【導(dǎo)讀】機(jī)器人的基本工作原理是示教再現(xiàn)；示教也稱(chēng)導(dǎo)引，即由用戶導(dǎo)引機(jī)器人，一步步按實(shí)際任務(wù)操作一遍，機(jī)器人在導(dǎo)引過(guò)程中自動(dòng)記憶示教的每個(gè)動(dòng)作的位置、姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)/工藝參數(shù)等，并自動(dòng)生成一個(gè)連續(xù)執(zhí)行全部操作的程序。此文將工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)及技術(shù)指標(biāo)描述很為詳盡，值得細(xì)看！
一、常用運(yùn)動(dòng)學(xué)構(gòu)形
1、笛卡爾操作臂
優(yōu)點(diǎn)：很容易通過(guò)計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)，容易達(dá)到高精度。缺點(diǎn)：妨礙工作, 且占地面積大, 運(yùn)動(dòng)速度低, 密封性不好。
①焊接、搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測(cè)、探傷、分類(lèi)、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂、目標(biāo)跟隨、排爆等一系列工作。
②特別適用于多品種，便批量的柔性化作業(yè)，對(duì)于穩(wěn)定，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代有著十分重要的作用。
2、鉸鏈型操作臂（關(guān)節(jié)型）
關(guān)節(jié)機(jī)器人的關(guān)節(jié)全都是旋轉(zhuǎn)的， 類(lèi)似于人的手臂,工業(yè)機(jī)器人中最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)。它的工作范圍較為復(fù)雜。
①汽車(chē)零配件、模具、鈑金件、塑料制品、運(yùn)動(dòng)器材、玻璃制品、陶瓷、航空等的快速檢測(cè)及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。
②車(chē)身裝配、通用機(jī)械裝配等制造質(zhì)量控制等的三坐標(biāo)測(cè)量及誤差檢測(cè)。
③古董、藝術(shù)品、雕塑、卡通人物造型、人像制品等的快速原型制作。
④汽車(chē)整車(chē)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和檢測(cè)。
⑤人體形狀測(cè)量、骨骼等醫(yī)療器材制作、人體外形制作、醫(yī)學(xué)整容等。
3、SCARA操作臂
SCARA機(jī)器人常用于裝配作業(yè), 最顯著的特點(diǎn)是它們?cè)趚-y平面上的運(yùn)動(dòng)具有較大的柔性, 而沿z軸具有很強(qiáng)的剛性, 所以, 它具有選擇性的柔性。這種機(jī)器人在裝配作業(yè)中獲得了較好的應(yīng)用。
①大量用于裝配印刷電路板和電子零部件
②搬動(dòng)和取放物件，如集成電路板等
③廣泛應(yīng)用于塑料工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、電子產(chǎn)品工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域.
④搬取零件和裝配工作。
4、球面坐標(biāo)型操作臂
特點(diǎn)：中心支架附近的工作范圍大,兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置容易密封,覆蓋工作空間較大。但該坐標(biāo)復(fù)雜, 難于控制,且直線驅(qū)動(dòng)裝置存在密封的問(wèn)題。
5、圓柱面坐標(biāo)型操作臂
優(yōu)點(diǎn)：且計(jì)算簡(jiǎn)單;直線部分可采用液壓驅(qū)動(dòng),可輸出較大的動(dòng)力; 能夠伸入型腔式機(jī)器內(nèi)部。缺點(diǎn)：它的手臂可以到達(dá)的空間受到限制, 不能到達(dá)近立柱或近地面的空間;
直線驅(qū)動(dòng)部分難以密封、防塵; 后臂工作時(shí), 手臂后端會(huì)碰到工作范圍內(nèi)的其它物體。
6、冗余機(jī)構(gòu)
通?？臻g定位需要6個(gè)自由度，利用附加的關(guān)節(jié)可以幫助機(jī)構(gòu)避開(kāi)奇異位形。下圖為7自由度操作臂位形
7、閉環(huán)結(jié)構(gòu)
閉環(huán)結(jié)構(gòu)可以提高機(jī)構(gòu)剛度，但會(huì)減小關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍，工作空間有一定減小。
①運(yùn)動(dòng)模擬器；
②并聯(lián)機(jī)床；
③微操作機(jī)器人；
④力傳感器；
