《工业机器人》课件
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工业机器人运动学课件
工业机器人概述
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
定义与分类
定义
工业机器人是一种可编程、多自 由度的自动化机械业任务。
分类
根据应用领域和功能特点，工业 机器人可分为搬运机器人、焊接 机器人、装配机器人、加工机器 人等。
工业机器人运动学课件
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
• 工业机器人概述 • 工业机器人运动学基础 • 工业机器人关节结构与运动特性 • 工业机器人运动学建模 • 工业机器人轨迹规划 • 工业机器人控制技术 • 工业机器人应用案例分析
目录
CONTENTS
01
人工操作成本。
THANKS
感谢观看
位置控制与速度控制
位置控制
通过设定目标位置，控制器计算出机 器人需要执行的路径和动作，使机器 人准确到达目标位置。
速度控制
通过设定目标速度，控制器计算出机 器人需要执行的动作，使机器人在运 动过程中保持恒定的速度。
力控制与力矩控制
力控制
通过设定目标力，控制器计算出机器人需要执行的路径和动作，使机器人施加的目标力作用于被操作 物体上。
学要求。
轨迹规划的分类
根据运动学和动力学模型的不同 ，轨迹规划可以分为运动学轨迹
规划和动力学轨迹规划。
轨迹规划的步骤
包括路径生成、速度和加速度控 制、碰撞检测和避障等。
关节空间的轨迹规划
01
关节空间定义
关节空间是指机器人的各个关节角度构成的坐标系，是机器人的内部状
态空间。
02 03
关节空间轨迹规划方法
逆运动学模型
已知机器人末端执行器的位置和姿态，求解对应的关节变量。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
定义与分类
定义
工业机器人是一种可编程、多自 由度的自动化机械业任务。
分类
根据应用领域和功能特点，工业 机器人可分为搬运机器人、焊接 机器人、装配机器人、加工机器 人等。
工业机器人运动学课件
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
• 工业机器人概述 • 工业机器人运动学基础 • 工业机器人关节结构与运动特性 • 工业机器人运动学建模 • 工业机器人轨迹规划 • 工业机器人控制技术 • 工业机器人应用案例分析
目录
CONTENTS
01
人工操作成本。
THANKS
感谢观看
位置控制与速度控制
位置控制
通过设定目标位置，控制器计算出机 器人需要执行的路径和动作，使机器 人准确到达目标位置。
速度控制
通过设定目标速度，控制器计算出机 器人需要执行的动作，使机器人在运 动过程中保持恒定的速度。
力控制与力矩控制
力控制
通过设定目标力，控制器计算出机器人需要执行的路径和动作，使机器人施加的目标力作用于被操作 物体上。
学要求。
轨迹规划的分类
根据运动学和动力学模型的不同 ，轨迹规划可以分为运动学轨迹
规划和动力学轨迹规划。
轨迹规划的步骤
包括路径生成、速度和加速度控 制、碰撞检测和避障等。
关节空间的轨迹规划
01
关节空间定义
关节空间是指机器人的各个关节角度构成的坐标系，是机器人的内部状
态空间。
02 03
关节空间轨迹规划方法
逆运动学模型
已知机器人末端执行器的位置和姿态，求解对应的关节变量。
《工业机器人技术》教学课件-第1章工业机器人基本概念
☞ 主要产品：
✓ 加工类：焊接、切割、抛光、研磨等粗加工。
目的：保障人身安全与健康，不是、也不能用于精密加 工（与CNC机床不同）！
✓ 装配类：喷涂、油漆、电子元件插接（3C行业）等；
目的：保障人身健康、代替重复劳动、提高生产效率。
✓ 搬运类：物品输送、装卸等；
目的：提高自动化程度、避免繁重作业。
工业机器人技术
第一章 工业机器人基本概念
一、机器人的一般概念
