工业机器人基础ppt课件

基坐标系 基坐标系是一个固定定义的直角坐标系，位于位于机器人基座。它是最 便 于机器人从一个位置移动到另一个位置的坐标系。
世界坐标系 世界坐标系是固定定义的直角坐标系，默认世界坐标系与基坐标系重合。 世界坐标系可定义机器人单元，所有其他的坐标系均与世界坐标系直接 或 间接相 关。它适用于微动控制、一般移动以及处理具有若干机器人或外 轴 移动机器人的工作站 和工作单元。
图4-17 工具坐标系及各轴的运动
主运动轴 腕运动轴
表4-4 工具坐标系下机器人的运动方式
轴
运动方式
六轴联动
沿 X 轴方向运动 沿 Y 轴方向运动
沿 Z 轴方向运动
末端点位置不变， 机器人分别绕 X 、Y、Z 轴转 动
5. 用户坐标系 用户坐标系是用户根据工作的需要，自行定义的坐标系，用户可根据需要 定义多个坐 标系，如图 4-19所示。用户自定义可以方便的量测工作区间中 各点的位置并加以任务安 排，且更符合人的直观。在用户坐标系下，机器 人末端轨迹沿用户自己定义的坐标轴方 向运动，其运动方式见表 4-5。
2、控制分辨率
是指位置反馈回路能 检测到的最小位移量。
当编程分辨率与控制分辨率相等时， 系统性能达到最高。
2.2.5 工业机器人的精度
机器人的精度主要体现在定位精 度和重复定位精度两个方面。
定位精度
指机器人末端操作器的实际位置 与目标位置之间的偏差，由机械误差、 控制算法误差与系统分辨率等部分组 成。
2．机器人自由度的选择
（1）一般自由度的选择
机器人的自由度是根据机器人的用途来设计的，人们希望机器人能以准确 的方位把它的末端执行部件或与它连接的工具移动到指定点。如果机器人的用 途是未知的，那么它应当具有6个自由度；机器人自由度数目越多，动作越灵 活，通用性越强，但是结构则更复杂，刚性也差；如果工具本身具有某种特别 结构，那么就可能不需要6个自由度。
2.2.3 承载能力
承载能力是指机器人在工作范围内 的任何位姿上所能承受的最大重量， 通常可以用质量、力矩或惯性矩来表 示。
• 承载能力不仅取决于负载的质量，而 且与机器人运行的速度和加速度的大 小和方向有关。
• 一般低速运行时，承载能力强。为安 全考虑，将承载能力这个指标确定为 高速运行时的承载能力。通常，承载 能力不仅指负载质量，还包括机器人 末端操作器的质量。
重复定位精度
指在相同环境、相同条件、相同目标动 作、相同命令的条件下，机器人连续重复运 动若干次时，其位置会在一个平均值附近变 化，变化的幅度代表重复定位置精度，是关 于精度的一个统计数据。因重复定位精度不 受工作载荷变化的影响，所以通常用重复定 位精度这个指标作为衡量示教再现型工业机 器人水平的重要指标。
肘关节
大臂 腰部
腰关节
基座
关节型机器人操作机基本构造
机器人的六个轴： J1：腰部电机 J2：肩部电机 J3：肘部俯仰电机 J4：肘部回转电机 J5：碗部俯仰电机 J6：碗部回转电机
2.1.2 控制器（控制柜）
工业机器人控制器是根据机器人的作业指令程序以及传感器反馈回来的信号， 支配操作机完成规定运动和功能的装置。 它是机器人的关键和核心部分。
基本功能：示教、记忆、位置伺服、坐标设定等。 开发程度：封闭型、开放型和混合型。
目前基本上都是封闭型系统（如日系）或者混合型系统（如欧系） 控制方式：集中式控制和分布式控制
2.1.3 示教器
亦称示教编程器或示教盒，主要由液晶屏幕和操作按键组成。可由操作者手 持移动。它是机器人的人机交互接口，机器人的所有操作基本上都是通过它 来完成的。示教器实质上就是一个专用的智能终端。
（工具控制点）固定功能: 除了关节坐标系外，在其他坐标系下都有TCP固定 功能，即在工具控制点位置保持不变的情况下，只改变工具的方向(姿态)。 在TCP固定功能下各轴的运动方式见下表。
轴
主运动轴
轴1
轴2
轴3
腕运动轴
轴4
轴5
轴6
运动方式 TCP平移运动方 式取决于坐标系
末端点位置不变， 机器人分别绕X、
• 如图2-8所示，为重复定位精度的几种典型情况：图a为重复定位精度的测定； 图b为合理的定位精度，良好的重复定位精度；图c为良好的定位精度，很差 的重复定位精度；图d为很差的定位精度，良好的重复定位精度。
此图涉及到随机概率分布函 数的问题，不宜在中职和高
职阶段过多介绍
可以用扔飞镖的例子来说 明：
这叫定位精度差，但重复定 位精度好。
这叫定位精度好，但重复定 位精度差。
MOTOMAN-EA1900N弧焊专用机器人各项技术参数
2.1 工业机器人的基本组成
第一代工业机器人主要由以下几部分组成： 操作机、控制器和示教器 。 对于第二代及第三代工业机器人还包括感知系统和分析决策系统，它们分别由
传感器及软件实现。