⑤生物醫(yī)學(xué)工程中的細(xì)胞操作機(jī)器人、可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的注射和分割；
⑥微外科手術(shù)機(jī)器人；
⑦大型射電天文望遠(yuǎn)鏡的姿態(tài)調(diào)整裝置；
⑧混聯(lián)裝備等，如SMT公司的Tricept混聯(lián)機(jī)械手模塊是基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)單元的模塊化設(shè)計(jì)的成功典范。
工業(yè)機(jī)器人的幾種常用結(jié)構(gòu)形式（圖）
二、機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)
機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)反映了機(jī)器人可勝任的工作、具有的最高操作性能等情況，是設(shè)計(jì)、應(yīng)用機(jī)器人必須考慮的問(wèn)題。機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)有自由度、分辨率、工作空間、工作速度、工作載荷等。
1、自由度
機(jī)器人具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。 機(jī)器人的自由度是指確定機(jī)器人手部在空間的位置和姿態(tài)時(shí)所需要的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。手指的開(kāi)、合，以及手指關(guān)節(jié)的自由度一般不包括在內(nèi)。.機(jī)器人的自由度數(shù)一般等于關(guān)節(jié)數(shù)目。 機(jī)器人常用的自由度數(shù)一般不超過(guò)5～6個(gè)。
2、關(guān)節(jié)（Joint）
即運(yùn)動(dòng)副，允許機(jī)器人手臂各零件之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。
3、工作空間
機(jī)器人手臂或手部安裝點(diǎn)所能達(dá)到的所有空間區(qū)域。其形狀取決于機(jī)器人的自由度數(shù)和各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的類(lèi)型與配置。機(jī)器人的工作空間通常用圖解法和解析法兩種方法進(jìn)行表示。
4、工作速度
機(jī)器人在工作載荷條件下、勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械接口中心或工具中心點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)所移動(dòng)的距離或轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。
5、工作載荷
指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)任何位置上所能承受的最大負(fù)載，一般用質(zhì)量、力矩、慣性矩表示。還和運(yùn)行速度和加速度大小方向有關(guān)，一般規(guī)定高速運(yùn)行時(shí)所能抓取的工件重量作為承載能力指標(biāo)。
6、分辨率
能夠?qū)崿F(xiàn)的最小移動(dòng)距離或最小轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
7、精度
重復(fù)性或重復(fù)定位精度：指機(jī)器人重復(fù)到達(dá)某一目標(biāo)位置的差異程度?；蛟谙嗤奈恢弥噶钕?，機(jī)器人連 續(xù)重復(fù)若干次其位置的分散情況。它是衡量一列誤差值的密集程度，即重復(fù)度。
三、機(jī)器人常用材料
1）碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼 這類(lèi)材料強(qiáng)度好，特別是合金結(jié)構(gòu)鋼，其強(qiáng)度增大了4～5倍，彈性模量E大，抗變形能力強(qiáng)，是應(yīng)用最廣泛的材料。
2）鋁、鋁合金及其他輕合金材料 這類(lèi)材料的共同特點(diǎn)是重量輕，彈性模量E并不大，但是材料密度小，故E/ρ之比仍可與鋼材相比。有些稀貴鋁合金的品質(zhì)得到了更明顯的改善，例如添加3.2％(重量百分比)鋰的鋁合金，彈性模量增加了14％，E/ρ比增加了16％。
3）纖維增強(qiáng)合金 這類(lèi)合金如硼纖維增強(qiáng)鋁合金、石墨纖維增強(qiáng)鎂合金等，其E/ρ比分別達(dá)到11.4×107和8.9×107。這種纖維增強(qiáng)金屬材料具有非常高的E/ρ比，但價(jià)格昂貴。
4）陶瓷 陶瓷材料具有良好的品質(zhì)，但是脆性大，不易加工，日本已經(jīng)試制了在小型高精度機(jī)器人上使用的陶瓷機(jī)器人臂樣品。