1. 机器人的产生
❖ 机器人 ✓ 凡是用来代替人的机器，都属于机器人的范畴。 ✓ 机器人不一定类人。
☞ 概念辨析：机器、机床
只是工具，不能代替人。 ❖ 名词的由来
☞ Robot = Robota（捷克语） = 奴隶、苦力。
提出：1921，捷克作家Karel Čapek（卡雷尔·恰佩克）
☞ Robotics = 机器人学（学科名）。
提出：1942，美国科幻小说家Isaac Asimov（艾 萨克·阿西莫夫） 。
机器人（研发）三原则要点：
不得伤害人类 ； 执行人的命令 ； 能够自我保护。
❖ 最早的产品 Unimate（美国，1959年）。
☞ 性质：工业机器人（用于工业生产环境的机器人）。
☞ 主要产品：
✓ 个人/家庭机器人（Personal/Domestic Robots）：洗 碗、扫地、麻将机等。 ✓ 军事机器人（Military Robots） : 无人驾驶飞行器 （无人机）、机器人武装战车、多功能后勤保障机器人、 机器人战士等。 ✓ 医疗机器人 （medical treatment Robots ）：诊断、手 术或手术辅助、康复机器人等 。 ✓ 场地机器人（Field Robots）：用于科学研究和公共事 业服务的、可进行大范围作业的机器人。如太空探测、 水下作业、危险作业、消防救援、园林作业等。
✓ 加工类：焊接、切割、抛光、研磨等粗加工。
目的：保障人身安全与健康，不是、也不能用于精密加 工（与CNC机床不同）！
✓ 装配类：喷涂、油漆、电子元件插接（3C行业）等；
目的：保障人身健康、代替重复劳动、提高生产效率。
✓ 搬运类：物品输送、装卸等；
目的：提高自动化程度、避免繁重作业。
工业机器人技术
第一章 工业机器人基本概念
一、机器人的一般概念
1. 机器人的产生
❖ 机器人 ✓ 凡是用来代替人的机器，都属于机器人的范畴。 ✓ 机器人不一定类人。
☞ 概念辨析：机器、机床
只是工具，不能代替人。 ❖ 名词的由来
☞ Robot = Robota（捷克语） = 奴隶、苦力。
提出：1921，捷克作家Karel Čapek（卡雷尔·恰佩克）
☞ Robotics = 机器人学（学科名）。
提出：1942，美国科幻小说家Isaac Asimov（艾 萨克·阿西莫夫） 。
机器人（研发）三原则要点：
不得伤害人类 ； 执行人的命令 ； 能够自我保护。
❖ 最早的产品 Unimate（美国，1959年）。
☞ 性质：工业机器人（用于工业生产环境的机器人）。
☞ 主要产品：
✓ 个人/家庭机器人（Personal/Domestic Robots）：洗 碗、扫地、麻将机等。 ✓ 军事机器人（Military Robots） : 无人驾驶飞行器 （无人机）、机器人武装战车、多功能后勤保障机器人、 机器人战士等。 ✓ 医疗机器人 （medical treatment Robots ）：诊断、手 术或手术辅助、康复机器人等 。 ✓ 场地机器人（Field Robots）：用于科学研究和公共事 业服务的、可进行大范围作业的机器人。如太空探测、 水下作业、危险作业、消防救援、园林作业等。
工业机器人应用技术课件ppt(PPT163张)可修改文字
一、机器人控制系统的特点
(3)具有较高的重复定位精度，系统刚性好。除直角坐标机器 人外，机器人关节上的位置检测元件不能安装在末端执行器上，而 应安装在各自的驱动轴上，构成位置半闭环系统。但机器人的重复 定位精度较高，一般为±0.1 mm。此外，由于机器人运行时要求 运动平稳，不受外力干扰，为此系统应具有较好的刚性。
(5-20)
随此着外实 ，际还工要作考情虑的况各作的关不节业同之，间信可惯息以性采力存用、各哥储种氏在不力同等内的的控耦存制合中方作式用，。和重在力执负载行的影任响务，因时此，，系依统中靠还经工常业采用机一些器控人制策的略，动如重力补偿、
前馈、解耦或自适应控制等。
与在自由空间运作动再的控现制相功比能，机，器人可在重受限复空间进运行动的该控制作主业要是。增加此了外对其，作用从端操与外作界接的触角作用度力（来包看括力，矩）要的控制要求，
