2.4 转动关节和移动关节
关节运动的基本形式
关节运动的基本形式
机器人关节运动分为四种基本形式：
1．直线运动：机器人负责轴向和纵向运动，将机器人发射器从一个位置移动到另一个位置，实现任务要求的特定位置。
2．旋转运动：机器人检测物体位置、旋转和移动，以及进行有关操作时，机器人臂要进行定向旋转。
3．夹紧运动：机器人对物体进行各种成型或者组装时，需要向物体施加可控的力，以实现紧固、拧紧等操作。
4．组合运动：有时候，机器人运动不能局限于单一的线性运动，需要利用各关节之间的组合运动，来达到任务要求的位置和旋转角度。
六轴机器人各关节运动副形式
六轴机器人各关节运动副形式六轴机器人是一种具有六个自由度的机器人，可以在三维空间内进行高精度的运动控制，广泛应用于工业生产线、医疗设备、航空航天等领域。
其中，六轴机器人的关节运动副形式是其核心部分之一，下面将详细介绍六轴机器人各关节运动副形式。
一、旋转关节旋转关节是最简单的一种关节形式，其结构类似于普通的转轴。
旋转关节可以使机器人在一个平面内进行旋转运动，并且可以通过不同角度的组合实现全方位的运动控制。
旋转关节主要由电机、减速器和输出轴组成，其中电机提供驱动力，减速器起到降低速度和增加扭矩的作用，输出轴则将旋转运动传递给下一个关节或末端执行器。
二、直线关节直线关节可以使机器人在一个直线上进行直线运动。
其结构类似于滑块和导轨组合而成。
直线关节主要由电机、减速器和导轨组成，其中电机提供驱动力，减速器起到降低速度和增加扭矩的作用，导轨则将直线运动传递给下一个关节或末端执行器。
直线关节通常用于需要进行精确位置控制的场合，例如组装、焊接等。
三、旋转-旋转关节旋转-旋转关节可以使机器人在两个平面内进行旋转运动。
其结构类似于两个旋转关节组合而成。
旋转-旋转关节主要由电机、减速器和输出轴组成，其中电机提供驱动力，减速器起到降低速度和增加扭矩的作用，输出轴则将旋转运动传递给下一个关节或末端执行器。
四、旋转-直线关节旋转-直线关节可以使机器人在一个平面内进行旋转运动，并且可以在垂直于该平面的方向上进行直线运动。
其结构类似于一个旋转关节和一个直线关节组合而成。
旋转-直线关节主要由电机、减速器、输出轴和导轨组成，其中电机提供驱动力，减速器起到降低速度和增加扭矩的作用，输出轴将旋转运动传递给导轨，在垂直方向上实现直线运动。
五、直线-旋转关节直线-旋转关节可以使机器人在一个直线上进行直线运动，并且可以在垂直于该直线的方向上进行旋转运动。
其结构类似于一个直线关节和一个旋转关节组合而成。
直线-旋转关节主要由电机、减速器、导轨和输出轴组成，其中电机提供驱动力，减速器起到降低速度和增加扭矩的作用，导轨将直线运动传递给输出轴，在垂直方向上实现旋转运动。
机器人学及其智能控制第2章 机器人的运动机构与执行机构
机器人一般有两种运动关节——转动关节和移(直)动 关节。
为了进行位置和速度控制，驱动系统中还包括位置和 速度检测元件。检测元件类型很多，但都要求有合适的精 度、连接方式以及有利于控制的输出方式。对于伺服电机 驱动，检测元件常与电机直接相联；对于液压驱动，则常 通过联轴器或销轴与被驱动的杆件相联。
• 直角坐标机器人 • 圆柱坐标型机器人 • 极坐标型机器人 • 多关节机器人 • 并联机器人
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直角坐标型
关节配置
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圆柱坐标型
关节配置
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极坐标型
关节配置
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水平关节型
关节配置
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驱动—传动系统的构成
度和位置精度都很高。但它们多与减速装置相联，直接驱 动比较困难。
电动驱动器又可分为直流 (DC)、交流(AC)伺服电机 驱动和步进电机驱动。
直流伺服电机有很多优点，但它的电刷易磨损，且易 形成火花。随着技术的进步，近年来交流伺服电机正逐渐 取代直流伺服电机而成为机器人的主要驱动器。
步进电机驱动多为开环控制，控制简单但功率不大， 多用于低精度小功率机器人系统。
