工業機器人的技術指標第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日章節目錄思考練習2.1工業機器人的系統組成2.1.1操作機2.1.2控制器2.1.3示教器2.2工業機器人的技術指標學習目標導入案例擴展與提高本章小結課堂認知2.3工業機器人的運動控制2.3.1機器人運動學問題2.3.2機器人的點位運動…2.3.3機器人的位置控制第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日學習目標所處位置————

熟悉工業機器人的常見技術指標能夠正確識別工業機器人的點位運動和連續路徑運動【學習目標】返回目錄認知目標能力目標了解工業機器人的運動控制能夠掌握工業機器人的技術指標的含義第三頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.2工業機器人的技術指標機器人的技術指標反映機器人的適用范圍和工作性能。

所處位置————【課堂認知自由度工作空間額定負載最大工作速度工作精度一般都有：第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日相關術語及性能指標一、關節（Joint）：即運動副，允許機器人手臂各零件之間發生相對運動的機構。第五頁，共三十七頁，2022年，8月28日第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日二、連桿（Link）：機器人手臂上被相鄰兩關節分開的部分。三、剛度（Stiffness）：機身或臂部在外力作用下抵抗變形的能力。它是用外力和在外力作用方向上的變形量（位移）之比來度量。第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日1、自由度（Degreeoffreedom）：或者稱坐標軸數，是指描述物體運動所需要的獨立坐標數。手指的開、合，以及手指關節的自由度一般不包括在內。工業機器人的技術指標通常作為機器人的技術指標，反映機器人動作的靈活性，可用軸的直線移動、擺動或旋轉動作的數目來表示。目前，焊接和涂裝作業機器人多為6或7自由度，而搬運、碼垛和裝配機器人多為4~6自由度。第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日機器人的自由度越多，就越能接近人手的動作機能，通用性就越好；但是自由度越多，結構越復雜，對機器人的整體要求就越高，這是機器人設計中的一個矛盾。是不是自由度越多越好呢？第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日2、額定負載也稱持重。正常操作條件下，作用于機器人手腕末端，不會使機器人性能降低的最大載荷。3、工作精度

目前，工業機器人的重復精度可達±0.01~±0.5mm。依據作業任務和末端持重不同，機器人重復精度亦不同。目前，使用的工業機器人負載范圍可從0.5kg直至800kg。第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日工業機器人典型行業應用的工作精度所處位置————【課堂認知】額定負載（kg）重復定位精度（mm）作業任務搬運±0.2~±0.55~200碼垛±0.550~800點焊±0.2~±0.350~350弧焊±0.08~±0.13~20噴涂±0.2~±0.55~20±0.02~±0.032~5裝配±0.06~±0.086~10±0.06~±0.110~2019/30第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日4、工作空間也稱工作范圍、工作行程。工業機器人執行任務時，其手腕參考點或末端操作器安裝點（不包括末端操作器）所能掠過的空間，一般不包括末端操作器本身所能到達的區域。目前，單體工業機器人本體的工作范圍可達3.5m

左右。

第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日所處位置————【課堂認知】b)水平串聯多關節機器人MOTOMANMPP3Sa)垂直串聯多關節機器人MOTOMANMH3F返回c)并聯多關節機器人MOTOMANMYS650L目錄不同本體結構YASKAWA機器人工作范圍20/30第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日最大工作速度通常指機器人手腕中心的最大速度。這在生產中是影響生產效率的重要指標。

5、工作速度機器人在工作載荷條件下、勻速運動過程中，機械接口中心或工具中心點在單位時間內所移動的距離或轉動的角度機器人的運動速度是指單關節速度；第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.3工業機器人的運動控制2.3.1機器人運動學問題所處工業機器人操作機可看作是一個開鏈式多連桿機構，始端連桿就是機器人的基座，末端連桿與工具相連，相鄰連桿之間用一個關節（軸）連接在一起。對于一個6自由度工業機器人，它由6個連桿和6個關節（軸）組成。編號時，基座稱為連桿0，不包含在這6個連桿內，連桿1與基座由關節1相連，連桿2通過關節2與連桿1相連，依此類推。

位置————【課堂認知】返回目錄第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日a)實物圖連桿4連桿6連桿5連桿3關節6關節5關節4關節3連桿2關節2連桿1關節1連桿0b)機構簡圖工業機器人操作機第二十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.3.1機器人運動學問題所處(1)運動學正問題對給定的機器人操作機，己知各關節角矢量，求末端執行器相對于參考坐標系的位姿，稱之為正向運動學

