工业机器人的自由度含义以及其应用
五自由度工业机器人说明书
人人小站/314design1 绪论1.1 工业机器人简介]1[早在20世纪初，随着机床、汽车等制造业的发展就出现了机械手。
1913年美国福特汽车工业公司安装了第一条汽车零件加工自动线，为了解决自动线、自动机的上下料与工件的传送，采用了专用机械手代替人工上下料及传送工件。
可见专用机械手就是作为自动机、自动线的附属装置出现的。
“工业机器人”这种自动化装置出现的比较晚。
但是自从世界上第一台工业机器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。
机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。
本课题所指的工业机器人，或称机器人操作臂、机器人臂、机械手等。
从外形来看，它和人的手臂相似，是由一系列刚性连杆通过一系列柔性关节交替连接而成的开式链。
这些连杆就像人的骨架，分别类似于胸，上臂和下臂，工业机器人的关节相当于人的肩关节、肘关节和腕关节。
操作臂的前端装有末端执行器或相应的工具，也常称为手或手爪。
手爪是由两个或多个手指所组成，手指可以“开”与“合”，实现抓去动作和细微操作。
手臂的动作幅度一般较大，通常实现宏观操作。
工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。
主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。
大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；圆柱坐标型工业机器人示意图控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。
在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。
工业机器人的基本参数和性能指标知识讲解
工业机器人的基本参数和性能指标工业机器人的基本参数和性能指标表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。
(1)工作空间（Work space）工作空间是指机器人臂杆的特定部位在一定条件下所能到达空间的位置集合。
工作空间的性状和大小反映了机器人工作能力的大小。
理解机器人的工作空间时，要注意以下几点：1)通常工业机器人说明书中表示的工作空间指的是手腕上机械接口坐标系的原点在空间能达到的范围，也即手腕端部法兰的中心点在空间所能到达的范围，而不是末端执行器端点所能达到的范围。
因此，在设计和选用时，要注意安装末端执行器后，机器人实际所能达到的工作空间。
2)机器人说明书上提供的工作空间往往要小于运动学意义上的最大空间。
这是因为在可达空间中，手臂位姿不同时有效负载、允许达到的最大速度和最大加速度都不一样，在臂杆最大位置允许的极限值通常要比其他位置的小些。
此外，在机器人的最大可达空间边界上可能存在自由度退化的问题，此时的位姿称为奇异位形，而且在奇异位形周围相当大的范围内都会出现自由度进化现象，这部分工作空间在机器人工作时都不能被利用。
3)除了在工作守闻边缘，实际应用中的工业机器人还可能由于受到机械结构的限制，在工作空间的内部也存在着臂端不能达到的区域，这就是常说的空洞或空腔。
空腔是指在工作空间内臂端不能达到的完全封闭空间。
而空洞是指在沿转轴周围全长上臂端都不能达到的空间。
(2)运动自由度是指机器人操作机在空间运动所需的变量数，用以表示机器人动作灵活程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。
自由物体在空间自六个自由度（三个转动自由度和三个移动自由度）。
工业机器人往往是个开式连杆系，每个关节运动副只有一个自由度，因此通常机器人的自由度数目就等于其关节数。
机器人的自由度数目越多，功能就越强。
日前工业机器人通常具有4—6个自由度。
当机器人的关节数（自由度）增加到对末端执行器的定向和定位不再起作用时，便出现了冗余自由度。
简述工业机器人自由度的定义
简述工业机器人自由度的定义
嘿，你知道工业机器人的自由度吗？这可真是个超级有趣的概念啊！就好像我们人类可以自由地伸展胳膊、转动脑袋、弯曲手指一样，工业机器人也有它自己的“活动自由”呢！
自由度啊，简单来说，就是工业机器人能够独立运动的方式和方向的数量。
这不就像我们身体的关节一样吗？我们的胳膊有肩关节、肘关节、腕关节，每个关节都能让胳膊在不同方向上活动，机器人也是如此呀！
你想想看，如果一个机器人只有一个自由度，那它能做的事情得多有限啊！可能就只能做非常简单、单一的动作，那多没意思呀！但如果它有很多个自由度呢，哇，那它就能像个灵活的小猴子一样，做出各种各样复杂又精彩的动作啦！
比如说，在汽车生产线上，那些机器人得能够精确地抓取零件、焊接、安装，这可都需要足够的自由度来实现啊！如果自由度不够，怎么能高质量地完成这些工作呢？这就好像让你用一只手去系鞋带，那得多困难呀，对吧？
再比如在一些精细的电子产品生产中，机器人得非常精准地进行操作，这也得靠足够的自由度来保障呀！就如同我们写字，手指得能灵活地弯曲、伸展，才能写出漂亮的字来。
而且啊，不同类型的工业机器人，它们的自由度也各不相同哦！有些可能只有几个自由度，而有些高端的机器人可能有十几个甚至更多的自由度呢！这就好比不同的运动员，有的擅长短跑，有的擅长长跑，各自有着自己独特的能力和优势。
