【正文】 ersal Robots》（ 羅薩姆的萬能機(jī)器人），劇中描寫了一批能從事各項(xiàng)勞動(dòng)、聽命于人的機(jī)器，取名為 “Robota”（ 捷克語(yǔ)），含義為： forced worker （ 奴隸）。 縮短產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資；216。 易于實(shí)現(xiàn)焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和提高，保證其均一性；216。機(jī)器人屬于典型的具有柔性的設(shè)備。 “ 剛性 ” 自動(dòng)化系統(tǒng) ，也稱專機(jī)，主要針對(duì)大批量定型產(chǎn)品，特點(diǎn)為成本低、效率高，但適應(yīng)的產(chǎn)品單一。所以現(xiàn)代企業(yè)要盡量擺脫這種對(duì)專門人員的依賴，采用自動(dòng)化的機(jī)器設(shè)備來保證產(chǎn)品質(zhì)量及效率。陳善本等 ,《焊接過程現(xiàn)代控制技術(shù)》 哈工大出版社 , 2023年 5月1機(jī)器人焊接的特點(diǎn)216。弧焊機(jī)器人離線編程及標(biāo)定技術(shù)216。機(jī)器人焊接技術(shù)主講人：劉立君主講人：劉立君哈爾濱理工大學(xué)哈爾濱理工大學(xué) 材料成型系材料成型系二〇〇四年九月二〇〇四年九月課程內(nèi)容內(nèi)容：216。機(jī)器人焊接系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)主要參考教材：216。早期的焊接自動(dòng)化程度低，基本是手工操作，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)某個(gè)產(chǎn)品只能由某個(gè)人或某幾個(gè)人完成的情況，出現(xiàn)了 “ 王麻子菜刀 ” 、 “ 張小泉剪刀 ” 、 “ 張氏陀螺 ” 。216。一旦產(chǎn)品換型，生產(chǎn)線就要更換。 隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，企業(yè)的產(chǎn)品從單一品種大批量生產(chǎn)變?yōu)槎嗥贩N小批量，要求生產(chǎn)線具有更大的柔性。 提高生產(chǎn)率，一天可 24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，機(jī)器人不會(huì)疲倦；216。 可實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品焊接自動(dòng)化；216。 英語(yǔ)： Robot 德語(yǔ)： Robot 日語(yǔ)： ロボツト 俄語(yǔ)： робот 漢字：機(jī)器人 Karel Capek（ 1890－ 1938）7一、機(jī)器人的概念機(jī)器人的定義：國(guó)際上對(duì)機(jī)器人的定義很多216。ISO， 1987：工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動(dòng)控制的操作和移動(dòng)功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)。1962年， Engleberger 成立了 Unimation公司，他被稱為 “ 機(jī)器人之父 ”216。這些機(jī)器人中 45％為焊接機(jī)器人（點(diǎn)焊、弧焊）216。10二、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及現(xiàn)狀主要機(jī)器人廠家216。韓國(guó)： HYUNDAI216。缺點(diǎn)是操作人員的水平影響工作質(zhì)量。12三、機(jī)器人的分類216。按照應(yīng)用領(lǐng)域劃分：? 工業(yè)機(jī)器人，面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。位姿 （ Pose）， 指工具的位置和姿態(tài)。工作空間 （ Working Space）， 機(jī)器人工作時(shí)，其腕軸交點(diǎn)能在空間活動(dòng)的范圍。軌跡重復(fù)精度 （ Path Repeatability）， 沿同一軌跡跟隨 N次，所測(cè)得的軌跡之間的一致程度23第二章 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析第一節(jié) 位置和姿態(tài)的表示第二節(jié) 坐標(biāo)變換第三節(jié) 機(jī)器人連桿參數(shù)及連桿坐標(biāo)系第四節(jié) 連桿坐標(biāo)變換及運(yùn)動(dòng)學(xué)方程第五節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題的相關(guān)問題24機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究?jī)?nèi)容 一般可以將機(jī)器人看作是一個(gè)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(gè)關(guān)節(jié)連接在一起。