机电一体化技术与系统第七章.ppt

3. 内撑式机械夹持器 图 7-14 内撑连杆杠杆式夹持器 1—驱动器 2—杆 3—钳爪 (二) 专用工具 专用工具是供工业机器人完成某类特定的作业之用。 图7-15 专用工具 a) 真空吸附手 b) 喷枪 c) 空气袋膨胀手 d) 弧焊焊枪 e) 电磁吸附手 f) 点焊枪 第三节 工业机器人运动学与力学分析 一、工业机器人运动学 (一) 坐标变换原理与变换矩阵 工业机器人的执行机构属于空间机构，因而可以采用空间坐标变换基本原理及坐标变换矩阵解析方法来建立描述各构件(坐标系)之间的相对位置和姿态的矩阵方程。 图7-16 空间坐标变换 图7-17 两任意坐标系的变换 1. 旋转矩阵 2. 位置向量 (二) 运动学方程的建立与求解 1. 运动学方程的建立 工业机器人操作机的运动学方程是描述工业机器人操作机上每一活动杆件在空间相对绝对坐标系或相对机座坐标系的位姿的方程。 2. 运动学方程的求解 工业机器人操作机手部的位姿问题，通常可分为以下两类基本问题：一类是运动学正问题，另一类是运动学逆问题。 二、工业机器人力学分析 工业机器人力学分析包括静力学分析和动力学分析。静力学分析是研究操作机在静态工作条件下，手臂的受力情况；动力学分析是研究操作机各主动关节驱动力与手臂运动的关系，从而得出工业机器人动力学方程。 (一) 静力学分析 1. 静力平衡方程 2. 关节力和关节力矩 为了使操作机保持静力平衡，需要确定驱动器对相应杆件的输入力和力矩与其所引起的操作机手部力和力矩之间的关系。 图7-22 移动关节上的关节力 (二) 动力学分析 动力学方程可以用两个方程表达：一个用以描述质心的移动，另一个描述质心的转动。前者称为牛顿运动方程，后者称为欧拉运动方程。 图7-24 杆件 动力学方程的建立 第四节 工业机器人的控制系统 一、工业机器人控制系统的特点和基本要求 工业机器人的控制技术特点： 1) 工业机器人有若干个关节，典型工业机器人有五至六个关节，每个关节由一个伺服系统控制，多个关节的运动要求各个伺服系统协同工作。 2) 工业机器人的工作任务是要求操作机的手部进行空间点位运动或连续轨迹运动，对工业机器人的运动控制，需要进行复杂的坐标变换运算，以及矩阵函数的逆运算。 3) 工业机器人的数学模型是一个多变量、非线性和变参数的复杂模型，各变量之间还存在着耦合。 4) 较高级的工业机器人要求对环境条件、控制指令进行测定和分析，采用计算机建立庞大的信息库，用人工智能的方法进行控制、决策、管理和操作，按照给定的要求，自动选择最佳控制规律。 对工业机器人控制系统的基本要求有： 1) 实现对工业机器人的位姿、速度、加速度等的控制功能，对于连续轨迹运动的工业机器人还必须具有轨迹的规划与控制功能。 2) 方便的人—机交互功能，操作人员采用直接指令代码对工业机器人进行作业指示。使工业机器人具有作业知识的记忆、修正和工作程序的跳转功能。 3) 具有对外部环境(包括作业条件)的检测和感觉功能。 4) 具有诊断、故障监视等功能。 二、工业机器人控制系统的分类 工业机器人控制系统可以从不同角度进行分类，如按控制运动的方式不同，可分为关节运动控制、笛卡尔空间运动控制和自适应控制；按轨迹控制方式的不同，可分为点位控制和连续轨迹控制；按速度控制方式的不同，可分为速度控制、加速度控制、力控制。 1. 程序控制系统 2. 适应性控制系统 图7-26 程序控制系统 图7-27 适应控制系统 * * (二) 工业机器人的分类 1. 按操作机坐标形式分类 操作机的坐标形式是指操作机的手臂在运动时所取的参考坐标系的形式。 (1) 直角坐标型工业机器人 (2) 圆柱坐标型工业机器人 (3) 球坐标型工业机器人 (4) 多关节型工业机器人 * 3. 按驱动方式分类 (1) 气动式工业机器人 (2) 液压式工业机器人 (3) 电动式工业机器人 * * * 1. 回转式机械夹持器 * 2. 移动式机械夹持器 图7—13 移动式机械夹持器 a)齿轮齿条平行连杆式平移型夹持器 b)左右旋丝杠平移型夹持器 1一扇形齿轮 2一齿条杆 3一电磁式驱动器 4一夹持器体 5、6一连杆 7一钳爪 8一电动机 9一丝杠 10一导轨 11一钳爪杆 * * (二) 专用工具 专用工具是供工业机器人完成某类特定的作业之用。 图7-15 专用工具 a) 真空吸附手 b) 喷枪 c) 空气袋膨胀手 d) 弧焊