图4-19 用户坐标系及各轴的运动
主运动轴 腕运动轴
表4-5 用户坐标系下机器人的运动方式
轴
运动方式
六轴联动
沿 用户定义的X 轴方向运 动
沿用户定义的Y 轴方向运 动
沿用户定义的Z 轴方向运动
末端点位置不变， 机器人分别绕 X 、Y、Z 轴转动
2.3.3 TCP运动轨迹
TCP为加上工具后工具的末端点机器人的工作其实就是实现TCP点在空间中完 成预定或指定的运动轨迹TCP。
2.2.2 工作空间
➢ 工作空间也称工作范围、工作行程。工业机器人执行任务时，其手腕参考 点或末端操作器安装点（不包括末端操作器）所能掠过的空间，一般不包 括末端操作器本身所能到达的区域。
➢ 目前，单体工业机器人本体的工作范围可达3.5 m 左右。
• MOTOMAN-EA1900N弧焊专用机器人，属于垂直多关节型机器人。 • 图2-6 图2-7 为此种机器人的工作范围。
2.2.1 自由度
1.机器人自由度定义 • 机器人的自由度是指当确定机器人手部
在空间的位置和姿态时所需要的独立运 动参数的数目，不包括手部开合自由度。 在三维空间中描述一个物体的位置和姿 态需要6个自由度，但自由度数目越多， 机器人结构就越复杂，控制就越困难， 所以目前机器人常用的自由度数目一般 不超过7个。 • 自由度是机器人的一个重要技术指标， 可用轴的直线移动、摆动或旋转动作的 数目来表示。
图4-14 关节坐标系下各个轴的运动
主运动轴 腕运动轴
表4-1 关节坐标系下机器人的运动方式
轴
运动方式
轴1 轴2 轴3 轴4 轴5 轴6
轴 1 本体回转 轴2 下 臂前后摆动 轴 3上臂上下摆动 轴 4上臂回转 轴 5手腕上下摆动
轴 6 手腕回转
2. 绝对坐标系 如图4-15所示，绝对坐标系的原点定义为机器人的安装面和第一转动轴的 交点。 X轴 向前， z轴向上， y轴按右手规则定义。在绝对坐标系下，机器 人末端轨迹沿定义的 X 、Y 、 Z方向运动，其运动方式见表 4-2 。
运动控制模块
③操作机
①示教器 S6 串
S0 口 S5
S3
S6 通
块
驱动模块
示教器的数据流关系
2.2 工业机器人的主要技术参数
机器人的技术参数反映了机器人可胜任的工作、具有的最高操作性能等 情况，是设计、应用机器人必须考虑的问题。
机器人的主要技术参数有自由度、分辨率、工作空间、工作速度、 工 作载荷等。
工具坐标系 工具坐标系是一个直角坐标系，位于工具上。它是与机器人工具固连的 笛卡尔坐标系，随机器人的运动而改变。通常是最适于对机器人进行编 程的坐标系。
用户坐标系 用户坐标系是一个直角坐标系，用来说明工件的位置。
2.3.2 分类介绍
1. 关节坐标系 机器人由多个运动关节组成，机械手的每一个轴都可以进行独立的操作，各 个关节都可以独立运动，如图 4-14所示。对运动范围大且不要求机器人末 端姿态的情况，建议选用关节坐标系。在关节坐标系下，每个轴可单独运 动，通过示教器上相应的键控制机器人的各个轴示教，其运动方式见表 41。
第一章 工业机器人基础
工作空间
➢ 工作空间也称工作范围、工作行程。工业机器人执行任务时，其手腕参
考点或末端操作器安装点（不包括末端操作器）所能掠过的空间，一般不 包括末端操作器本身所能到达的区域。
➢ 目前，单体工业机器人本体的工作范围可达3.5 m 左右。
• MOTOMAN-EA1900N弧焊专用机器人，属于垂直多关节型机器人。 • 图2-6 图2-7 为此种机器人的工作范围。
加速度 的方向
D
C
负载的 质量
A
速度大 小和方
向
B
加速度 的大小
分辨率
机器人的分辨率由系统设计检测参数决定，并受到位置反馈检测单 元性能的影响。分辨率可分为编程分辨率与控制分辨率。
1、编程分辨率
是指程序中可以设定的最小 距离单位，又称为基准分辨
率。
例如：当电机旋转0.1度，机器人腕点 （手尖端点）移动的直线距离为0.01mm 时，其基准分辨率为0.01mm。
2.3.1 简介
2.3 坐标系
机器人是由运动轴和连杆组成的，而其运动方式是在不同的坐标系下进 行的，为了掌 握机器人的示教方法，应首先了解机器人的坐标系及各运动轴 在不同坐标系的运动。
主要有： 关节坐标系 绝对坐标系(直角坐标系) 圆柱坐标系 工具坐标系 用户坐标系
关节坐标系 机器人每个轴均可以独立地正向或反向转动，关节坐标系是机器人各关 节 上固定的坐标系，用于确定机器人的关节角。
图4-15工业机器人绝对坐标系
主运动轴 腕运动轴
表4-2 绝对坐标系下机器人的运动方式
轴
轴1 轴2 轴3 轴4 轴5 轴6
运动方式 沿 X 轴方向运动 沿 Y 轴方向运动 沿 Z 轴方向运动
未端点位置不变，机器人 分别绕 X 、Y、Z 轴转动