机器人学及其智能控制 第二章 机器人的运动机构 与执行机构
机器人的运动机构与执行机构
• 常见运动机构 • 工业机器人常见运动形式 • 移动机器人常见的移动机构 • 机器人执行机构
机器人的运动机构与执行机构
丝杠传动 丝杠传动有滑动式、滚珠式和静压式等。机器人传动用的丝杠具备结 构紧凑、间隙小和传动效率高等特点。 1. 滚珠丝杠 滚珠丝杠的丝杠和螺母之间装了很多钢球，丝杠或螺母运动时钢球不 断循环，运动得以传递。因此，即使丝杠的导程角很小，也能得到90 ％以上的传动效率。
简述工业机器人的定义
习 题0.1 简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特征。
0.2 工业机器人与数控机床有什么区别？0.3 工业机器人与外界环境有什么关系？0.4 说明工业机器人的基本组成及三大部分之间的关系。
0.5 简述下面几个术语的含义：自由度、重复定位精度、工作原理、工作速度、承载能力。
0.6 什么叫冗余自由度机器人？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L 1=2L 2，关节的转角范围是0︒≤θ1≤180︒，–90︒≤θ2≤180︒，画出该机械手的工作范围(画图时可以设L 2=3 cm)。
0.8 工业机器人怎样按机械系统的基本结构来分类？ 0.9 工业机器人怎样按控制方式来分类？ 0.10 什么是SCARA 机器人，应用上有何特点？ 0.11 试总结机器人的应用情况。
题0.7图1.1 点矢量v 为[10.00 20.00 30.00]T ，相对参考系作如下齐次坐标变换：0.866 0.500 0.000 11.00.500 0.866 0.000 3.00.000 0.000 1.000 9.0 0 0 0 1 -⎡⎤⎢⎥-⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦A 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 。
1.2 有一旋转变换，先绕固定坐标系Z 0轴转45°，再绕其X 0轴转30°,最后绕其Y 0轴转60°，试求该齐次坐标变换矩阵。
1.3 坐标系{B }起初与固定坐标系{O }相重合，现坐标系{B }绕Z B 旋转30°，然后绕旋转后的动坐标系的X B 轴旋转45°，试写出该坐标系{B }的起始矩阵表达式和最后矩阵表达式。
1.4 坐标系{A }及{B }在固定坐标系{O }中的矩阵表达式为1.000 0.000 0.000 0.00.000 0.866 0.500 10.0 {}0.000 0.500 0.866 20.0 0 0 0 1 ⎡⎤⎢⎥-⎢⎥=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦A0.866 0.500 0.000 3.00.433 0.750 0.500 3.0{}0.250 0.433 0.866 3.0 0 0 0 1--⎡⎤⎢⎥--⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦B画出它们在{O }坐标系中的位置和姿态：1.5 写出齐次变换矩阵H AB ，它表示坐标系{B }连续相对固定坐标系{A }作以下变换： (1) 绕Z A 轴旋转90°。
机器人技术基础(课后习题答案)
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、工作范围、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，是重复同一位置的范围，可以用各次不同位置平均值的偏差来表示。
工作范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范围内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，关节的转角范围是0゜≤θ1≤180゜,-90゜≤θ2≤180゜,画出该机械手的工作范围（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 。
机器人运动学 ppt课件
控
-θ角，则其旋转变换矩阵就为：
制
cos sin 0
原
R z, ij
sin
cos
0
理
0
0 1
cos sin 0
