，因为有许多回转机械中的转子不可能达到绝对平衡，往复机械的惯性力更无法平衡，这些都是振动的来源。
对这些不可避免的振动只能采用各种方法进行隔振或减振。
将振源与需要防振的物体之间用弹性元件和阻尼元件进行隔离，这种措施称为隔振使振动物体的振动减弱的措施称为减振。
隔振分为主动隔振和被动隔振两类。
5 .简述两自由度系统振动问题的分析。
两自由度系统振动问题的分析步骤与单自由度系统振动问题的分析步骤基本相似,但是两自由度系统的振动需要由两个方程来描述，求出两个固有角频率（也称主频率）。
若系统以其中一个固有角频率做简谐振动，则称这种振动为主振动。
在主振动中，两个坐标之间存在一定的关系，表示做此主振动时系统的振型，这种振型称为系统的固有振型（也称主振型）。
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图 ２中，Ｌａ，Ｌｂ分别表示椭圆的长半轴和短半轴； Ｒ，ｒ１分别表示驱动轮半径和张紧轮半径；Ｐ１ 和 Ｐ２ 分 别是左右椭圆轨迹上的动点；Ｏ１和 Ｏ２分别是左、右椭 圆的左、右焦点。基于椭圆的几何关系，在动点 Ｐ１，Ｐ２ 上安装张紧轮，在焦点 Ｏ１，Ｏ２ 上分别安装驱动轮和从 动轮，通过摆臂张紧机构的运动实现张紧轮的椭圆运 动。摆臂张紧机构的作用是提高机器人的越障能力， 两摆动主臂的摆动轨迹虽然均不是整椭圆，但仍能满 足越障要求。该机构越障时的几种构型形态如表 ２ 所示。
１ 机器人功能要求及技术性能指标
的速度到达工作现场，因此需要有灵活切换行驶速度
１．１ 机器人功能要求
的能力，并规定速度安全界限。
课题组研究的机器人应满足以下的功能：
３）运动稳定性：机器人在不同的路段其运动性能
１）较强的负载能力，灵活的运输能力；
不同，特别是在崎岖复杂的路段需要有较高的抓地能
２）较强的越障性能，可以通过陡坡、台阶、沟壑和 力和稳定性。
图 ３ 行走机构构型推衍 Ｆｉｇｕｒｅ３ Ｄｅｒｉｖｅｄｏｆｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ
可采用对比法对已推衍的履带式行走机构构型的 特点进行比较，并根据特殊任务的需要选择合适的机 器人行走机构，构型特点见表 ３。 ２．２ 驱动方式
机器人的驱动方式常有前驱和后驱，对于构型 ｅ 履带机构，由于左右对称且履带构型不改变，可用前轮 或后轮驱动。构型 ｉ的可变形履带机构，采用驱动轮
复杂地面的工作要求，但其爬斜坡、越沟壑等的越障能 力较差，为改进其越障性能，在车体前端加装一对摆臂 构成双节四履带式，使其能够爬越高度较大的障碍，但 其越障能力仍然有限。再在机器人上加装两对以上的 摆臂构成多节多履带式，其越障能力进一步增强。另 一方面，许多可变形履带也是从上述构型中衍变出来 的，因此可采 用 推 衍 法 ［８１０］对 各 类 履 带 行 走 机 构 构 型 的设计进行推衍。
为实现移动机器人兼具有腿式移动机构和履带式 移动机构的特性，移动机器人可变形履带结构的设计 具有重要的意义［６］。
按履带运动方式是否变化可以把履带行走机构分 为 ２种：固定履带式和可变形履带式［７］。综合国内外 履带式移动机器人行走机构构型的特点，各类履带式 机器人之间并不是互不相关的，而是存在一定的联系 和规律。例如单节双履带式，其结构简单，能满足一般
［研究·设计］
董佳灵，等：基于椭圆形成原理的可变形机器人结构研究
· １３ ·
课题组设计的移动机器人要求在结构简单和运动 人，其外形尺寸应在期望工作环境所能限制的尺寸范
稳定性较高的基础上，具有一定的越障能力和较强的 围内，结构要简单可靠。
环境适应能力。
２）速度灵活性：机器人在不同的路段需要以不同
