【文章內(nèi)容簡介】 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。 定子磁場是永磁鐵提供的，線圈中通入電流，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)一個角度后，需要換向器改變電流方向。受換向器（電刷）影響，需要定期維護(hù)，且速度不能太高。由于線圈繞在轉(zhuǎn)子上，散熱問題不易解決，功率不能太大。52第一節(jié) 驅(qū)動電機(jī) 交流伺服電動機(jī) 轉(zhuǎn)子是永磁的，線圈繞在定子上，沒有電刷。線圈中通交變電流。轉(zhuǎn)子上裝有碼盤傳感器，檢測轉(zhuǎn)子所處的位置，根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置，控制通電方向。由于線圈繞在定子上，可以通過外殼散熱，可做成大功率電機(jī)。沒有電刷，免維護(hù)。是目前在機(jī)器人上應(yīng)用最多的電動機(jī)。53第一節(jié) 驅(qū)動電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)相比，伺服電機(jī)有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：實(shí)現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進(jìn)電機(jī)失步的問題；高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到 2023～ 3000轉(zhuǎn)；抗過載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對有瞬間負(fù)載波動和要求快速起動的場合特別適用；低速運(yùn)行平穩(wěn)，低速運(yùn)行時不會產(chǎn)生類似于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行現(xiàn)象。電機(jī)加減速的動態(tài)相應(yīng)時間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)；發(fā)熱和噪音明顯降低。54第一節(jié) 驅(qū)動電機(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，為了提高控制精度，增大驅(qū)動力矩，一般均需配置減速機(jī)。通常配備 RV減速機(jī)（精度高、剛性好）55第二節(jié) 位置控制 機(jī)器人是由多軸（關(guān)節(jié)）組成，每軸的運(yùn)動都影響機(jī)器人未端的位置和姿態(tài)。如何協(xié)調(diào)各軸的運(yùn)動，使機(jī)器人未端完成要求的軌跡， 是需要解決的問題。 由于絕大多數(shù)機(jī)器人是關(guān)節(jié)式運(yùn)動形式，很難直接檢測機(jī)器人未端的運(yùn)動，只能對各關(guān)節(jié)進(jìn)行控制。屬于半閉環(huán)系統(tǒng)，即僅從電動機(jī)軸上閉環(huán)。 位置控制器 功率放大光電碼盤給定位置M位置反饋 速度反饋電流反饋56第二節(jié) 位置控制 目前機(jī)器人基本操作方式為示教再現(xiàn)，示教時，不能將軌跡上的所有點(diǎn)都示教一遍，一是費(fèi)時，二是占用大量的存儲器。 實(shí)際上，對于有規(guī)律的軌跡，僅示教幾個特征點(diǎn)。對直線軌跡，僅示教兩個端點(diǎn)；對圓弧軌跡，示教三點(diǎn)（起點(diǎn)、終點(diǎn)、中間點(diǎn)），軌跡上其它中間點(diǎn)的坐標(biāo)通過插補(bǔ)方法獲得。 逆運(yùn)動學(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：? 定時插補(bǔ)每隔一定時間插補(bǔ)一次，插補(bǔ)時間間隔 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)動時，定時插補(bǔ)造成的軌跡失真。但也受伺服周期限制。 插補(bǔ)算法 ：? 直線插補(bǔ)將兩示教點(diǎn)之間按照直線規(guī)律計算中間點(diǎn)坐標(biāo)。?圓弧插補(bǔ)按圓弧規(guī)律計算中間點(diǎn)。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)動到 Pe， 運(yùn)動速度 v， 插補(bǔ)時間間隔 Ts?直線長度：?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。首先進(jìn)行坐標(biāo)變換，把空間圓弧變換為平面圓弧。原點(diǎn)與圓弧的圓心重合， Z軸為外法線方向。如果 ZR與 Z0夾角為 α ， XR與 X0夾角為 θ OR在基坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（ x0， y0， z0）60第二節(jié) 位置控制對于平面圓?。喊霃?R總的圓心角 φTs時間內(nèi)的角位移 Δ θ ＝ TsV/R插補(bǔ)步數(shù)： N= φ ／ Δ θ ＋ 1小結(jié)： 將示教點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為｛ R｝ 坐標(biāo)值 按平面圓弧插補(bǔ)算法，得到插補(bǔ)點(diǎn)坐標(biāo)（ xR， yR） 轉(zhuǎn)換到基坐標(biāo)系中61第四章 弧焊機(jī)器人編程技術(shù)第一節(jié) 機(jī)器人的編程基礎(chǔ)第二節(jié) 弧焊機(jī)器人離線編程技術(shù)62第一節(jié) 機(jī)器人的編程基礎(chǔ) 通過前面的知識，我們知道，機(jī)器人是一個軟件可控的機(jī)電裝置，可通過編程定義其作業(yè)內(nèi)容。 目前，對機(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)器人末端工具移動到所需的位置及姿態(tài)，然后把每一個位姿連同運(yùn)行速度、焊接參數(shù)等記錄并存儲下來，機(jī)器人便可以按照示教的位姿再現(xiàn)。 