【文章內(nèi)容簡介】 直流伺服電機 20世紀(jì) 80年代中期以前被廣泛使用，優(yōu)點為易于控制，缺點是需要定期維護，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，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 交流伺服電動機 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。沒有電刷，免維護。是目前在機器人上應(yīng)用最多的電動機。53第一節(jié) 驅(qū)動電機和步進電機相比，伺服電機有以下幾點優(yōu)勢：實現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進電機失步的問題；高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達到 2023～ 3000轉(zhuǎn)；抗過載能力強，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負載，對有瞬間負載波動和要求快速起動的場合特別適用；低速運行平穩(wěn)，低速運行時不會產(chǎn)生類似于步進電機的步進運行現(xiàn)象。電機加減速的動態(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 減速機 目前，機器人普遍采用交流伺服電機驅(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。通常配備 RV減速機（精度高、剛性好）55第二節(jié) 位置控制 機器人是由多軸（關(guān)節(jié)）組成，每軸的運動都影響機器人未端的位置和姿態(tài)。如何協(xié)調(diào)各軸的運動，使機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)機器人是關(guān)節(jié)式運動形式，很難直接檢測機器人未端的運動，只能對各關(guān)節(jié)進行控制。屬于半閉環(huán)系統(tǒng)，即僅從電動機軸上閉環(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都示教一遍，一是費時，二是占用大量的存儲器。 實際上，對于有規(guī)律的軌跡，僅示教幾個特征點。對直線軌跡，僅示教兩個端點；對圓弧軌跡，示教三點（起點、終點、中間點），軌跡上其它中間點的坐標(biāo)通過插補方法獲得。 逆運動學(xué) 關(guān)節(jié)位置控制軌跡的示教點位姿反饋插補算法 中間位姿關(guān)節(jié)電機 1上位計算機伺服控制器關(guān)節(jié)位置控制反饋關(guān)節(jié)電機 257第二節(jié) 位置控制 插補方式：? 定時插補每隔一定時間插補一次，插補時間間隔 Ts一般不超過 25ms? 定距插補每隔一定距離插補一次，可避免快速運動時，定時插補造成的軌跡失真。但也受伺服周期限制。 插補算法 ：? 直線插補將兩示教點之間按照直線規(guī)律計算中間點坐標(biāo)。?圓弧插補按圓弧規(guī)律計算中間點。58第二節(jié) 位置控制直線插補設(shè)機器人末端要從 Po運動到 Pe， 運動速度 v， 插補時間間隔 Ts?直線長度：?插補間隔內(nèi)的行程： d=vTs?插補的總步數(shù)： N=int( L/d ) + 1?各方向上的增量：?各插補點的坐標(biāo)：59第二節(jié) 位置控制圓弧插補空間不共線三點 P1， P2， P3構(gòu)成一段圓弧。首先進行坐標(biāo)變換，把空間圓弧變換為平面圓弧。原點與圓弧的圓心重合， 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插補步數(shù)： N= φ ／ Δ θ ＋ 1小結(jié)： 將示教點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為｛ R｝ 坐標(biāo)值 按平面圓弧插補算法，得到插補點坐標(biāo)（ xR， yR） 轉(zhuǎn)換到基坐標(biāo)系中61第四章 弧焊機器人編程技術(shù)第一節(jié) 機器人的編程基礎(chǔ)第二節(jié) 弧焊機器人離線編程技術(shù)62第一節(jié) 機器人的編程基礎(chǔ) 通過前面的知識，我們知道，機器人是一個軟件可控的機電裝置，可通過編程定義其作業(yè)內(nèi)容。 目前，對機器人編程的方式可以分為以下三種：? 示教編程? 機器人語言編程? 離線編程63第一節(jié) 機器人的編程基礎(chǔ)示教編程 示教編程是目前工業(yè)機器人廣泛使用的編程方法，根據(jù)任務(wù)的需要，將機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行速度、焊接參數(shù)等記錄并存儲下來，機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：? 不需要預(yù)備知識和復(fù)雜的計算機裝置，方法簡單、易于掌握。示教編程的缺點：? 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) 機器人的編程基礎(chǔ)機器人語言 機器人語言提供了一種通用的人與機器人之間的通訊手段。它是一種專用語言，用符號描述機器人的運動，與常用的計算機編程語言相似。 1973年， Stanford人工智能實驗室開發(fā)了第一種機器人語言－ WAVE語言。 1974年，該實驗室開發(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) 機器人的編程基礎(chǔ)根據(jù)作業(yè)描述水平的高低，機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)點為：語句簡潔，易于編程，缺點為：不能進行復(fù)雜的運算，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)系使機器人動作的語言。具有運動控制（與動作級語言類似的功能）、處理傳感信息、通信和數(shù)字運算、良好的擴展性（用戶可根據(jù)需要增加指令）等特點。 AML、 AUTOPASS屬于對象級。? 任務(wù)級： 是比較高級的機器人語言，允許操作人員下達直接命令，不必規(guī)定機器人的動作細節(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)下一步手張開運動至距 PICK位置 50mm處下一步降至 30％滿速運動到 PICK位置閉合手后退 70mm運動至距 PLACE位置 75mm處下一步降至 20％滿速運動至 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） 搬運到位置 2（ PLACE）68第一節(jié) 機器人的編程基礎(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附近一點以 800mm/min速度移動到焊縫起點按照文件 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) 機器人的編程基礎(chǔ)離線編程 在計算機中建立設(shè)備、環(huán)境及工件的三維模型，在這樣一個虛擬的環(huán)境中對機器人進行編程。 機器人離線編程（ Off Line Programming， OLP） 系統(tǒng)是機器人語言編程的拓展，它充分利用了計算機圖形學(xué)的成果，建立機器人及其工作環(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行編程。OLP控制器現(xiàn)場70第一節(jié) 機器人的編程基礎(chǔ)離線編程的優(yōu)點? 減少機器人不工作時間? 改善了編程環(huán)境；使編程者遠離危險的工作環(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 , 實現(xiàn) CAD/CAM／ Robotics一體化。示教編程 離線編程需要實際機器人系統(tǒng)和工作環(huán)境編程時機器人停止工作在實際系統(tǒng)上試驗程序編程的質(zhì)量取決于編程者的經(jīng)驗很難實現(xiàn)復(fù)雜的機器人軌跡路徑需要機器人系統(tǒng)和工作環(huán)境的圖形模型編程不影響機器人工作通過仿真試驗程序用規(guī)劃技術(shù)可進行最佳參數(shù)及路徑規(guī)劃可實現(xiàn)復(fù)雜運動軌跡的編程71第二節(jié) 弧焊機器人離線編程技術(shù) 發(fā)展與現(xiàn)狀 機器人離線編程原