工业机器人复习重点(第二版)

机器人三大特征：1.拟人功能，机器人是模仿人或动物肢体动作的机器，能像人那样使用工具，因此数控机床和汽车不属于机器人；2.可编程，一般的电动玩具没有智力或具有感觉和识别能力，不能再编程，因此不能称为真正的机器人。3.通用性一般机器人在执行不同作业任务时，具有较好的通用性。比如，通过更换机器人末端操作器（手爪工具等）便可执行不同的任务。机器人一词是1920年由捷克作家卡雷尔·恰佩克在他的讽刺剧《罗莎姆的万能机器人》中首先提出的。剧中描述了一个与人类相似，但能不知疲倦工作的机器人奴仆Robot。从那时起，robot一词就被沿用下来，中文翻译成机器人。机器人按控制方式分类：1.操作机器人2.程序机器人3.示教-再现机器人4.数控机器人5智能机器人。按机器人关节连接布置形式分类：分为串联机器人和并联机器人。五种坐标形式的机器人：1.直角坐标型机器人2.圆柱坐标型机器人3.球（极）坐标型机器人4.关节坐标型机器人5.SCARA型机器人。工业机器人系统的组成：1.机械系统：工业机器人的机械系统包括机身，臂部，手腕。末端操作器和行走机构等部分，每一部分都有若干个自由度，构成一个多自由度的机械系统。2.驱动系统：主要是指机械系统动作的驱动装置。3控制系统：任务是根据机器人的作业指令程序及从传感器反馈回来的信号，控制机器人的执行机构，使其完成规定的任务和功能。4.感知系统：由内部传感器和外部传感器组成，其作用是获取机器人内部和外部环境信息，并把这些信息反馈给控制系统。工业机器的技术参数：1自由度：是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，不包括末端操作器的开合自由度。一般为3~6个。2.定位精度和重复定位精度：是机器人的两个精度指标。3.作业范围：机器人运动时手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也称为工作区域。4最大工作速度。5.承载能力：指机器人在作业范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。逆运动学的特性：1.解可能不存在2.解的多重性3.求解方法的多样性。工业机器人编程方式：1.机器人语言编程2.示教编程3.离线编程机器人语言分为三级：1.动作级语言MOVETPdestination代表是VAL语言2.对象级语言3.任务级语言焊接机器人种类：1焊接机器人2.弧焊机器人3.点焊机器人：由机器人本体，焊钳，点焊控制箱，水（气）管路，焊钳修磨器夹具，循环水冷箱及相关电缆等组成。驱动方式：液压驱动方式，气压驱动方式，电器驱动。谐波齿轮传动的特点：（1）结构简单，体积小，质量小。（2）传动比范围大，单级谐波减速器传动比可在50—300之间，优选在75—250之间。（3）运动精度高，承受能力大。由于多齿啮合，与相同精度的普通齿轮相比，其运动精度能提高4倍左右，受载能力也大大提高。（4）运动平稳，无冲击，噪声小。（5）齿侧间隙可以调整。摆线针轮传动减速器特点(RV)：（1）如果传动机构置于行星架的主支承轴承内，那么，这种传动的轴尺寸将大大缩小。（2）采用二级减速机构时，处于低速的针摆动更加平稳。同时，转臂轴承因个数增多且内、外相对转速下降，其寿命可大大提高。（3）只要设计合理，就可获得很高的运动精度和很小的回差。（4）摆线针轮传动的输出机构是采用两端支承的尽可能大的刚性圆盘输出结构，比一般半仙减速器的输出机构具有更大的刚度，且坑冲性能也有很大提高。（5）传动比范围大。i=31—171.（6）传动效率高，η=0.85—0.92。设计机身时要注意的问题：（1）机身要有足够的刚度、强度和稳定性。（2）运动要灵活，用于实现升降运动的导向套长度不宜过短，以避免发生卡死现象。（3）驱动方式要适宜。（4）结构布置要合理。臂部实际得基本要求：（1）手臂应具有足够的承受能力和刚度。（2）导向性要好。（3）重量和转动惯量要小。（4）运动要平稳、定位精度要高。手腕的分类：按自由度数目分类分单自由度手腕、二自由度手腕、三自由度手腕。按驱动分类分直接驱动手腕、远距离传动手腕。