图5-1 机器人控制系统的分类
二、机器人控制系统的组成
图5-2 机器人控制系统组成框图
二、机器人控制系统的组成
(1)控制计算机。控制计算机是控制系统的调度指挥机 构，一般为微型机，微处理器分为32位、64位等，如奔腾 系列CPU等。
(2)示教编程器。示教机器人的工作轨迹、参数设定和 所有人机交互操作拥有自己独立的CPU及存储单元，与主 计算机之间以串行通信方式实现信息交互。
因而受限运动的控制一般称为力控制。
四现、场机 总器线人应智用能于求力生控控产制现制方场法，系在统微机具化测有量良控制好设备的之人间实机现双界向面多结，点数尽字量通信降，从低而对形成操了新作型者的网的络集要成求式全。分布因控制系统—— 现位场置总 控线制控部制分系的此统输，出(fieΔl多dqb1u和数s速co度情nt控ro况制l s部y要s分tem的求，输F控出CΔS制q)。2相器加，的其设和作计为机人器员人的不关节仅控要制增完量Δ成q，底用于层控伺制机服器人控的制运动器。
工业机器人教材PPT课件
示教输入
编程输入
穿孔带输入 穿孔卡输入 磁带输入
键盘输入
7
三、工业机器人智能传感器
CHENLI 2021/3/7
1．接近觉传感器
接近觉传感器能使机器人手爪感知与物体的接 近程度，当近到一定距离时能使高速搜索物体的手 爪向控制系统发出减速信号，以减少手爪和物体的 冲击。
接近觉传感器有光学、超声波和电磁等几种， 一般装在手爪上。
12
CHENLI 2021/3/7
焊接机器人
一、焊接机器人系统的组成 焊接机器人系统一般由以下几个部分组
成：机器人操作机、变位机、控制器、焊 接系统、焊接传感器、中央控制计算机和 相应的安全设备等。
13
CHENLI 2021/3/7
机器人操作机是焊接机器人系统的执行机构 变位机作为机器人焊接生产线及运动形式
① 直角坐标式 ② 圆柱坐标式 ③ 球坐标式 ④ 多关节式
CHENLI 2021/3/7
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3．机器人运动功能
CHENLI 2021/3/7
① 点位控制型：用于搬运和装卸物件，点焊及具 有固定位置零件的装配工作。
② 连续轨迹控制型：主要用于电弧焊和喷涂等. 4．机器人程序输入方式
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CHENLI 2021/3/7
一汽“红旗”轿车机器人焊接线
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CHENLI 2021/3/7
搬运、码垛机器人
自动搬运工作站由搬运机器人和周边设备组成。 搬运机器人可用于搬运重达几公斤至1 t以上的
CHENLI 2021/3/7
工业机器人
1
CHENLI 2021/3/7
到目前为止，工业机器人是最成熟、应用最 广泛的一类机器人，全世界目前已经销售110万台， 这是1999年的统计，已经进行使用的是75万台。 日本在工业机器人领域的发展是首位的，成为机 器人的王国； 美国发展得也很迅速，目前在新安装的台数方面 已经超过了日本； 中国刚开始进入产业化的阶段，已经研制出多种 工业机器人样机，已有小批量在生产中使用。
工业机器人-智能传感与感知ppt课件
SRI腕力传感器应变片连接方式
外部传感器
（3）距离传感器
距离传感器可用于机器人导航和回避障碍物，也可用于机器人空间内的物体进行定 位及确定其一般形状特征。
1) 超声波测距法
超声波是频间隔推算 出距离。缺点:波束较宽，其分辨力受到严重的限制，主要用于导航和回避障碍物。
定义
种类
• 移动机器（AGV） • 点焊机器人 • 弧焊机器人 • 激光加工机器人 • 真空机器人-真空中使用（半导体工业） • 洁净机器人-洁净环境使用
种类
• 移动机器（AGV）-自动移载
KUKA
种类
• 移动机器（AGV）-自动移载
