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1、工业机器人 演讲：*,目录,01,02,03,背景,搬运机器人SCARA,工业机器人结构与特点,01,背景,01背景,机器人”是存在于多种语言和文字的新造词，它体现了人类长期以来的一种愿望，即创造，出一种象人一样的机器，以便能够代替人去进行各种工作。日语：捷克：robota，“苦力”的意思,01背景,我国东汉时期(公元25-229年)，张衡发明的指南车是一种机器人的雏形。,公元1768一一1774年间，瑞士钟表匠德罗斯父子三人，设计制造出三个象真人一样大小的机器人、。写字偶人、绘图偶人和弹风琴偶人。它们是由凸轮控制和弹簧驱动的自动机器。同一期间日本物理学家细川半藏设计了各种自动机械图形。东汉时
2、期(公元25-229年)，张衡发明的指南车是一种机器人的雏形。,01背景,我国东汉时期(公元25-229年)，张衡发明的指南车是一种机器人的雏形。,1950年，美国著名科学幻想小说家阿西摩夫在他的小说我是机器人中，提出了有名的“机器人三守则”：（1）A robot may not injure a human being, or, through inaction,allow a human being to come to harm.（2）A robot must obey the orders given it by human beings except where such order
3、s would conflict with the First Law.（3）A robot must protect its own existence as long as such protection does not conflict with the First or Second Law. (1)机器人必须不危害人类，也不允许它眼看人将受害而袖手旁观。(2)机器人必须绝对服从于人类，除非这种服从有害于人类，(3)机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者是人类命令它作出牺牲。,这三条守则，给机器人社会赋以新的伦理性，并使机器人概念通俗化，更易于为人类社会所接受。至今，它仍为
4、机器入研究人员、设计制造厂家和用户，提供了十分有意义的指导育针。,01背景,应用范围遍及工业、科技和国防的各个领域。在美国，制造工业中的焊接、搬运装卸、铸造和材料加工所使用的机器人占多数；其次则为喷漆、装配和精整用机器人。逐渐向纤维、食品、电子和家用产品等工业部门扩展。在日本，工业机器人应用得最多的工业部门依次为电机制造、汽车制造、塑料成型、通用机械制造和金属加工等工业。日本二业机器人协会公布:机器人的应用领域涉及农林水产、土永建筑、运输、矿山、通讯、煤气、自来水、原子能发电、宇宙开发、医疗福利以及服务等行业。此外，还有许多军用、办公字用和家用机器入正在应用着。,01背景,机器人相关刊物：机器
5、人、机器人技术、Robotics Rcsearch 、Robotica和Robotics and Automation,02,工业机器人的结构与特点,02工业机器人的结构与特点,系统组成、机械手,基本结构,灵活性,自由度,各种分类方式,分类,02工业机器人的结构与特点, 基本结构-系统组成,一个机器人系统，一般由下列四个互相作用的部分组成：机械手、环境、任务和控制器，如右图所示。,02工业机器人的结构与特点, 基本结构-机械手,机械手是具有传动执行装置的机械，它由臂、关节和末端执行装置(工具等)构成，组合为一个互相连接和互相依赖的运动机构。大多数机械手是,机械手的几何结构简图,02工业机器人的