RPY：把手腕的回转成为Roll，俯仰称为Pitch，偏转称为Yaw。手部定义：工业机器人的手部是装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。手部特点：（1）手部与手腕相连处可拆卸。（2）手部是工业机器人的末端操作器。（3）手部的通用性比较差。（4）手部是一个独立的部件，假如把手腕归属于臂部，那么，工业机器人机械系统的三大件就是机身、臂部和手部。手部分类：机械钳爪式手部结构（1）齿轮齿条移动式手爪（2）重力式钳爪（3）平行连杆式钳爪（4）拨杆杠杆式钳爪（5）自动调整式钳爪（6）特殊形式手指。机器人控制方式：1.点位控制与连续轨迹控制2.力（力矩）控制方式3.智能控制方式4.示教-再现控制。5.2单关节控制问题：由于机器人是耦合的非线性动力学系统，严格来说，各关节的控制必须考虑各关节之间的耦合作用，但对于工业机器人，通常还是按照独立关节来考虑。这是因为工业机器人运动速度不高（通常小于1.5m/s）,由速度项引起的非线性作用可以忽略。另外，工业机器人常用直流伺服电动机作为关节驱动器，由于直流伺服电动机转矩不大，在驱动负载时通常需要减速器，其减速比往往接近100，而负载的变化（如由于机器人关节角度的变化，使得转动惯量发生变化）折算到电动机轴上时要除以减速比的二次方，因此电动机轴上负载变化很小，可以看做定常系统。各关节之间的耦合作用，也会因减速器的存在而极大地削弱，于是工业机器人系统就变成了一个由多关节（多轴）组成的各自独立的线性系统。1工业机器人用传感器的分类：内部传感嚣外部传感器2位置和位移传感器：光电编码器有哪两种：绝对式光电编码器、增量式光电编码器。3速度传感器有哪几种（角速度传感器）：测速发电机、增量式光电编码器、微硅陀螺仪4接近觉传感器有哪5种：电感式与电容式接近觉传感器、光电式接近觉传感器、霍尔接近觉传感器、超声波传感器、气压接近觉传感器。5触觉传感器有哪几种：接触觉传感器、力觉传感器、滑觉传感器。6机器人视觉系统的特点（优点）（1）精度高优秀的机器视觉系统能够对一千个或更多部件的一个进行空间测量。因为此种测量不需要接触，因为此种测量不需要接触目标，所以对目标没有损伤和危险，同时由于才用了计算机技术，因此具有极高的精确度。（2）连续性机器人视觉系统可以使人们免受疲劳之苦。因为没有人工操作者，也就没有了人为造成的操作变化。（3）灵活性机器视觉系统能够进行各种不同信息的获取或测量。当应用需求发生变化以后，只需软件做相应变化或者升级以适应新的需求。（4）标准性机器视觉系统的核心是视觉图像技术，因此不同厂商的机器视觉系统产品的标准是一致的，这为机器视觉的广泛应用提供了极大的方便。视觉系统的组成：1视觉传感器（1.CCD传感器2.CMOS传感器）2.图像采集/处理卡3.光源4.计算机3图像处理技术有哪6种：图像增强、图像平滑、边缘锐化图像分割、图像识别、图像编码与压缩.机器人轨迹规划的概念：机器人轨迹是指工业机器人在工作过程中的运动轨迹，即运动点的位移、速度和加速度。规划是一种问题求解方法，即从某个特定问题的初始状态出发，构造一系列操作步骤（或算子），以达到解决问题的目标状态。而机器人的轨迹规划是指根据机器人作业任务的要求（作业规划），对机器人末端操作器在工作过程中位姿变化的路径、取向及其变化速度和加速度进行人为设定。为什么单臂机器人的自由度在3-6之间：工业用6自由度机器人肯定至少有6个轴，实质性的意义在于离机器人底座最远的那个轴的中心点（如果没有安装工具）能做几种运动。6自由度机器人的这个中心点可以做X、Y、Z方向的直线运动和以X、Y、Z为轴的旋转运动。这就是所谓的6个自由度。机器人的一个自由度对应一个关节，自由度是表示机器人动作灵活程度的参数，自由度越多越灵活，但是结构也越复杂，控制难度越大。所以机器人的自由度根据其用途设计，一般在3-6之间。为什么不用绝对式光电编码器而用增量式光电编码器？为什么多用增量式光电编码器：增量式：优点：机械平均寿命长，可达几万小时以上；分辨率高，抗干扰能力强，信号传输距离较长，可靠性高；价格便宜；技术上：为了提高分辨率，可以增大码盘光栅密度，但是这种方法受到制造工艺的限制。