１）外形 结 构：研 究 的 机 器 人 属 于 小 型 移 动 机 器
表 １所示为移动机器人各个方面的性能参数要求。
表 １ 性能参数要求
Ｔａｂｌｅ１ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｅｘｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ
移动方式 变形履带式
行走机构
满载自身 最大外形尺寸 ／ 巡航行驶速度 ／ 越障行驶速度 ／
转向能力
图 ３是行走机构构型推衍图。图 ３中固定履带式 行走机构 ａ装备摆臂后形成双节四履带式机构 ｂ与三 节六履带式机构 ｃ；构型 ｂ和 ｃ的摆角固定时分别形 成三角形机构 ｄ与梯形机构 ｅ；将三角履带式机构的 摆臂换成具有自张紧能力的摆臂，形成可变形单摆臂 履带式机构 ｆ；将梯形履带式机构的一侧换成自张紧摆 臂，则形成复合摆臂履带式机构 ｇ；综合构型 ｆ和构型 ｇ各自的特点形成双摆臂机构 ｈ；将构型 ｈ中的摆臂改 装成对称结构且均有张紧装置的摆动主臂，则形成可 变形履带机构（构型 ｉ）。
·１４·
轻工机械 ＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒｙＭａｃｈｉｎｅｒｙ
２０１９年第 ２期
表 ２ 构型形态分析 Ｔａｂｌｅ２ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ
图 １ 双椭圆机构 Ｆｉｇｕｒｅ１ Ｂｉｅｌｌｉｐｔｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｓｍ
图 ２ 机构原理图 Ｆｉｇｕｒｅ２ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｄｉａｇｒａｍ
质量 ／ｋｇ （ｍｍ×ｍｍ×ｍｍ） （ｍ·ｓ－１）
（ｍ·ｓ－１）
≥２００ ２２５０×１２２０×８００
２．０
０．４
可原地转向
执行机构（机械臂）
翻越台阶 高度 ／ｍｍ
≥５００
跨越沟壑 宽度 ／ｍ
≥１
最大爬坡 角度 ／（°）
≤３０
动作类型
控制轴
连杆关节型 Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５
Ｊ１ ０～３６０
动作范围 ／（°）
Ｊ２
Ｊ３
Ｊ４
０～１８０
０～１２０
０～１２０
Ｊ５ ０～３６０
工作半径 ／ｍ 末端负载 ／ｋｇ 自由度
≤１．５
≤５０
５
２ 可变形移动机器人结构
根据移动机器人的功能和技术性能参数要求，基 于模块化的结构设计理念［４］，移动机器人行走装置主 要由移动机构模块、执行机构模块和动力系统模块组 成，其中移动机构模块主要是主动轮、从动轮、行星轮、 履带和摆臂张紧机构等；执行机构模块主要是机械臂； 动力系统模块主要是伺服电机、减速器等［５］。 ２．１ 变形机构
及行走装置的负载，还要有足够的额外负载能力以实
为实现以上的功能，课题组对移动机器人的外形 现一定的运输功能而且还要满足以上运动性能。
结构、速度 灵 活 性、运 动 稳 定 性、越 障 能 力 和 载 重 能
６）作业环境：高温、高压、辐射、污染、真空和高负
力［４］等方面提出了具体要求。
载等人工无法直接作业的环境。
崎岖路段等障碍；
４）越障能力：越障性能是评价机器人翻越障碍能
３）结构简单紧凑，易维护保养；
力的重要指标之一，需要能越过一定高度的障碍、一定
４）较强的执行能力，可以在非结构化环境中执行 深度的沟壑及一定角度的陡坡等障碍。
搬运、夹取等特种作业。
５）载重能力：机器人执行任务时不仅要承载车体
１．２ 机器人技术性能指标