5）纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 這類(lèi)材料具有極好的E/ρ比，而且還具有十分突出的大阻尼的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)金屬材料不可能具有這么大的阻尼，所以在高速機(jī)器人上應(yīng)用復(fù)合材料的實(shí)例越來(lái)越多。
6）粘彈性大阻尼材料 增大機(jī)器人連桿件的阻尼是改善機(jī)器人動(dòng)態(tài)特性的有效方法。目前有許多方法用來(lái)增加結(jié)構(gòu)件材料的阻尼，其中最適合機(jī)器人采用的一種方法是用粘彈性大阻尼材料對(duì)原構(gòu)件進(jìn)行約束層阻尼處理。
四、機(jī)器人主要結(jié)構(gòu)
㈠、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置
概念：要使機(jī)器人運(yùn)行起來(lái), 需給各個(gè)關(guān)節(jié)即每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度安置傳動(dòng)裝置 作用：提供機(jī)器人各部位、各關(guān)節(jié)動(dòng)作的原動(dòng)力。
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：可以是液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)、電動(dòng)傳動(dòng), 或者把它們結(jié)合起來(lái)應(yīng)用的綜合系統(tǒng); 可以是直接驅(qū)動(dòng)或者是通過(guò)同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行間接驅(qū)動(dòng)。
1、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置
電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的能源簡(jiǎn)單，速度變化范圍大，效率高，速度和位置精度都很高。但它們多與減速裝置相聯(lián)，直接驅(qū)動(dòng)比較困難。
電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置又可分為直流(DC)、交流(AC)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 直流伺服電機(jī)電刷易磨損，且易形成火花。無(wú)刷直流電機(jī)也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)多為開(kāi)環(huán)控制，控制簡(jiǎn)單但功率不大，多用于低精度小功率機(jī)器人系統(tǒng)。
電動(dòng)上電運(yùn)行前要作如下檢查：
1）電源電壓是否合適（過(guò)壓很可能造成驅(qū)動(dòng)模塊的損壞）； 對(duì)于直流輸入的+/-極性一定不能接錯(cuò)，驅(qū)動(dòng)控制器上的電機(jī)型號(hào)或電流設(shè)定值是否合適（開(kāi)始時(shí)不要太大）；
2）控制信號(hào)線接牢靠，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最好要考慮屏蔽問(wèn)題（如采用雙絞線）；
3）不要開(kāi)始時(shí)就把需要接的線全接上，只連成最基本的系統(tǒng)，運(yùn)行良好后，再逐步連接。
4）一定要搞清楚接地方法，還是采用浮空不接。
5）開(kāi)始運(yùn)行的半小時(shí)內(nèi)要密切觀察電機(jī)的狀態(tài)，如運(yùn)動(dòng)是否正常，聲音和溫升情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即停機(jī)調(diào)整。
2、液壓驅(qū)動(dòng)
通過(guò)高精度的缸體和活塞來(lái)完成，通過(guò)缸體和活塞桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。
優(yōu)點(diǎn)：功率大，可省去減速裝置直接與被驅(qū)動(dòng)的桿件相連，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度好，響應(yīng)快，伺服驅(qū)動(dòng)具有較高的精度。
缺點(diǎn)：需要增設(shè)液壓源，易產(chǎn)生液體泄漏，不適合高、低溫場(chǎng)合，故液壓驅(qū)動(dòng)目前多用于特大功率的機(jī)器人系統(tǒng)。
選擇適合的液壓油。 防止固體雜質(zhì)混入液壓系統(tǒng)，防止空氣和水入侵液壓系統(tǒng) 。機(jī)械作業(yè)要柔和平順機(jī)械作業(yè)應(yīng)避免粗暴，否則必然產(chǎn)生沖擊負(fù)荷，使機(jī)械故障頻發(fā)，大大縮短使用壽命。要注意氣蝕和溢流噪聲。作業(yè)中要時(shí)刻注意液壓泵和溢流閥的聲音，如果液壓泵出現(xiàn)“氣蝕”噪聲，經(jīng)排氣后不能消除，應(yīng)查明原因排除故障后才能使用。 保持適宜的油溫。液壓系統(tǒng)的工作溫度一般控制在30～80℃之間為宜。