示教方式有兩種：? 手把手示教? 示教盒示教 64第一節(jié) 機(jī)器人的編程基礎(chǔ)示教盒 控制器現(xiàn)場示教編程的優(yōu)點(diǎn)：? 不需要預(yù)備知識和復(fù)雜的計算機(jī)裝置，方法簡單、易于掌握。示教編程的缺點(diǎn)：? 占用生產(chǎn)時間，難于適應(yīng)小批量、多品種的柔性生產(chǎn)需要；? 編程人員工作環(huán)境差、強(qiáng)度大，一旦失誤，會造成人員傷亡或設(shè)備損壞；? 編程效率低。65第一節(jié) 機(jī)器人的編程基礎(chǔ)機(jī)器人語言 機(jī)器人語言提供了一種通用的人與機(jī)器人之間的通訊手段。它是一種專用語言，用符號描述機(jī)器人的運(yùn)動，與常用的計算機(jī)編程語言相似。 1973年， Stanford人工智能實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了第一種機(jī)器人語言－ WAVE語言。 1974年，該實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了 AL語言 1979年， Unimation公司開發(fā)了 VAL語言（類似于 BASIC） 1984年，該公司推出了 VAL II語言 其他的機(jī)器人語言： IBM公司的 AML語言及 AUTOPASS語言、 MIT的LAMA語言、 Automatix公司的 RAIL語言等。66第一節(jié) 機(jī)器人的編程基礎(chǔ)根據(jù)作業(yè)描述水平的高低，機(jī)器人語言通常分為三級：? 動作級： 每一個指令對應(yīng)于一個動作，如 MOVE TO destination ， 優(yōu)點(diǎn)為：語句簡潔，易于編程，缺點(diǎn)為：不能進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，不能接受傳感器信息。 VAL屬于動作級。? 對象級 : 是描述操作物體間關(guān)系使機(jī)器人動作的語言。具有運(yùn)動控制（與動作級語言類似的功能）、處理傳感信息、通信和數(shù)字運(yùn)算、良好的擴(kuò)展性（用戶可根據(jù)需要增加指令）等特點(diǎn)。 AML、 AUTOPASS屬于對象級。? 任務(wù)級： 是比較高級的機(jī)器人語言，允許操作人員下達(dá)直接命令，不必規(guī)定機(jī)器人的動作細(xì)節(jié)。如：焊接工件 A， 需要非常高的智能，目前還沒有真正的任務(wù)級語言。67第一節(jié) 機(jī)器人的編程基礎(chǔ). EDIT DEMO. PROGRAM DEMO1. ? OPEN2. ? APPRO PICK 503. ? SPEED 304. ? MOVE PICK5. ? CLOSEI6. ? DEPART 707. ? APPROS PLACE 758. ? SPEED 209. ? MOVES PLACE10. ? OPENI11. ? DEPART 5012. ? E 啟動編輯狀態(tài)VAL 響應(yīng)下一步手張開運(yùn)動至距 PICK位置 50mm處下一步降至 30％滿速運(yùn)動到 PICK位置閉合手后退 70mm運(yùn)動至距 PLACE位置 75mm處下一步降至 20％滿速運(yùn)動至 PLACE位置在下一步之前手張開后退 50mm退出編輯狀態(tài)VAL程序舉例： 將物體從位置 1（ PICK） 搬運(yùn)到位置 2（ PLACE）68第一節(jié) 機(jī)器人的編程基礎(chǔ)0000 NOP0001 MOVJ VJ＝ 0002 MOVL V=8000003 ARCON ASF(1)0004 MOVL V=1000005 ARCOF0006 END空操作以 10％關(guān)節(jié)速度移動到焊縫起點(diǎn)附近一點(diǎn)以 800mm/min速度移動到焊縫起點(diǎn)按照文件 ASF＃（ 1） 的參數(shù)起弧按照 100mm/min的焊接速度焊接熄弧結(jié)束MOTOMAN XRC控制器語言： 焊接一段直線焊縫69第一節(jié) 機(jī)器人的編程基礎(chǔ)離線編程 在計算機(jī)中建立設(shè)備、環(huán)境及工件的三維模型，在這樣一個虛擬的環(huán)境中對機(jī)器人進(jìn)行編程。 機(jī)器人離線編程（ Off Line Programming， OLP） 系統(tǒng)是機(jī)器人語言編程的拓展，它充分利用了計算機(jī)圖形學(xué)的成果，建立機(jī)器人及其工作環(huán)境的模型，再利用一些規(guī)劃算法，通過對圖形的控制和操作在離線的情況下進(jìn)行編程。OLP控制器現(xiàn)場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)器人不工作時間? 改善了編程環(huán)境；使編程者遠(yuǎn)離危險的工作環(huán)境? 提高了編程效率與質(zhì)量；可使用高級語言對復(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。示教編程 離線編程需要實(shí)際機(jī)器人系統(tǒng)和工作環(huán)境編程時機(jī)器人停止工作在實(shí)際系統(tǒng)上試驗(yàn)程序編程的質(zhì)量取決于編程者的經(jīng)驗(yàn)很難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的機(jī)器人軌跡路徑需要機(jī)器人系統(tǒng)和工作環(huán)境的圖形模型編程不影響機(jī)器人工作通過仿真試驗(yàn)程序用規(guī)劃技術(shù)可進(jìn)行最佳參數(shù)及路徑規(guī)劃可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動軌跡的編程71第二節(jié) 弧焊機(jī)器人離線編程技術(shù) 發(fā)展與現(xiàn)狀 機(jī)器人離線編程原