通常采用细分技术来实现，使光栅每转过一个栅距时，输出均匀分布的m个脉冲，从而使分辨率提高到原来的m/1。绝对式：无绝对误差，可直接把被测转角或位移转换成相应的代码，断电不会失去位置信号，但结构复杂，价格昂贵，且不易做到高精度和高分辨率。为什么研究单关节：由于机器人是耦合的非线性动力学系统，严格来说，各关节的控制必须考虑各关节之间的耦合作用，但对于工业机器人来讲，通常还是按照独立关节来考虑。这是因为工业机器人运动速度不高，由速度项引起的非线性作用也可以忽略，另外，工业机器人通常用直流伺服电动机作为关节驱动，由于直流伺服电动机转矩不大，在驱动负载时通常需要减速器，其减速比接近100，而负载的变化折算到电动机轴上时要除以减速比的二次方，因此电动机轴上得负载变化很小，可以看做定常系统。各关节之间的耦合作用，也会因减速器的存在而极大的消弱，于是，工业机器人系统就变成了一个由多关节组成的各独立的线性系统。机器人T3；机器人PUMA；Stewart平台；quattro并联机器人；MOTOMANSV3机器人六维力和力矩传感器的结构分析：请为工业机器人和智能机器人给出定义。答：工业机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置，通过可编程动作来完成各种任务并具有编程能力的多功能机械手。智能机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。1-2.简述机器人的组成部分及其作用。答：机器人是由机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统四部分组成。其中，机械系统由机身、肩部、手腕、末端操作器和行走机构组成；工业机器人的机械系统的作用相当于认得身体。驱动系统可分为电气、液压、气压驱动系统以及它们结合起来应用的综合系统组合；该部分的作用相当于人的肌肉。控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序及从传感器反馈回来的信号，控制机器人的执行机构，使其完成规定的运动和功能；该部分的作用相当于人的大脑。感知系统由内部传感器和外部传感器组成。其中，内部传感器用于检测各关节的位置、速度等变量，为闭环伺服控制系统提供反馈信息；外部传感器用于检测机器人与周围环境之间的一些状态变量，如距离、接近程度、接触程度等，用于引导机器人，便于其识别物体并作出相应的处理。该部分的作用相当于人的五官。2-1.工业机器人机械系统总体设计主要包括哪几个方面的内容？答：工业机器人的设计过程是跨学科的综合设计过程，设计机械设计、传感技术、计算机应用和自动控制等多方面的内容。2-2.机器人的三种驱动方式各自的优缺点是什么？答：机器人常用的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动和电气驱动三种基本类型。液压驱动方式：液压驱动的特点是功率大，结构简单，可以省去减速装置，能直接与被驱动的连杆相连，响应快，伺服驱动具有较高的精度，但需要增设液压源，而且易产生液体泄漏，故目前多用于特大功率的机器人系统。优点:(1)液压容易达到较高的单位面积压力体积较小,可以获得较大的推力或转矩。(2)液压系统介质的可压缩性小,工作平稳可靠,并可得到较高的位置精度(3)液压传动中,力、速度和方向比较容易实现自动控制(4)液压系统采用油液作介质,具有防锈性和自润滑性能,可以提高机械效率,使用寿命长。缺点:(1)油液的粘度随温度变化而变化,这将影响工作性能。高温容易引起燃烧、爆炸等危险(2)液体的泄漏难于克服,要求液压元件有较高的精度和质量,故造价较高(3)需要相应的供油系统,尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置,否则会引起故障。气压驱动方式：气压驱动的能源、结构都比较简单，但与液压驱动相比，同体积条件下功率较小，而且速度不易控制，所以多用于精度不高的点位控制系统。优点：(1)压缩空气粘度小,容易达到高速(1m／s)(2)利用工厂集中的空气压缩机站供气,不必添加动力设备(3)空气介质对环境