3、氣壓驅(qū)動(dòng)
氣壓驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清潔，動(dòng)作靈敏，具有緩沖作用。 .但與液壓驅(qū)動(dòng)裝置相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高的點(diǎn)位控制機(jī)器人。
（1）具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便、價(jià)格低等特點(diǎn)。適于在中、小負(fù)荷的機(jī)器人中采用。但因難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機(jī)械人中，如在上、下料和沖壓機(jī)器人中應(yīng)用較多。
（2）在多數(shù)情況下是用于實(shí)現(xiàn)兩位式的或有限點(diǎn)位控制的中、小機(jī)器人中的。
（3）控制裝置目前多數(shù)選用可編程控制器(PLC控制器)。在易燃、易爆場(chǎng)合下可采用氣動(dòng)邏輯元件組成控制裝置。
㈡、直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
傳動(dòng)裝置是連接動(dòng)力源和運(yùn)動(dòng)連桿的關(guān)鍵部分，根據(jù)關(guān)節(jié)形式，常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式有直線傳動(dòng)和旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
直線傳動(dòng)方式可用于直角坐標(biāo)機(jī)器人的X、Y、Z向驅(qū)動(dòng)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的徑向驅(qū)動(dòng)和垂直升降驅(qū)動(dòng)，以及球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的徑向伸縮驅(qū)動(dòng)。
直線運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)齒輪齒條、絲杠螺母等傳動(dòng)元件將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，也可以有直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可以直接由氣缸或液壓缸的活塞產(chǎn)生。
1、齒輪齒條裝置
通常齒條是固定的。齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成托板的直線運(yùn)動(dòng)。
· 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
· 缺點(diǎn)：回差較大。
2、滾珠絲杠
在絲杠和螺母的螺旋槽內(nèi)嵌入滾珠，并通過(guò)螺母中的導(dǎo)向槽使?jié)L珠能連續(xù)循環(huán)。
· 優(yōu)點(diǎn)：摩擦力小，傳動(dòng)效率高，無(wú)爬行，精度高
· 缺點(diǎn)：制造成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
自鎖問(wèn)題：理論上滾珠絲杠副也可以自鎖,但是實(shí)際應(yīng)用上沒(méi)有使用這個(gè)自鎖的,原因主要是：可靠性很差，或加工成本很高；因?yàn)橹睆脚c導(dǎo)程比非常大，一般都是再加一套蝸輪蝸桿之類(lèi)的自鎖裝置。
㈢、旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
采用旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的目的是將電機(jī)的驅(qū)動(dòng)源輸出的較高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成較低轉(zhuǎn)速，并獲得較大的力矩。機(jī)器人中應(yīng)用較多的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有齒輪鏈、同步皮帶和諧波齒輪。
1、齒輪鏈
（1）轉(zhuǎn)速關(guān)系
（2）力矩關(guān)系
2、同步皮帶
同步帶是具有許多型齒的皮帶，它與同樣具有型齒的同步皮帶輪相嚙合。工作時(shí)相當(dāng)于柔軟的齒輪。
· 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)滑動(dòng)，柔性好，價(jià)格便宜，重復(fù)定位精度高。
· 缺點(diǎn)：具有一定的彈性變形。
3、諧波齒輪
諧波齒輪由剛性齒輪、諧波發(fā)生器和柔性齒輪三個(gè)主要零件組成，一般剛性齒輪固定，諧波發(fā)生器驅(qū)動(dòng)柔性齒輪旋轉(zhuǎn)。 主要特點(diǎn)：
(1)、傳動(dòng)比大，單級(jí)為50—300。
