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工业机器人看起来高大尚,很多初学者学习的时候无从入手,实际上只要掌握了以下这些概念和基础,你完全就理解它的机理和落地场景了。

1.1工业机器人常用术语

1.自由度(degree of freedom,dof) 物体相对坐标系能够进行独立运动的数目称为自由度,对于自由刚体,具有6个自由度。自由度常作为机器人的技术指标,反映机器人的灵活性,对于弧焊机器人一般应具有6个或以上的自由度。

2.位姿(pose)位姿指工具的位置和姿态。

3.末端操作器( end effector)末端操作器位于机器人腕部末端,是直接执行工作要求的装置,如夹持器、焊枪、焊钳等。

4.载荷( payload) 载荷指机器人手腕部的最大负重,通常情况下弧焊机器人载荷为 5-20kg,点焊机器人 载荷为 50~200kg。

5.工作空间( working space),工作空间是指机器人工作时,其腕轴交点能在空间活动的范围。

6.重复位姿精度( pose repeatability),在同一条件下,重复n 次所测得的位姿一致的程度。轨迹重复精度( path repeatability)沿同一轨迹跟随n次,所测得的轨迹之间的一致程度。 1.2 工业机器人运动控制

1.机器人连杆参数及连杆坐标系变换机器人手臂可以看作是一个开链式多连杆机构,始端连杆就是机器人的机座,末端连杆与工具相连,相邻连杆之间用一个关节连接在一起。 一个有6 个自由度的机器人,由6 个连杆和6 个关节组成。

2.机器人运动学

机器人运动学主要包括两方面内容: (1) 运动学正运算 已知各关节角值,求工具在空间的位置和姿态。实际上这是建立运动学方程的过程。如果通过传感器(通常为绝对编码器)获得各关节变量的值,就可以 确定机器人末端连杆上工具的位置和姿态。这样就解决了机器人的正运动学问题。 (2)运动学逆运算 已知工具的位姿,求各关节角值,这是求解运动学方程的问题。换句话说,机器人运动学方程,描述的是末端连杆(工具)相对于基坐标系之间的变换矩阵与关节变量之间的关系,是运动学方程求解的过程。 机器人运动学只限于对机器人相对于参考坐标系的位姿和运动问题的讨论,未涉及引起这些运动的力和力矩以及与机器人运动的关系。

3.机器人动力学

机器人动力学主要研究机器人运动和受力之间的关系,目的是对机器人进行控制、优化设计和仿真。机器人动态性能不仅与运动学因素有关,还与机器人的结构形式、质量分布、执行机构的位置、传动装置等对动力学产生重要影响的因素有关。

1)机器人是一个复杂的动力学系统,在关节驱动力矩(驱动力)的作用下产生运动变化,或与外载荷取得力矩平衡。

2)机器人控制系统是多变量的、非线性的自动控制系统,也是动力学耦合系统,每一个控制任务本身就是一个动力学任务。

3)动力学的正、逆问题:

①正问题是已知机器人各关节的作用力或力矩,求机器人各 关节的位移、速度和加速度(即运动轨迹),主要用于机器人的仿真;

②逆问题是已知机器人各关节的位移、速度和加速度,求解所需要的关节作用力或力矩,以便实现实时控制。 机器人动力学的实质,即求解机器人动态特性的运动方程式,一旦给定输入的力或力矩,就确定了系统的运动结果。

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