先进制造技术 教学课件 作者 李伟 第5章-工业机器人.ppt

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1、第1章绪论第2章制造自动化技术第3章微细加工技术第4章快速原型技术第5章工业机器人第6章虚拟制造技术第7章纳米技术第8章压电驱动与控制技术第9章绿色制造技术第5章工业机器人中国农业大学先进制造技术第5章工业机器人5.1概述5.2工业机器人的机械结构设计5.3工业机器人运动学和动力学5.4工业机器人轨迹规划和控制5.5工业机器人的感觉技术5.6工业机器人在现代制造技术中的应用5.7工业机器人的发展趋势5.1概述5.1.1工业机器人的概念5.1.2工业机器人的基本组成和结构特点5.1.3工业机器人的分类5.1.4工业机器人的基本参数和性能指标

2、5.1.1工业机器人的概念机器人是一个在三维空间中具有较多自由度的，并能实现诸多拟人动作和功能的机器。工业机器人则是在工业生产中应用的机器人，是一种可重复编程的、多功能的、多自由度的自动控制操作机。机器人时代的到来5.1.2工业机器人的基本组成和结构特点现代的工业机器人一般由机械系统、控制系统、驱动系统、智能系统四大部分组成。控制系统驱动系统机械系统机械手转动肘部伸张肩部回转上臂前臂偏摆俯仰翻滚手腕法兰3412图5-1工业机器人的组成1－基座2－腰部3－臂部4－腕部中国农业大学5.1.2工业机器人的基本组成和结构特点工业机器人在结构上特点

3、，主要有：1）工业机器人操作机可以简化成各连杆首尾相接，末端开放的一个开式连杆系，连杆末端一般无法加以支撑，因而操作机的结构刚度差。2）在组成操作机的开式连杆系中，每根连杆都具有独立的驱动器，因而属于主动连杆系。3）连杆驱动扭矩在运动过程中的变化规律比较复杂，连杆的驱动属于伺服控制型，对机械传动系统的刚度、间隙和运动精度都有较高的要求。4）连杆的受力状态、刚度条件和动态性能都随位姿的改变而变化，因此容易发生振动或其它不稳定现象。5.1.3工业机器人的分类按结构形式分类按驱动方式分类按自由度数目分类按控制类型分类5.1.4工业机器人的基本参

4、数和性能指标工作空间（WorkSpace）运动自由度（DOF，DegreeofFreedom）运动精度（Accuracy）有效负载（Payload）运动特性（Speed）动态特性5.2工业机器人的机械结构设计5.2.1机器人机型评价5.2.2机器人的臂部结构5.2.3机器人的腕部结构5.2.4机器人的手部结构5.2.1机器人机型评价性能指标能耗指标寿命指标5.2.2机器人的臂部结构机器人的臂部一般要求具有前后伸缩、上下升降、左右回转等运动功能。机器人的臂部由大臂和小臂组成，大臂完成回转、升降或上下摆动运动，而小臂完成伸缩运动。大臂与基座相

5、连，小臂前段装有腕部和手部（有时也可以没有腕部）。图5-3为一种比较典型的手臂机构，图5-4为一种手臂作回转运动的结构。12123图5-3齿轮齿条增倍的手臂机构1－运动齿条2－齿轮3－活塞杆图5-4手臂回转运动机构1－齿轮2－齿条活塞活塞5.2.2机器人的臂部结构5.2.3机器人的腕部结构机器人的腕部是小臂（上臂）和手部（末端执行器）之间的连接部件。起着支撑手部、调整和改变手方位的作用，故腕部也称作机器人的姿态机构。机器人的腕部结构按自由度数目可分为单自由度、二自由度和三自由度手腕。图5-5为一种单自由度手腕，图5-6为二自由度手腕。5.

6、2.3机器人的腕部结构图5-5SCARA机器人5.2.3机器人的腕部结构图5-6汇交式两自由度手腕1－法兰2－锥齿轮轴3－锥齿轮4、8－弹簧5、7－链轮6、9－轴承10－转壳Ln123456710895.2.4机器人的手部结构工业机器人的手部（末端执行器）是装在手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。手部与手腕相连处一般可以拆卸，以适应不同的作业需要。常见的机器人末端执行器有夹持式、吸附式和拟手指式等几种型式。图5-10为一种夹持式末端执行器，图5-11为一种气流副压吸附式末端执行器，图5-12为一种3指手爪的拟手指式末端执行器。5.2.4机

7、器人的手部结构45123图5-10夹持式末端执行器1－手指2－传动机构3－驱动装置4－工件5.2.4机器人的手部结构图5-11气流负压吸附取料手1－橡胶吸盘2－心套3－通气螺钉4－支承杆5－喷嘴6－喷嘴套1234565.2.4机器人的手部结构图5-12三指手爪S.F.（第2指）F.F.（第1指）T.F.（第3指）5.3工业机器人运动学和动力学分析5.3.1工业机器人运动学分析5.3.2工业机器人动力学分析5.3.1工业机器人运动学分析机器人运动学研究的是操作机各连杆间的位移关系、速度关系和加速度关系，关节变量与机器人末端执行器位姿和运动的

8、系。机器人连杆参数及连杆坐标系的建立为了研究操作机各连杆之间的位移关系，可在每个连杆上固接一个坐标系，然后描述这些坐标系之间的关系。工业机器人运动学方程雅可比矩阵运动学方程建立的是操作空间与关