总之，工业机器人的自由度真的是非常重要啊！它决定了机器人能做什么、做得好不好。
没有足够的自由度，机器人就没办法在各种复杂的工业环境中大展身手啦！所以说，一定要重视这个神奇的自由度呀！。
三个自由度工业机器人
工业机器人课程作业报告院（系）名称：机电工程学院作业题目：三自由度圆柱坐标工业机器人班级：姓名：学号：目录1.作业要求 (3)1.1作业目的 (3)1.2作业数据 (3)1.3运动功能图符号(本次作业圆柱坐标型) (3)2.总体设计 (4)2.1组成和关系 (4)2.2设计分析 (4)3.机械系统的设计 (5)3.1末端执行机构设计 (5)3.2手臂机构的设计 (6)3.3机座机构的设计 (7)4.附件 (8)4.1总装图 (8)1.作业要求1.1作业目的1：综合运用所学只是，搜集有关资料，独立完成三自由度圆柱坐标工业机器人操作机和驱动但愿的设计工作。
如驱动元、传动机构、腰身、手臂、手腕、手抓、关节、抓钳尺寸、开合力大小等，至少设计两种以上方案。
(注意：此处无需考虑传感器，控制部分和力学计算)1.2作业数据1：自动线上A、B两条输送带之间距离为1.5米，需设计工业机器人将一个零件从A带送到B带。
2：零件尺寸：内孔Φ100、壁厚10、高100。
3：零件材料：45钢1.3运动功能图符号(本次作业圆柱坐标型)表1-1 运动功能图符号(GB/T12643-90)2.总体设计2.1组成和关系工业机器人在GB/T12643-90定义为“是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业”由执行系统、驱动系统、控制检测系统及检测系统组成。
a)机械系统：是执行完成抓取工件，实现抓取动作的必需的机构。
内容保函如下：手部(末端执行器)：直接抓取工件或夹具机构。
臂部：支承腕部的机构，作用是承受工件的负荷，并把它传递到预定的位置。
腕部：连接手部和臂部的机构，作用为调整及改变手部的动作。
机座：是机器人的基础部件支承手臂的部件，并承受相应的载荷，作用是带动臂部转动、升降动作。
b)驱动系统：为执行系统提供动力。
常用传动方式有机械传动、液压传动、气压传动和电传动。
c)控制系统：控制驱动系统，使执行系统按照产品的要求以及抓取的工件要求进行相应的动作，当发生系统错误或执行故障时发出提示报警信号。
工业机器人测试题含答案
工业机器人测试题含答案一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1、( ) 示教器——再现型机器人属于第一代机器人A、正确B、错误正确答案：A2、( ) 根据用户数据进行调试或信号控制的电缆也被成为电力电缆。
A、正确B、错误正确答案：B3、断路器为电控柜内辅助电源开关。
( )A、正确B、错误正确答案：A4、传送同步运行时,可指定传送带的移动方向为工件坐标系的轴的方向。
( )A、正确B、错误正确答案：A5、用传感器采集环境信息是机器人智能化的第一步。
A、正确B、错误正确答案：A6、( ) tool 是指代表的意思是工具。
A、正确B、错误正确答案：A7、步进电机: 易于控制,机械特性较好,但电刷易磨损且易形成火花。
( )A、正确B、错误正确答案：B8、( ) 磁力吸盘能够吸住所有金属材料制成的工件A、正确正确答案：B9、用示教器控制机器人伺服电机旋转及控制工具操作的电缆称作信号电缆.A、正确B、错误正确答案：A10、机器人机座可分为固定式和履带式两种。
A、正确B、错误正确答案：B11、( ) 机器人的自由度是根据其用途而设计的,可少于六个自由度,也可多于六个自由度。
A、正确B、错误正确答案：A12、电控柜内电路接线配线应符合的要求:电控柜内的导线不应有接头,导线芯线应无破损伤。
( )(A96)A、正确B、错误正确答案：A13、( ) 更换了 smb 电池情况下, 需要进行“更新转数计数器”操作。
A、正确B、错误正确答案：A14、( ) 和人长的很像的机器才能称为机器人。
A、正确B、错误正确答案：B15、( ) 机器人控制理论可以照搬经典控制理论与现代控制理论使用。
A、正确B、错误正确答案：B16、在 AML 语言中; MOVE 命令是相对值, DMOVE 命令是绝对值。
B、错误正确答案：B17、工业机器人控制软件可以用任何语言来编制。
A、正确B、错误正确答案：B18、把交流电变换成直流电的过程, 称为逆变换。
四自由度机器人
四自由度机器人典型四自由度机器人概述系统的所有特点，既具有操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置，又具有速度快、精度高、柔性好等特点。
固高科技的GRB系列工业机器人是专门为大中专院校和职业高等技校机电一体化、制造自动化和自动控制等相关专业提供的一个完全开放、创新性实验平台，它适合机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计与理论、数控技术、机器人学、自动控制等相关机电控制类基础实验课程教学。
固高科技的GRB系列工业机器人种类涵盖了两自由度平面机械手（RR）、三自由度机械手(RRR或RRP)和四自由度直角坐标机械手（PPPR）和SCARA机器人(RRPR)等多个产品型号。
除进行教学和培训外，GRB系列工业机器人还可用于细小工件的搬运，电子元件的装配和点胶等工业作业。