平移、自转-子母轮
种类
解决方案
四大家族
ABB
KUKA
FANUC
工业机器人
人机协作
感知能力
工业机器人
人机协作
ABB-YuMi人机协作机器人
YuMi是全球首款名副其 实的人机协作机器人， 既能与人类并肩执行相 同的作业任务，又可确 保其周边区域安全无虞。 无论是手表、平板电脑 还是其他各类产品,YuMi 都能轻松处理，甚至连 穿针引线也不在话下， YuMi将彻底改变我们对 装配自动化的固有思维。
2) 滑觉传感器有滚动式和球式，还有一种通过振动检测滑觉的 传感器。物体在传感器表面上滑动时，和滚轮或环相接触， 把滑动变成转动。
外部传感器
例如振动式滑觉传感器，表面伸出的触针能和物体接触，物 体滚动时，触针与物体接触而产生振动，这个振动由压电传感器 或磁场线圈结构的微小位移计检测。
外部传感器
（2）力觉传感器
原理：三角测量法、立体视觉法等等。
多传感器数据融合
多传感器数据融合算法简介
《工业机器人》课件
工业机器人在推动经济发展方面的贡献
工业机器人在推动经济发展方面发挥着重要作用，提高了工业生产效率，促进了产业升级和国家经济的发展。
工业机器人的可持续发展和环 保问题
工业机器人的发展应注重可持续性和环保性，采用节能技术和清洁生产方式， 减少对环境的影响。
竞争状况
工业机器人行业竞争激烈，包括ABB、Fanuc、KUKA等领先企业。
工业机器人在提高生产效率方面的作 用
1 自动化操作
工业机器人实现了自动化生产，提高了生产效率和产品质量。
2 精确操作
工业机器人具备精确的操作能力，减少了人为误差，提高了生产效率。
3 高速作业
工业机器人可以高速作业，加快了生产速度，提高了生产效率。
工业机器人在智能制造中的应用案例
物流领域
工业机器人在物流和仓储领域中的 应用越来越广泛，实现货物的自动 搬运和分拣。
医疗行业
工业机器人在医疗手术和康复辅助 等领域中发挥重要作用，提高治疗 效果和手术安全。
农业领域
工业机器人在农业生产中的应用逐 渐增加，实现农作物的种植、采摘 和病虫害防治。
工业机器人的未来发展趋势和展望
《工业机器人》PPT课件
工业机器人的发展与应用是现代制造业的重要组成部分。本课件将介绍工业 机器人的定义、种类、发展历程、优势和应用领域，以及机器人的构造、工 作原理和控制系统。
工业机器人的发展历程
1
早期发展
20世纪50年代至60年代，工业机器人始出现，但发展相对缓慢。2
技术突破
20世纪70年代至80年代，随着计算机和传感器技术的进步，工业机器人的性能和 功能得到了显著提升。
3
智能化发展
21世纪以来，工业机器人逐渐实现智能化，具备自主学习和适应能力，为智能制 造和自动化生产提供了强大支持。
工业机器人简介ppt课件
● 自由度
一个简单的刚体一般有六 个自由度，沿着坐标轴的三 个平移运动；绕着坐标轴的 三个旋转运动。
当两物体间由于建立接关 系而不能进行的移动或转动 则一物体相对另外一个物体 就失去一个自由度。
刚体的六个自由度
02工业机器人的结构与特点
● 自由度
例如，要把一个球放到空 间某个给定位置，有三个自 由度就足够了(见图a)。又如， 要对某个旋转钻头进行定位 与定向，就需要五个自由度， 这个钻头可表示为某个绕着 它的主轴旋转的圆柱体(见 图b)。
scara机器人传动示意图
03搬运机器人-SCARA
● 基本结构
设计中大臂和小臂均采用谐波减速器和推力 向心交叉短圆柱滚子轴承结构,其刚度高,能承 受轴向压力与径向扭矩，缩短传动链,简化结 构设计。
末端的主轴相对线速度大，对质量与惯性敏 感，传动要求同时实现绕Z轴的直线运动和回 转运动。
采用步进电机3→同步齿形带→丝杠螺母→ 主轴,实现绕Z轴的直线运动;采用步进电机4→ 同步齿形带→花键→主轴,实现绕Z轴的回转运 动。
03搬运机器人-SCARA
● 轨迹规划
轨迹规划一般有2种常用的方法,既可在关节 空间中进行,也可在笛卡尔空间中进行。
03搬运机器人-SCARA
● 轨迹规划-关节空间的轨迹规划