6、结构与特点, 基本结构-机械手,具有几个自由度的关节式机械结构，一般具有六个自由度的机械手，它的末端可以以任意姿态到达指定位置。其中，头三个移动自由度引导抓手装置至所需位置，而后三个转动自由度用来决定末端执行装置的方向。,机械手的几何结构简图,02工业机器人的结构与特点, 自由度,一个简单的刚体一般有六个自由度，沿着坐标轴的三个平移运动；绕着坐标轴的三个旋转运动。当两物体间由于建立接关系而不能进行的移动或转动则一物体相对另外一个物体就失去一个自由度。,刚体的六个自由度,02工业机器人的结构与特点, 自由度,例如，要把一个球放到空间某个给定位置，有三个自由度就足够了(见图a)。又如，要对某个旋转
7、钻头进行定位与定向，就需要五个自由度，这个钻头可表示为某个绕着它的主轴旋转的圆柱体(见图b)。,机器人自由度举例,02工业机器人的结构与特点, 分类,美国机器人协会(RIA)对机器人的的定义：机器人是“一种用于动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有编程 能力的多功能机械手(manipulator)”。按机器人的几何结构分：柱坐标、球坐标、球面坐标按机器人的用途分：工业、军事、服务、农业、救灾、探险按机器人的移动性分：固定、移动,02工业机器人的结构与特点, 分类,工业机器人,焊接机器人搬运机器人装配机器人喷涂机器人抛光机器人,03,搬运机器人-SCARA,
8、03搬运机器人-SCARA,组成，运动特点,基本结构,关节空间,轨迹规划,03搬运机器人-SCARA, 基本结构,SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)，选择顺应性装配机器手臂，是一种圆柱坐标型的特殊类型的工业机器人。可用于搬运、装配、点胶等。SCARA具有四个自由度，三个转动自由度，一个垂直移动自由度。,scara机器人,03搬运机器人-SCARA, 基本结构,各个关节的传动链如右图所示:大臂回转(1关节):步进电机1谐波减速器大臂。小臂回转(2关节):步进电机2谐波减速器小臂。主轴垂直直线运动(3关节):步进电机3同步齿形带丝杠螺母主轴
9、。主轴旋转(4关节):步进电机4同步齿形带花键主轴。,scara机器人传动示意图,03搬运机器人-SCARA, 基本结构,设计中大臂和小臂均采用谐波减速器和推力向心交叉短圆柱滚子轴承结构,其刚度高,能承受轴向压力与径向扭矩，缩短传动链,简化结构设计。末端的主轴相对线速度大，对质量与惯性敏感，传动要求同时实现绕Z轴的直线运动和回转运动。采用步进电机3同步齿形带丝杠螺母主轴,实现绕Z轴的直线运动;采用步进电机4同步齿形带花键主轴,实现绕Z轴的回转运动。,scara机器人,03搬运机器人-SCARA, 轨迹规划,机器人的轨迹包括机器人动作部分在运动过程中的位移、速度和加速度三个要素。路径是指机器人动
10、作部分为完成某个操作所要求的运动轨迹。轨迹的生成一般是先给定轨迹上的若干个点，将其经运动学逆解映射到关节空间，对关节空间中的相应点建立运动方程，然后按这些运动方程对关节进行插值，从而实现作业空间的运动要求。这一过程通常称为轨迹规划。,03搬运机器人-SCARA, 轨迹规划,轨迹规划一般有2种常用的方法,既可在关节空间中进行,也可在笛卡尔空间中进行。,03搬运机器人-SCARA, 轨迹规划-关节空间的轨迹规划,机器人各关节在关节空间的路径用关节角的时间函数描述。SCARA机器人具有4个关节,因此需要分别求出经过所有路径点的4个平滑函数。,03搬运机器人-SCARA, 轨迹规划-关节空间的轨迹规划
11、,03搬运机器人-SCARA, 轨迹规划-关节空间的轨迹规划,关节插值函数可以采用三次多项式插值、高阶多项式插值及用抛物线过渡的线性插值等类型,但必须都是光滑函数,以保证操作臂的运动光滑连续。但是,每个关节所取的平滑函数与其他关节无关。,03搬运机器人-SCARA, 轨迹规划-关节空间的轨迹规划,当存在逆运动学多重解问题时，需要优化关节位置。一般,在避免碰撞的前提下,应遵循“多移动小关节、少移动大关节”的原则。,03搬运机器人-SCARA, 轨迹规划-关节空间的轨迹规划,基本结构：水平关节式三个转动、一个移动共四个自由度传动形式轨迹规划：位移、速度、加速度三要素运动学逆解，插值关节空间的轨迹规划,LOGO,感谢观看,THANKS,