216。 剛體的位置和姿態(tài)描述? 在直角坐標(biāo)系｛ A｝ 中，任意一點(diǎn) P的位置可以用 31列向量表示。27第一節(jié) 位置和方位的表示按照上述定義，繞 x 軸旋轉(zhuǎn)了 θ 角的旋轉(zhuǎn)矩陣，為同樣也可以寫出 R（ y， θ）， R（ z， θ）總之， 用位置矢量描述剛體的位置，用旋轉(zhuǎn)矩陣描述剛體的姿態(tài) （方位）28第一節(jié) 位置和方位的表示 為了完全描述剛體 B在空間的位置和姿態(tài)，通常將剛體 B與某一坐標(biāo)系相固接，通常記為｛ B｝，｛ B｝ 的原點(diǎn)一般選在剛體 B的特征點(diǎn)上，如質(zhì)心或?qū)ΨQ中心等。引入齊次坐標(biāo)后，一般變換變?yōu)椋?2第二節(jié) 坐標(biāo)變換稱為齊次變換矩陣33第二節(jié) 坐標(biāo)變換舉例：如果xB與 yA同向； yB與 zA同向； zB與 xA同向。35第三節(jié) 機(jī)器人連桿參數(shù)及連桿坐標(biāo)系連桿參數(shù)（ 1）連桿長(zhǎng)度 ai1連桿兩端軸線間的距離連桿 i1軸 i1軸 i（ 2）連桿扭角連桿兩端軸線間的夾角，方向?yàn)閺? i1軸到 i 軸36第三節(jié) 機(jī)器人連桿參數(shù)及連桿坐標(biāo)系連桿連接參數(shù)（ 1）連桿之間的距離 diai , ai1 之間的距離（ 2）關(guān)節(jié)角ai , ai1 之間的夾角，方向?yàn)閺? ai1 到 ai 連桿 i1軸 i1軸 i連桿 i37第三節(jié) 機(jī)器人連桿參數(shù)及連桿坐標(biāo)系 以上定義為一般情況，對(duì)運(yùn)動(dòng)鏈的兩端，有一些習(xí)慣約定： 如果關(guān)節(jié) 1為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，則 ?1是可變的，習(xí)慣上約定 d1=0 如果關(guān)節(jié) 1為移動(dòng)關(guān)節(jié)，則 d1是可變的，習(xí)慣上約定 ?1 =0 這些約定同樣適用于關(guān)節(jié) n 所以，每個(gè)連桿可以由四個(gè)參數(shù) 來描述，其中描述的為連桿 i1本身的性質(zhì)， 描述的為連桿 i1 和連桿 i之間的關(guān)系。與機(jī)座固接的坐標(biāo)系記為｛ 0｝，與連桿 i 固接的坐標(biāo)系記為｛ i｝坐標(biāo)系｛ i－ 1｝ 的建立過程：? zi1與軸 i1重合，一般指向關(guān)節(jié) i1? xi1與 ai1重合，指向關(guān)節(jié) i? yi1按右手法則確定， yi1=zi1xi1? 原點(diǎn)取在軸 i1與 ai1交點(diǎn)上連桿 i1軸 i1軸 i連桿 i39第三節(jié) 機(jī)器人連桿參數(shù)及連桿坐標(biāo)系對(duì)于基坐標(biāo)系｛ 0｝，一般約定當(dāng)關(guān)節(jié) 1變量為零時(shí)，｛ 0｝與｛ 1｝重合對(duì)于末端連桿坐標(biāo)系｛ n｝， 也約定，當(dāng)關(guān)節(jié) n1為零時(shí)，｛ n｝ 與｛ n1｝ 重合 連桿參數(shù)在坐標(biāo)系中的含義： 連桿 i1軸 i1 軸 i連桿 i40第四節(jié) 連桿坐標(biāo)變換及運(yùn)動(dòng)學(xué)方程在各連桿上建立坐標(biāo)系之后，可以進(jìn)行連桿坐標(biāo)系之間的變換。這樣就解決了機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)問題。分為 2類：? 靈活工作空間，工具能以任意姿態(tài)到達(dá)的目標(biāo)點(diǎn)集合；? 可達(dá)工作空間，機(jī)器人工具至少能以一個(gè)姿態(tài)到達(dá)的目標(biāo)點(diǎn)集合。46第五節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題的相關(guān)問題 解的唯一性和最優(yōu)解 隨著自由度的增多，運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的解越多，即達(dá)到空間某一位姿，各關(guān)節(jié)變量可以有多種不同的組合。47第五節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題的相關(guān)問題 如何選取？? 避免碰撞；? 最短行程；? 多動(dòng)小關(guān)節(jié)，少動(dòng)大關(guān)節(jié)； 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)：運(yùn)動(dòng)與受力之間的關(guān)系? 正問題：根據(jù)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩，計(jì)算操作臂的運(yùn)動(dòng)（位移、速度、加速度）；? 