（運動學正解或Where問題）。位置————【課堂認知】Whereismyhand?返回目錄運動學正問題（示教）機器人示教時，機器人控制器即逐點進行運動學正解運算。第二十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日(2)運動學逆問題對給定的機器人操作機，已知末端執行器在參考坐標系中的初始位姿和目標（期望）位姿，求各關節角矢量，稱之為逆向運動學

（運動學逆解或How問題）。

HowdoIputmyhandhere?運動學逆問題（再現）機器人再現時，機器人控制器即逐點進行運動學逆解運算，并將矢量分解到操作機各關節。第二十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.3.2機器人的點位運動和連續路徑運動所處位(1)點位運動（PointtoPoint,PTP）PTP運動只關心機器人末端執行器運動的起點和目標點位姿，不關心這兩點之間的運動軌跡。

置————(2)連續路徑運動（ContinuousPath,CP）CP運動不僅關心機器人末端執行器達到目標點的精度，而且必須保證機器人能沿所期望的軌跡在一定精度范圍內重復運動。【課堂認知】ZYAX①②③EDBC工業機器人PTP運動和CP運動第三十頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.3.2機器人的點位運動和連續路徑運動所

機器人CP運動的實現是以點到點運動為基礎，通過在相鄰兩點之間采用滿足精度要求的直線或圓弧軌跡插補運算即可實現軌跡的連續化。機器人再現時主控制器（上位機從）存儲器中逐點取出各示教點空間位姿坐標值，通過對其進行直線或圓弧或插補運算，生成相應路徑規劃，然后把各插補點的位姿坐標值通過運動學逆解運算轉換成關節角度值，分送機器人各關節或關節控制器（下位機）。

處位置————

【課堂認知】第三十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日關節控制器1（下位機）機器人主控制器（上位機）關節控制器2（下位機）機器人關節軌跡角度值θi示教點位姿中間位姿直線/圓弧插補運動學逆問題…

關節控制器n（下位機）工業機器人的連續路徑運動第三十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.3.3機器人的位置控制所處位實現機器人的位置控制是工業機器人的基本控制任務。關節控制器（下位機）是執行計算機，負責伺服電機的閉環控制及實現所有關節的動作協調。置

————【課堂認知】關節控制器位置調節器

速度調節器轉矩調節器

功率放大給定+期望++M位置位置---電流反饋光電碼盤位置反饋速度反饋工業機器人的位置控制第三十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日運動控制電機及驅動機器人的核心技術是運動控制技術，目前工業機器人采用的電氣驅動主要有步進電動機和伺服電動機兩類。

所處位1．步進電動機系統置————步進電機是一種將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制精密驅動元件，分為反應式步進電機、永磁式步進電機和混合式步進電機三種，其中混合式步進電機的應用最為廣泛，是一種精度高、控制簡單、成本低廉的驅動方案。

【擴展與提高】步進電機與步進驅動器

第三十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日2．伺服電動機系統所處伺服電機，在自動控制系統中，用作執行元件，把所收到的電信號轉換成電機軸上的角位移或角速度輸出，可分為直流和交流伺服電機兩大類。

位置————特點：當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。優點：①無電刷和換向器，工作可靠，對維護和保養要求低；②定子繞組散熱比較方便；③慣量小，易于提高系統的快速性；④適應于高速大力矩工作狀態；⑤同功率下有較小的體積和重量。

【擴展與提高】伺服電機與伺服驅動器第三十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日本章小結所

工業機器人的機械結構部分稱為操作機。通常用自由度、工作空間、額定負載、定位精度、重復定位精度和最大工作速度等技術指標來表征工業機器人操作機的性能。處位

置————

工業機器人通常由操作機、控制器和示教器三部分組成。操作機是機器人賴以完成各種作業的主體部分，一般由機械臂、驅動-傳動裝置以及內部傳感器等組成。控制器是完成機器人控制功能的結構實現，一般由控制計算機和伺服控制器組成。示教器是機器人的人機交互接口，主要由顯示屏和按鍵組成。【

本章小結

】

工業機器人的運動控制是指工業機器人的末端執行器從一點移動到另一點的過程中，常采用點位（PTP）控制和連續路徑（CP）控制兩種方式。

第三十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日思考練習1、填空所(1)______通常作為機器人的技術指標，反映了機器人動作的靈活性，可處用軸的直線移動、擺動或旋轉動作的數目來表示。位置(2)工業機器人主要由________、_______和_______組成。下圖中1表示————_______；2表示_______；