(2)、傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力高。
(3)、傳動(dòng)效率高,可達(dá)70%—90%。
(4)、傳動(dòng)精度高,比普通齒輪傳動(dòng)高3—4倍。
(5)、回差小，可小于3’。
(6)、不能獲得中間輸出，柔輪剛度較低。
諧波傳動(dòng)裝置在機(jī)器人技術(shù)比較先進(jìn)的國(guó)家已得到了廣泛的應(yīng)用。僅就日本來(lái)說(shuō)，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置的60％都采用了諧波傳動(dòng)。
美國(guó)送到月球上的機(jī)器人，其各個(gè)關(guān)節(jié)部位都采用諧波傳動(dòng)裝置，其中一只上臂就用了30個(gè)諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
前蘇聯(lián)送入月球的移動(dòng)式機(jī)器人“登月者”，其成對(duì)安裝的8個(gè)輪子均是用密閉諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的。 .德國(guó)大眾汽車(chē)公司研制的ROHREN、GEROT R30型機(jī)器人和法國(guó)雷諾公司研制的VERTICAL 80型機(jī)器人等都采用了諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
㈣、機(jī)器人傳感系統(tǒng)
1、感受系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成, 用以獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。
2、智能傳感器的使用提高了機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性、適應(yīng)性和智能化的水準(zhǔn)。
3、智能傳感器的使用提高了機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性、適應(yīng)性和智能化的水準(zhǔn)。
4、對(duì)于一些特殊的信息, 傳感器比人類(lèi)的感受系統(tǒng)更有效。
㈤、機(jī)器人位置檢測(cè)
旋轉(zhuǎn)光學(xué)編碼器是最常用的位置反饋裝置。光電探測(cè)器把光脈沖轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制波形。軸的轉(zhuǎn)角通過(guò)計(jì)算脈沖數(shù)得到，轉(zhuǎn)動(dòng)方向由兩個(gè)方波信號(hào)的相對(duì)相位決定。
感應(yīng)同步器輸出兩個(gè)模擬信號(hào)——軸轉(zhuǎn)角的正弦信號(hào)和余弦信號(hào)。軸的轉(zhuǎn)角由這兩個(gè)信號(hào)的相對(duì)幅值計(jì)算得到。感應(yīng)同步器一般比編碼器可靠，但它的分辨率較低。
電位計(jì)是最直接的位置檢測(cè)形式。它連接在電橋中，能夠產(chǎn)生與軸轉(zhuǎn)角成正比的電壓信號(hào)。但是，由于分辨率低、線性不好以及對(duì)噪聲敏感。
轉(zhuǎn)速計(jì)能夠輸出與軸的轉(zhuǎn)速成正比的模擬信號(hào)。如果沒(méi)有這樣的速度傳感器，可以通過(guò)對(duì)檢測(cè)到的位置相對(duì)于時(shí)間的差分得到速度反饋信號(hào)。
㈥、機(jī)器人力檢測(cè)
力傳感器通常安裝在操作臂下述三個(gè)位置：
1、安裝在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器上?？蓽y(cè)量驅(qū)動(dòng)器/減速器自身的力矩或者力的輸出。但不能很好地檢測(cè)末端執(zhí)行器與環(huán)境之間的接觸力。
2、安裝在末端執(zhí)行器與操作臂的終端關(guān)節(jié)之間，可稱(chēng)腕力傳感器。通常，可以測(cè)量施加于末端執(zhí)行器上的三個(gè)到六個(gè)力/力矩分量。
3、安裝在末端執(zhí)行器的“指尖”上。通常，這些帶有力覺(jué)得手指內(nèi)置了應(yīng)變計(jì)，可以測(cè)量作用在指尖上的一個(gè)到四個(gè)分力。
㈦、機(jī)器人－環(huán)境交互系統(tǒng)
1、機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。
2、工業(yè)機(jī)器人與外部設(shè)備集成為一個(gè)功能單元，如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等。也可以是多臺(tái)機(jī)器人、多臺(tái)機(jī)床或設(shè)備、多個(gè)零件存儲(chǔ)裝置等集成 。
3、也可以是多臺(tái)機(jī)器人、多臺(tái)機(jī)床或設(shè)備、多個(gè)零件存儲(chǔ)裝置等集成為一個(gè)去執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的功能單元。
