六自由度微动并联机器人工作空间分析--《长春理工大学学报(自然科学版)》2015年04期
六自由度微动并联机器人工作空间分析
【摘要】：以实际研制的微动并联机器人为研究对象,对其工作空间进行了分析。首先给出了微动并联机器人的机构组成及工作原理,依据本身结构特点,分析了影响工作空间的约束条件。为了得到机器人带有倾斜调整能力的工作空间,采用合适的欧拉角表达运动平台的姿态,给出了运动学逆解的求解方法,并在此基础上利用数值法通过空间扫描边界点的方式获得了机器人定姿态工作空间和灵活姿态角为700μrad工作空间。该分析方法对微动并联机器人设计及性能评价具有重要意义。
【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：TP242【正文快照】：
机器人工作空间是指机器人末端执行器工作时所能到达的区域,是机器人性能评价的重要指标[1-3]。根据执行器工作时位姿变化等特点,工作空间主要分为可达工作空间和灵活工作空间。可达工作空间是指执行器参考点所能打到的点的集合,灵活工作空间是指指执行器参考点可以从任何方向
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第二讲机器人概论
第一章 概论――基础知识内容要点? ? ? ? ? ? ? 什么是机器人 机器人的分类 什么是机器人学 机器人的发展历史 机器人的优缺点 机器人的组成部件 机器人的自由度 ? ? ? ? ? ? ? 机器人的关节 机器人的坐标构型 机器人的性能指标 机器人的工作空间 机器人的应用 其他机器人及应用 机器人的社会问题第二讲机器人基础一、什么是机器人常规的机器人操作手牵引车上的起重机第二讲 机器人基础起重机与机械手的异同共同之处： 许多连杆通过关节依次连接，各关节由驱动器驱动；“手”能在空中运动，能承受一定的载荷； 都用一个中央控制器控制驱动器根本不同： 起重机是由人来控制驱动器；机器人是由计算机编程控制，程序变了，机 器人的动作就会相应改变第二讲机器人基础机器人定义? ISO定义: A reprogrammable and multifunctional manipulator, devised for the transport of materials, parts, tools or specialized systems, with varied and programmed movements, with the aim of carrying out varied tasks. ? 定义的外延和内涵随机器人的发展而变化第二讲 机器人基础二、机器人分类? ? ? ? ? ? 人工操作装置 固定顺序机器人 可变顺序机器人 示教再现机器人 数控机器人 智能机器人JIRARIA第二讲机器人基础三、什么是机器人学? 机器人学是人们设计和应用机器人的技术 和知识。 ? 机器人系统不仅由机器人组成，还需要其 他装置和系统连同机器人一起来共同完成 必需的任务。 ? 机器人学是一门交叉学科，它得益于机械 工程、电气与电子工程、计算机科学、生 物学以及其他许多学科。第二讲 机器人基础四、机器人的发展历史? Karel Capek 《Rossam’s Universal Robots》? Isaac Asimov 在《I’m Robot》中提出“机器人 三原则” 和“机器人学（Robotics）”A robot must not harm a human being or, through inaction, allow one to come harm.A robot must always obey human beings unless that is conflict with the first law. A robot protect itself from harm unless that is conflict with the first or second laws.第二讲机器人基础四、机器人的发展历史Geoorge Devol开发出第一台可编程机器人，能实现示教 再现编程方式，实现点到点的控制；1958年，Engel Berger创建了Unimation公司，并参与设 计了第一台Unimate 机器人； 同时，AMF公司开始研制工业机器人Versatran（Versatile Transfer）机器人；1983年， Engel Berger将Unimation公司卖给西屋公司， 创建TRC公司，开始研制服务机器人；1968年，第一台智能机器人Shakey在斯坦福研究所（SRI） 诞生；第二讲 机器人基础