逆問題：已知機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的位移、速度、加速度，求所需每個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩；48第三章 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)第一節(jié) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)第二節(jié) 位置控制49第一節(jié) 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)是機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。51第一節(jié) 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 直流伺服電機(jī) 20世紀(jì) 80年代中期以前被廣泛使用，優(yōu)點(diǎn)為易于控制，缺點(diǎn)是需要定期維護(hù)，速度不能太高，功率不能太大。52第一節(jié) 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子是永磁的，線圈繞在定子上，沒有電刷。沒有電刷，免維護(hù)。54第一節(jié) 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 減速機(jī) 目前，機(jī)器人普遍采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為了提高控制精度，增大驅(qū)動(dòng)力矩，一般均需配置減速機(jī)。屬于半閉環(huán)系統(tǒng)，即僅從電動(dòng)機(jī)軸上閉環(huán)。 逆運(yùn)動(dòng)學(xué) 關(guān)節(jié)位置控制軌跡的示教點(diǎn)位姿反饋插補(bǔ)算法 中間位姿關(guān)節(jié)電機(jī) 1上位計(jì)算機(jī)伺服控制器關(guān)節(jié)位置控制反饋關(guān)節(jié)電機(jī) 257第二節(jié) 位置控制 插補(bǔ)方式：? 定時(shí)插補(bǔ)每隔一定時(shí)間插補(bǔ)一次，插補(bǔ)時(shí)間間隔 Ts一般不超過 25ms? 定距插補(bǔ)每隔一定距離插補(bǔ)一次，可避免快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，定時(shí)插補(bǔ)造成的軌跡失真。58第二節(jié) 位置控制直線插補(bǔ)設(shè)機(jī)器人末端要從 Po運(yùn)動(dòng)到 Pe， 運(yùn)動(dòng)速度 v， 插補(bǔ)時(shí)間間隔 Ts?直線長(zhǎng)度：?插補(bǔ)間隔內(nèi)的行程： d=vTs?插補(bǔ)的總步數(shù)： N=int( L/d ) + 1?各方向上的增量：?各插補(bǔ)點(diǎn)的坐標(biāo)：59第二節(jié) 位置控制圓弧插補(bǔ)空間不共線三點(diǎn) P1， P2， P3構(gòu)成一段圓弧。 目前，對(duì)機(jī)器人編程的方式可以分為以下三種：? 示教編程? 機(jī)器人語(yǔ)言編程? 離線編程63第一節(jié) 機(jī)器人的編程基礎(chǔ)示教編程 示教編程是目前工業(yè)機(jī)器人廣泛使用的編程方法，根據(jù)任務(wù)的需要，將機(jī)器人末端工具移動(dòng)到所需的位置及姿態(tài)，然后把每一個(gè)位姿連同運(yùn)行速度、焊接參數(shù)等記錄并存儲(chǔ)下來，機(jī)器人便可以按照示教的位姿再現(xiàn)。它是一種專用語(yǔ)言，用符號(hào)描述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，與常用的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言相似。 VAL屬于動(dòng)作級(jí)。? 任務(wù)級(jí)： 是比較高級(jí)的機(jī)器人語(yǔ)言，允許操作人員下達(dá)直接命令，不必規(guī)定機(jī)器人的動(dòng)作細(xì)節(jié)。OLP控制器現(xiàn)場(chǎng)70第一節(jié) 機(jī)器人的編程基礎(chǔ)離線編程的優(yōu)點(diǎn)? 減少機(jī)器人不工作時(shí)間? 改善了編程環(huán)境；使編程者遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的工作環(huán)境? 提高了編程效率與質(zhì)量；可使用高級(jí)語(yǔ)言對(duì)復(fù)雜任務(wù)編程? 便于和 CAD系統(tǒng)集成 , 實(shí)現(xiàn) CAD/CAM／ Robotics一體化。自 80年代以來，由于機(jī)器人離線編程軟件是機(jī)器人應(yīng)用與研究不可缺少的工具，美國(guó)、英國(guó)