關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的一些基本概念

工業(yè)機(jī)器人看起來高大尚，很多初學(xué)者學(xué)習(xí)的時候無從入手，實(shí)際上只要掌握了以下這些概念和基礎(chǔ)，你完全就理解它的機(jī)理和落地場景了。

1.1工業(yè)機(jī)器人常用術(shù)語

1.自由度(Degree of Freedom,DOF) 物體相對坐標(biāo)系能夠進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目稱為自由度，對于自由剛體，具有6個自由度。自由度常作為機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)，反映機(jī)器人的靈活性，對于弧焊機(jī)器人一般應(yīng)具有6個或以上的自由度。

2.位姿(Pose)位姿指工具的位置和姿態(tài)。

3.末端操作器( End Effector)末端操作器位于機(jī)器人腕部末端，是直接執(zhí)行工作要求的裝置,如夾持器、焊槍、焊鉗等。

4.載荷( Payload)?載荷指機(jī)器人手腕部的最大負(fù)重，通常情況下弧焊機(jī)器人載荷為 5-20kg,點(diǎn)焊機(jī)器人 載荷為 50~200kg。

5.工作空間( Working Space)，工作空間是指機(jī)器人工作時，其腕軸交點(diǎn)能在空間活動的范圍。

6.重復(fù)位姿精度( Pose Repeatability)，在同一條件下,重復(fù)N 次所測得的位姿一致的程度。軌跡重復(fù)精度( Path Repeatability)沿同一軌跡跟隨N次,所測得的軌跡之間的一致程度。?1.2 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制

1.機(jī)器人連桿參數(shù)及連桿坐標(biāo)系變換機(jī)器人手臂可以看作是一個開鏈?zhǔn)蕉噙B桿機(jī)構(gòu)，始端連桿就是機(jī)器人的機(jī)座，末端連桿與工具相連，相鄰連桿之間用一個關(guān)節(jié)連接在一起。 一個有6 個自由度的機(jī)器人，由6 個連桿和6 個關(guān)節(jié)組成。

2.機(jī)器人運(yùn)動學(xué)

機(jī)器人運(yùn)動學(xué)主要包括兩方面內(nèi)容: (1) 運(yùn)動學(xué)正運(yùn)算 已知各關(guān)節(jié)角值,求工具在空間的位置和姿態(tài)。實(shí)際上這是建立運(yùn)動學(xué)方程的過程。如果通過傳感器(通常為絕對編碼器)獲得各關(guān)節(jié)變量的值,就可以 確定機(jī)器人末端連桿上工具的位置和姿態(tài)。這樣就解決了機(jī)器人的正運(yùn)動學(xué)問題。 (2)運(yùn)動學(xué)逆運(yùn)算 已知工具的位姿，求各關(guān)節(jié)角值,這是求解運(yùn)動學(xué)方程的問題。換句話說，機(jī)器人運(yùn)動學(xué)方程，描述的是末端連桿(工具)相對于基坐標(biāo)系之間的變換矩陣與關(guān)節(jié)變量之間的關(guān)系，是運(yùn)動學(xué)方程求解的過程。 機(jī)器人運(yùn)動學(xué)只限于對機(jī)器人相對于參考坐標(biāo)系的位姿和運(yùn)動問題的討論,未涉及引起這些運(yùn)動的力和力矩以及與機(jī)器人運(yùn)動的關(guān)系。

3.機(jī)器人動力學(xué)

機(jī)器人動力學(xué)主要研究機(jī)器人運(yùn)動和受力之間的關(guān)系，目的是對機(jī)器人進(jìn)行控制、優(yōu)化設(shè)計(jì)和仿真。機(jī)器人動態(tài)性能不僅與運(yùn)動學(xué)因素有關(guān)，還與機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式、質(zhì)量分布、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置、傳動裝置等對動力學(xué)產(chǎn)生重要影響的因素有關(guān)。

1)機(jī)器人是一個復(fù)雜的動力學(xué)系統(tǒng)，在關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩(驅(qū)動力)的作用下產(chǎn)生運(yùn)動變化,或與外載荷取得力矩平衡。

2)機(jī)器人控制系統(tǒng)是多變量的、非線性的自動控制系統(tǒng)，也是動力學(xué)耦合系統(tǒng),每一個控制任務(wù)本身就是一個動力學(xué)任務(wù)。

3)動力學(xué)的正、逆問題:

①正問題是已知機(jī)器人各關(guān)節(jié)的作用力或力矩,求機(jī)器人各 關(guān)節(jié)的位移、速度和加速度(即運(yùn)動軌跡),主要用于機(jī)器人的仿真；

②逆問題是已知機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位移、速度和加速度，求解所需要的關(guān)節(jié)作用力或力矩，以便實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制。 機(jī)器人動力學(xué)的實(shí)質(zhì)，即求解機(jī)器人動態(tài)特性的運(yùn)動方程式，一旦給定輸入的力或力矩，就確定了系統(tǒng)的運(yùn)動結(jié)果。