机器人和自动化技术在多数情况下可以提高生产率、安全性、 效率、产品质量和产品的一致性； 机器人可以在危险的环境下工作，而无须考虑生命保障或安全 的需要； 机器人无需舒适的环境，例如考虑照明、空调、通风以及噪音 隔离； 机器人能不知疲倦和厌烦地持续工作，不会有心理问题，不需 要医疗保险或假期； 机器人除了发生故障或磨损外，将始终如一地保持精度； 机器人具有比人高得多的精确度。直线位移精度可达千分之几 英寸（1in=2.54cm）； 机器人其附属设备及传感器具有某些人类所不具备的能力； 机器人可以同时响应多个激励或处理多项任务，而人类只能响 应一个现行激励；第二讲 机器人基础五、机器人的优缺点机器人替代了工人，由此带来经济和社会问题；机器人缺乏应急能力，除非该紧急情况能够预知并已在系统中 设置了应对方案，否则不能很好地处理紧急情况。同时，还需要有 安全措施来确保机器人不会伤害操作人员以及与它一起工作的机器。 机器人的能力在自由度、灵巧度、传感器能力、视觉系统和实 时响应方面具有局限性； 机器人费用开销大，原因是：原始的设备费、安装费、需要周 边设备、需要培训、需要编程。第二讲机器人基础六、机器人的组成部件? 机械手 ? 末端执行器 ? 驱动器机器人的主体部分，由连杆、活动关节和其他结构部件构成。连接在机械手最后一个关节上，用来执行任务。是由公司工程 师或外面的顾问为某种用途而专门设计的。通常，其动作有机 器人控制器直接控制。 “肌肉”，常见的驱动器有伺服电机、步进电机、气缸及液压缸 等，还有一些新型驱动器。它们由控制器控制。第二讲 机器人基础六、机器人的组成部件? 机械手或移动车 ? 末端执行器 ? 驱动器 ? 传感器 ? 控制器和处理器“五官”，收集机器人内部状态的信息或用来与外部环境进行 通信。 “小脑”，从计算机获取数据，控制驱动器的动作，并与传感 器反馈信息一起协调机器人的运动。 “大脑”，计算机器人关节的运动，确定每个关节应移动多少 和多远才能达到预定的速度和位置，并监督控制器和传感器。第二讲 机器人基础六、机器人的组成部件? 机械手或移动车 ? 末端执行器 ? 驱动器? 操作系统：用来操作计算机 ? 机器人软件：根据机器人的运动方程计算每个关节的必要 动作，然后将这些信息传给控制器 ? 例行程序集合和应用程序：为了使用机器人外部设备或为 了执行特定任务而开发? 传感器 ? 控制器和处理器 ? 软件第二讲机器人基础七、机器人的自由度? 确定一个刚体在空间的位置需要3dof ? 确定该刚体的姿态需要3dof ? 因此，需要6dof才能将物体放置到空间的 期望位姿； 少自由度机器人会怎样？ 多自由度机器人会怎样？ 人的手臂和手各有几个自由度？第二讲机器人基础七、机器人的自由度末端执行器的动作计入机器人的自由度吗？不 自由度为1/2的含义是什么？ 该关节只能在它的运动极限处定位 或该关节限定为几个可能的取值 所有的机器人都是六个自由度吗？ 许多都少于六个，比如插件机器人第二讲 机器人基础八、机器人关节? 线性关节（Prismatic joint）由气缸、液 压缸驱动? 回/旋转关节(Rotary joint)? 球关节(Spherical joint)第二讲 机器人基础由步进电机或 伺服电机驱动九、机器人的坐标与构形笛卡儿坐标/直角坐标/台架型（3P）圆柱坐标型（R2P）极坐标、球坐标型（2RP）平面型多关节机器人十一、机器人的性能指标负荷能力? 机器人在满足其他性能要求的情况下，能 够承载的负荷重量； ? 机器人的负荷量与其自身的重量相比往往 非常小； ? 比如：M－16i机器人自重594磅，负荷量 仅为35磅。第二讲 机器人基础十一、机器人的性能指标运动范围? 机器人在其工作区域内可以达到的最大距 离； ? 运动范围是机器人关节长度和其构型的函 数。第二讲机器人基础十一、机器人的性能指标精度（正确性）? 指机器人到达指定点的精确程度；? 与驱动器的分辨率以及反馈装置有关；? 大多数工业机器人具有0.001in或更高精度。第二讲机器人基础十一、机器人的性能指标重复精度（变化性）? 指如果动作重复多次，机器人到达同样位 置的精确程度； ? 重复精度比精度更为重要； ? 大多数工业机器人的重复精度都在0.001in 以内。第二讲机器人基础十二、机器人的工作空间是指根据机器人的构型、连杆及腕关节的大小，机 器人能到达的点的集合；工作空间可用数学方法通过列方程来确定，也可凭 经验确定； 当机器人用做特殊用途时，必须研究其工作空间， 以确保机器人能到达要求的点。第二讲机器人基础十二、机器人的工作空间可达工作空间VS灵活工作空间第二讲机器人基础十三、机器人的应用? ? ? ? ? ? ? 机器加载 取放操作 焊接 喷漆 检测 抽样 装配操作 ? ? ? ? ? ? 机械制造 监视 医疗应用 帮助残疾人 危险环境 水下、太空及远程第二讲机器人基础十四、其他机器人及应用? 类人机器人 ? 类昆虫和动物机器人 多数为科研目的而开发 为军事、医疗或娱乐而设计开发生命电子学:设计和开发生动形象的机器 人和机器的系统技术 MEMS:微电子机械系统第二讲 机器人基础十五、机器人的社会问题工人失业带来的 机器人会消灭人类吗？ 机器人的安全性 社会和经济问题第二讲机器人基础? ? ? ? ? ? ?什么是机器人 机器人的分类 什么是机器人学 机器人的发展历史 机器人的优缺点 机器人的组成部件 机器人的自由度小结? ? ? ? ? ? ?机器人的关节 机器人的坐标 机器人的性能指标 机器人的工作空间 机器人的应用 其他机器人及应用 机器人的社会问题第二讲机器人基础
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