《机器人机械系统》课件.ppt

**********************机器人机械系统机器人机械系统是现代机器人技术的重要组成部分。它涵盖了机器人的运动学、动力学、控制、传感等方面。课程简介课程内容机器人机械系统基础知识机器人机械结构设计机器人运动学分析机器人动力学分析机器人控制方法机器人应用案例学习目标掌握机器人机械系统基础理论了解机器人设计与制造流程具备机器人应用开发能力课程特色理论与实践相结合，案例教学，注重动手能力培养。机器人概述机器人是能够自动执行任务的机器。它们被设计用来执行各种各样的任务，从简单的重复性工作到复杂的认知任务。机器人通常由机械结构、驱动系统、传动系统、控制系统、感知系统等组成。机器人的历史发展机器人技术的发展历程可以追溯到古代，但现代机器人的发展主要得益于20世纪的科技进步。1早期雏形古代的自动机和机械玩具2工业机器人20世纪50年代的工业自动化3智能机器人21世纪的智能化和应用拓展机器人的特点高精度机器人可以执行精密任务，例如组装微型电子元件或进行外科手术。高效率机器人可以完成重复性工作，比人类效率高得多，而且可以持续工作。高可靠性机器人可以执行危险或人类难以完成的任务，例如在危险环境中工作或执行精细操作。可编程机器人可以根据不同的任务进行编程，灵活适应不同的应用场景。机器人的分类按结构分类常见类型包括关节型机器人、直角坐标型机器人、SCARA机器人和并联机器人，它们适用于不同的任务和工作环境。按应用分类工业机器人、服务机器人和特种机器人是三大主要类别，它们分别在制造、服务和特殊领域发挥着重要作用。按控制方式分类程序控制机器人、示教再现机器人、智能机器人和遥控机器人等，展现了不同级别的自动化和智能化水平。机器人的基本构成11.机械结构机械结构是机器人的“躯体”，由连杆、关节和执行机构组成，用于完成各种动作。22.传动系统传动系统负责将动力传递到执行机构，实现机器人的运动。33.控制系统控制系统是机器人的“大脑”，负责接收外部信号，并根据预设程序控制机器人完成任务。44.感知系统感知系统是机器人的“感觉器官”，用于感知外部环境，并反馈给控制系统。驱动系统电机电机将电能转换为机械能，为机器人提供动力。液压系统液压系统利用液体的压力驱动执行器，适用于高负载和高功率的机器人。气动系统气动系统利用压缩空气驱动执行器，特点是轻便、快速响应。传动系统齿轮传动齿轮传动用于改变转速和扭矩，实现不同部件之间的动力传递。例如，减速器利用齿轮传动降低电机转速，增加扭矩。链条传动链条传动适用于高速、重载的场合，例如机器人手臂的旋转运动。皮带传动皮带传动在机器人中用于实现平稳、静音的运动，例如机器人手臂的移动。谐波传动谐波传动可实现高精度、高减速比的传动，常用于机器人关节的驱动。操作系统操作系统功能为机器人提供基础运行环境，管理硬件资源，执行应用程序。人机交互提供用户界面，方便用户操控机器人。控制策略实现运动控制、感知处理和决策规划。控制系统11.控制指令控制系统接收来自操作员或上位机的控制指令，并将其转化为机器人执行的动作命令。22.运动规划控制系统根据控制指令，规划机器人的运动路径，并生成相应的运动轨迹。33.运动控制控制系统通过驱动器控制电机，使机器人按照规划的轨迹运动，并实时监控机器人的状态。44.故障诊断控制系统还具有故障诊断功能，能够监测机器人的运行状态，并及时发现和处理故障。感知系统视觉传感器视觉传感器可以帮助机器人识别物体、定位自身以及导航。例如，机器视觉可以帮助机器人识别生产线上是否有瑕疵产品，识别不同的环境和障碍物，进行自动导航等。触觉传感器触觉传感器可以帮助机器人感知物体表面的形状、纹理和温度。例如，触觉传感器可以帮助机器人抓取物体时更加精准地控制力道，避免对物体造成损坏。机器人的机械结构设计机器人的机械结构设计是机器人系统设计的重要组成部分，决定着机器人的运动能力、工作空间和负载能力。机械结构设计需要考虑运动学、动力学、材料强度、加工工艺等因素。常见的机器人机械结构类型包括串联结构、并联结构、混合结构等。串联结构机器人结构简单，运动灵活，但工作空间有限；并联结构机器人工作空间大，精度高，但运动灵活度较低；混合结构机器人则结合了两种结构的优点，具有较好的灵活性、精度和工作空间。机器人的运动学分析1关节空间描述机器人各关节的运动范围和关系。2任务空间描述机器人末端执行器在三维空间中的位置和姿态。3运动学模型建立关节空间与任务空间之间的数学关