工业化设计与制造z旋转关节采用交流伺服电机驱动，谐波减速器传动；z平移关节采用交流伺服电机驱动，滚珠丝杠传动；z各部件按照工业标准设计和制造。
开放式控制实验平台z基于PC和DSP运动控制器的开放式硬件平台；z通用智能运动控制开发平台，采用C++面向对象的设计方法；z TCP/IP协议远程网络编程、仿真、控制功能；z配备集成语言编程系统和图形示教软件，便于机器人的编程操作和应用培训；z配套内容详尽的使用手册和实验指导书，通过实例演示，引导用户学习如何基于运动控制器开发各种应用软件系统基础实验内容z机器人机械、电气、控制、软件结构的认知；z机器人操作实习；z机器人运动学问题研究；z机器人动力学问题研究创新性和挑战性z机器人力矩控制方式研究；z基于智能控制平台开发各种应用软件系统；z利用平台提供的视觉接口，挑战视觉伺服系统的研究和开发；z挑战机器人远程监控和多机器人协调工作等研究项目软件界面（C++）视觉机器人 系统特点z 图像处理装置全部采用国外高端工业摄像头和图像采集卡；z 图像采集卡提供接口函数库，适用于各种开发环境；z 基于PC 和DSP 运动控制器的开放式硬件平台，提供接口库；z 配套内容详尽的使用手册和实验指导书，通过实例演示，引导用户学习如何基于运动控制器开发各种应用软件系统。
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：
机器人技术基础[课后习题问题详解解析汇报]
![机器人技术基础[课后习题问题详解解析汇报]](https://img.taocdn.com/s3/m/171c94a277232f60dccca16d.png)
0.1 简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特征。
答：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具、或专用装置，通过可编程动作来执行种种任务并具有编程能力的多功能机械手。
1.机器人的动作结构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能。
2.机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变。
3.机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等。
4.机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。
0.2工业机器人与数控机床有什么区别？答：1.机器人的运动为开式运动链而数控机床为闭式运动链；2.工业机器人一般具有多关节，数控机床一般无关节且均为直角坐标系统；3.工业机器人是用于工业中各种作业的自动化机器而数控机床应用于冷加工。
4.机器人灵活性好，数控机床灵活性差。
0.5简述下面几个术语的含义：自有度、重复定位精度、工作围、工作速度、承载能力。
答：自由度是机器人所具有的独立坐标运动的数目，不包括手爪（末端执行器）的开合自由度。
重复定位精度是关于精度的统计数据，指机器人重复到达某一确定位置准确的概率，是重复同一位置的围，可以用各次不同位置平均值的偏差来表示。
工作围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，也叫工作区域。
工作速度一般指最大工作速度，可以是指自由度上最大的稳定速度，也可以定义为手臂末端最大的合成速度（通常在技术参数中加以说明）。
承载能力是指机器人在工作围的任何位姿上所能承受的最大质量。
0.6什么叫冗余自由度机器人？答： 从运动学的观点看，完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。
0.7题0.7图所示为二自由度平面关节型机器人机械手，图中L1=2L2，关节的转角围是0゜≤θ1≤180゜,-90゜≤θ2≤180゜,画出该机械手的工作围（画图时可以设L2=3cm ）。
1.1 点矢量v 为]00.3000.2000.10[T，相对参考系作如下齐次坐标变换：A=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--10000.9000.1000.0000.00.3000.0866.0500.00.11000.0500.0866.0 写出变换后点矢量v 的表达式，并说明是什么性质的变换，写出旋转算子Rot 及平移算子Trans 。
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工业机器人的自由度含义以及其应用
通常作为机器人的技术指标，反映机器人动作的灵活性,可用轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示。
机器人机构能够独立运动的关节数目,称为机器人机构的运动自由度,简称自由度(Degree of Freedom),由DOF简写表示。
目前工业机器人采用的控制方法是把机械臂上每一个关节都当作一个单独的伺服机构，即每个轴对应一个伺服器，每个伺服器通过总线控制,由控制器统一控制并协调工作。
IS08373对工业机器人的解释:“机器人具备自动控制及可再编程、多用途功能,机器人操作机具有三个或三个以上的可编程轴,在工业自动化应用中,机器人的底座可固定也可移动”。
可见,工业机器人的轴数是其重要技术指标。
不同自由度的机器人在工业中的应用。