机器人各关节在关节空间的路径用关节角的 时间函数描述。
SCARA机器人具有4个关节,因此需要分别 求出经过所有路径点的4个平滑函数。
01背景
机器人相关刊物：
《机器人》、《机器人技术》、《Robotics Rcsearch》 、《Robotica》和 《Robotics and Automation》
02
工业机器人的结构与特点
工业机器人概述ppt课件
22
③内撑式机械夹持器
内撑式机械夹持器采用四连 杆机构传递撑紧力，如图8-13 所示。
其撑紧方向与上述两种方式 的外夹式相反。钳爪3从工件内 孔撑紧工件，为使撑紧后能准 确地用内孔定位，多采用三个 钳爪(图中只画了两个)。
图8-13 内撑连杆杠杆式夹持器 1-驱动器 2-杆 3-钳爪
直角坐标型工业机器人 圆柱坐标型工业机器人 球坐标型工业机器人 多关节型工业机器人 平面关节型工业机器人
8
1）按操作机构坐标形式分类
①直角坐标型工业机器人
运动部分由三个相互垂直的直 线 移 动 组 成 如 图 8-3 所 示 ， 其 工 作空间图形为长方体。各个轴向 的移动距离，可在各个坐标轴上 直接读出，直观性强；易于位置 和姿态的编程计算，定位精度最 高，控制无耦合，结构简单。
图8-l 工业机器人
2
综合上述定义 ，工业机器人有以下三个重要特性： 1) 是一种机械装置，可搬运材料、零件、工具或完成多
种操作和动作功能，即具是有通用性。 2) 可以再编程并具有多样程序流程，这为人-机联系提供
了可能，也使具有独立的柔软性。 3) 有一个自动控别系统，可以在无人的参与下，自动完
成操作作业和动作。
确定一个工业机器人操作机位置时所 需要的独立运动参数的数目称为工业机器 人的运动自由度。
自由度数取决于作业目标所要求的动 作。对于进行二维平面作业需三个自由度； 若要具有随意的位姿，则至少需要六个自 由度；而对于回避障碍作业的工业机器人 则需要有比六个自由度更多的冗余自由度。
工业机器人操作机常采用回转副或移
图8-7 平面关节型工业机器人
13
2)按控制方式分类 ① 点位控制工业机器人
采用点到点的控制方式，它只在目标点处准确控制工 业机器人手部的位姿，完成预定的操作要求，而不对点与 点之间的运动过程进行严格的控制。
③内撑式机械夹持器
内撑式机械夹持器采用四连 杆机构传递撑紧力，如图8-13 所示。
其撑紧方向与上述两种方式 的外夹式相反。钳爪3从工件内 孔撑紧工件，为使撑紧后能准 确地用内孔定位，多采用三个 钳爪(图中只画了两个)。
图8-13 内撑连杆杠杆式夹持器 1-驱动器 2-杆 3-钳爪
直角坐标型工业机器人 圆柱坐标型工业机器人 球坐标型工业机器人 多关节型工业机器人 平面关节型工业机器人
8
1）按操作机构坐标形式分类
①直角坐标型工业机器人
运动部分由三个相互垂直的直 线 移 动 组 成 如 图 8-3 所 示 ， 其 工 作空间图形为长方体。各个轴向 的移动距离，可在各个坐标轴上 直接读出，直观性强；易于位置 和姿态的编程计算，定位精度最 高，控制无耦合，结构简单。
图8-l 工业机器人
2
综合上述定义 ，工业机器人有以下三个重要特性： 1) 是一种机械装置，可搬运材料、零件、工具或完成多
种操作和动作功能，即具是有通用性。 2) 可以再编程并具有多样程序流程，这为人-机联系提供
了可能，也使具有独立的柔软性。 3) 有一个自动控别系统，可以在无人的参与下，自动完
成操作作业和动作。
确定一个工业机器人操作机位置时所 需要的独立运动参数的数目称为工业机器 人的运动自由度。
自由度数取决于作业目标所要求的动 作。对于进行二维平面作业需三个自由度； 若要具有随意的位姿，则至少需要六个自 由度；而对于回避障碍作业的工业机器人 则需要有比六个自由度更多的冗余自由度。
工业机器人操作机常采用回转副或移
图8-7 平面关节型工业机器人
13
2)按控制方式分类 ① 点位控制工业机器人
采用点到点的控制方式，它只在目标点处准确控制工 业机器人手部的位姿，完成预定的操作要求，而不对点与 点之间的运动过程进行严格的控制。