R z , ij
sin
cos
0
0
0 1
ppt课件
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2019年12月18日12时47分
第2章 机器人运动学
2.2 齐次变换及运算
为移动关节为转动关节i1i1机器人运动学方程231运动学方程建立步骤相邻杆件位姿矩阵第一种坐标系建立坐标系i1i1关节i机器人运动学方程231运动学方程建立步骤相邻杆件位姿矩阵第一种坐标系机器人运动学方程231运动学方程建立步骤相邻杆件位姿矩阵第一种坐标系ii单步齐次变换矩阵机器人运动学方程231运动学方程建立步骤相邻杆件位姿矩阵第一种坐标系ii单步齐次变换矩阵机器人运动学方程231运动学方程建立步骤相邻杆件位姿矩阵第一种坐标系iii相邻杆件的位姿矩阵机器人运动学方程231运动学方程建立步骤cossinsincoscossinsincoscossinsinsincoscoscossincossinsincossincos相邻杆件位姿矩阵第一种坐标系iii相邻杆件的位姿矩阵cossinsinsincoscoscossincossinsincossincos机器人运动学方程231运动学方程建立步骤相邻杆件位姿矩阵第一种坐标系注意
R—izj ,—坐标系{j}变换到坐标系{i}的旋转变换矩阵，
也称为方向余弦矩阵。
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2019年12月18日12时47分
第2章 机器人运动学
2.2 齐次变换及运算
机
器 人
2.2.1 直角坐标变换
旋转关节常用字母
题目
转动关节用字母( )表示。
A.P
B.R
C.S
D.T
答案解析
B
机器人的关节分为几种类型?分别用什么字母表示？
1）平动关节（P-prismaticjoint），也称之为移动副，允许连杆作直线移动。
2）转动关节（R-revolutejoint），也称之为转动副，允许连杆作旋转运动。
关节机器人的主要分类
最佳答案
按照关节机器人的构造分类：
1、五轴和六轴关节机器人
拥有五个或六个旋转轴，类似于人类的手臂。
应用领域有装货、卸货、喷漆、表面处理、测试、测量、弧焊、点焊、包装、装配、切屑机床、固定、特种装配操作、锻造、铸造等。
2、托盘关节机器人
二个或四个旋转轴，以及机械抓手的定位锁紧装置。
应用领域有装货、卸货、包装、特种搬运操作、托盘运输等。
3、平面关节机器人SCARA
三个互相平行的旋转轴和一个线性轴。
应用领域有装货、卸货、焊接、包装、固定、涂层、喷漆、粘结、封装、特种搬运操作、装配等。
此外，还可以按照关节机器人的工作性质分类，可分为很多种，比如：搬运机器人，点焊机器人，弧焊机器人，喷漆机器人，激光切割机器人等等。
人体工程学第二章
课 堂 作 业
1.测量学校内各种室外家具或设施的尺寸，包 括：座椅、阶梯、栏杆、垃圾桶、指示牌等， 并将其绘制到A4的纸上（包括平面图和立面图 每类设施选择一种）。 测量学校内各级道路的尺寸。主要道路、园 路。（包括平面图和立面图）。 2.体验其使用的感觉，并做出简短评价。
课 外 作 业
测量居住空间内各种家具或设施的尺寸， 包括：床、椅子、桌子、沙发、衣柜等（至少 5类），并将其绘制到A4的纸上（每类设施选 择一种）。
肌肉施力由两种方式：
（1）动态肌肉施力 （2）静态肌肉施力
2.2.3.静态施力举例
静态肌肉施力的划分：
（1）持续10s以上，肌肉施大力 （2）持续1min以上，肌肉施中等力 （3）持续4min以上，肌肉施小力
2.2.4.避免静态肌肉施力
避免静态肌肉施力的几个要点：
（1）当静态肌肉施力无法避免时，肌肉施力的 大小应低于该肌肉最大肌力的15%。 （2）避免弯腰或其他不自然的姿势。 （3）避免长时间的抬手工作，应该使作业面降 到肘关节以下，以保证使用这的健康。
（1）人体的活动空间
人体姿势的变换和人体移动所占用的空间即构成了 人体活动空间。人体活动空间（作业空间)远远大于作 业域。
（2）基本姿态
立位
椅坐位
坐位
跪位
卧位
• 基本姿态所对应的尺寸群
（3）姿态变换
姿态的变换集中于正立姿势与其它可能姿态之间的 变换，姿态的变换所占用的空间并不一定等于变换前 的姿态和变换后的姿态占用空间的重叠。
以通常的手臂活动范围，桌子的宽度40cm就够了， 但是由于需要摆放各种用具，所以实际的桌子要大得 多。
水平作业域对于确定台面上的各种设备和物品的 摆放位置有重要的作用。