㈧、人機(jī)交互系統(tǒng)
人機(jī)交互系統(tǒng)是使操作人員參與機(jī)器人控制并與機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)系的裝置。 該系統(tǒng)歸納起來(lái)分為兩大類(lèi): 指令給定裝置和信息顯示裝置。
五、機(jī)器人的控制系統(tǒng)
1、機(jī)器人的控制系統(tǒng)
“控制”的目的是使被控對(duì)象產(chǎn)生控制者所期望的行為方式。 .“控制”的基本條件是了解被控對(duì)象的特性。 “實(shí)質(zhì)”是對(duì)驅(qū)動(dòng)器輸出力矩的控制。
2、機(jī)器人示教原理
機(jī)器人的基本工作原理是示教再現(xiàn)；示教也稱(chēng)導(dǎo)引，即由用戶導(dǎo)引機(jī)器人，一步步按實(shí)際任務(wù)操作一遍，機(jī)器人在導(dǎo)引過(guò)程中自動(dòng)記憶示教的每個(gè)動(dòng)作的位置、姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)/工藝參數(shù)等，并自動(dòng)生成一個(gè)連續(xù)執(zhí)行全部操作的程序。完成示教后，只需給機(jī)器人一個(gè)啟動(dòng)命令，機(jī)器人將精確地按示教動(dòng)作，一步步完成全部操作；
3、機(jī)器人控制的分類(lèi) ：
1）按照有無(wú)反饋分為：開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制；
開(kāi)環(huán)精確控制的條件：精確地知道被控對(duì)象的模型，并且這一模型在控制過(guò)程中保持不變。
2）按照期望控制量分為：位置控制，力控制，混合控制 ；
位置控制分為：?jiǎn)侮P(guān)節(jié)位置控制（位置反饋，位置速度反饋，位置速度加速度反饋）、多關(guān)節(jié)位置控制、多關(guān)節(jié)位置控制分為分解運(yùn)動(dòng)控、集中控制；力控制分為：直接力控制、阻抗控制、力位混合控制 ；
3）智能化的控制方式 ：模糊控制、自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 、專(zhuān)家控制以及其他；
4、控制系統(tǒng)硬件配置及結(jié)構(gòu)：
由于機(jī)器人的控制過(guò)程中涉及大量的坐標(biāo)變換和插補(bǔ)運(yùn)算以及較低層的實(shí)時(shí)控制，所以，目前的機(jī)器人控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上大多數(shù)采用分層結(jié)構(gòu)的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通常采用的是兩級(jí)計(jì)算機(jī)伺服控制系統(tǒng)。
1）具體流程：
主控計(jì)算機(jī)接到工作人員輸入的作業(yè)指令后，首先分析解釋指令，確定手的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和插補(bǔ)運(yùn)算，最后得出機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。這些參數(shù)經(jīng)過(guò)通信線路輸出到伺服控制級(jí)，作為各個(gè)關(guān)節(jié)伺服控制系統(tǒng)的給定信號(hào)。關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器將此信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)產(chǎn)生協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。 傳感器將各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)輸出信號(hào)反饋回伺服控制級(jí)計(jì)算機(jī)形成局部閉環(huán)控制，從而更加精確的控制機(jī)器人手部在空間的運(yùn)動(dòng)。
2）基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制 兩種控制方式：
1、利用PLC的某些輸出端口使用脈沖輸出指令來(lái)產(chǎn)生脈沖驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)使用通用I/O或者計(jì)數(shù)部件來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)位置控制。
2、使用PLC外部擴(kuò)展的位置控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)位置控制主要是以發(fā)高速脈沖方式控制，屬于位置控制方式，一般點(diǎn)到點(diǎn)的位置控制方式較多。
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