《機(jī)器人末端執(zhí)行器》PPT課件.ppt

機(jī)器人末端執(zhí)行器,2.機(jī)器人末端執(zhí)行器 機(jī)器人末端執(zhí)行器裝在操作機(jī)手腕的前端(稱(chēng)機(jī)械接口)，用以直接執(zhí)行工作任務(wù)。根據(jù)作業(yè)任務(wù)的不同，它可以是夾持器或?qū)Ｓ霉ぞ叩取?夾持器是具有夾持功能的裝置，如吸盤(pán)、機(jī)械手爪、托持器等； 專(zhuān)用工具是用以完成某項(xiàng)作業(yè)所需要的裝置，如用于完成焊接作業(yè)的氣焊槍、點(diǎn)焊鉗等。并由此，將焊接機(jī)器人又可細(xì)分為： C02焊機(jī)器人、TIG焊機(jī)器人、MAG/MIG焊機(jī)器人、氣焊機(jī)器人、釬焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、激光焊機(jī)器人等。 3傳感器系統(tǒng) 機(jī)器人所用傳感器又分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器二類(lèi)。 前者用來(lái)檢測(cè)自身狀態(tài)的信息，主要是位置、速度、加速度等傳感器，并且作為反饋信號(hào)構(gòu)成伺服控制； 后者是用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人作業(yè)對(duì)象和作業(yè)環(huán)境信息的傳感器，如測(cè)量夾持器夾緊力的壓力傳感器，對(duì)外界進(jìn)行識(shí)別的視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等傳感器。 機(jī)器人常用傳感器及其功能見(jiàn)表75。,4控制器,控制器是個(gè)專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，相當(dāng)于機(jī)器人的大腦，它以計(jì)算機(jī)程序方式來(lái)完成給定任務(wù)。目前，大部分工業(yè)機(jī)器人都采用二級(jí)計(jì)算機(jī)控制： 第一級(jí)為主CPU，完成系統(tǒng)的監(jiān)控、作業(yè)管理、自診斷等； 第二級(jí)為子CPU，完成各關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)的控制等。,圖7.5中主CPU為總控制器，主要進(jìn)行系統(tǒng)控制和坐標(biāo)計(jì)算與變換，包括坐標(biāo)變換、插補(bǔ)計(jì)算、自動(dòng)加減速計(jì)算、加速度驗(yàn)算、橫擺計(jì)算、自診斷等。 子CPU主要作動(dòng)作控制，包括脈沖分配、機(jī)器人零點(diǎn)復(fù)位、零點(diǎn)減速和開(kāi)關(guān)位置檢測(cè)等。 主CPU對(duì)子CPU的控制是以命令的形式通過(guò)FIFO棧來(lái)傳遞的； 而子CPU的狀態(tài)與請(qǐng)求是通過(guò)并行I0接口來(lái)進(jìn)行的。,機(jī)器人控制器的控制功能大致有三類(lèi)： 第一類(lèi)是點(diǎn)位控制，簡(jiǎn)稱(chēng)為PTP控制，它只要求機(jī)器人手臂末端能快速準(zhǔn)確地從一點(diǎn)到相鄰點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，而對(duì)其運(yùn)動(dòng)路徑不作具體規(guī)定。這種控制功能用于搬運(yùn)、點(diǎn)焊、裝配等作業(yè)中。 第二類(lèi)是連續(xù)路徑控制，又稱(chēng)連續(xù)軌跡控制，簡(jiǎn)稱(chēng)CP控制。它不但要求機(jī)器人手臂末端從一點(diǎn)到相鄰點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，而且要求所走過(guò)的路徑是連續(xù)平滑的，這就需要插補(bǔ)運(yùn)算，所以這種控制功能多用于噴涂、弧焊、去飛邊等作業(yè)中。 第三類(lèi)是移動(dòng)控制，它包括對(duì)移動(dòng)的路徑、速度、目標(biāo)跟蹤、機(jī)器人操作機(jī)的穩(wěn)定平衡、越過(guò)障礙物及回避障礙物等的控制，這種控制功能多用于作業(yè)距離較長(zhǎng)或野外作業(yè)等需要機(jī)器人移動(dòng)甚至行走的場(chǎng)合。 此外，機(jī)器人還有一類(lèi)附加裝置，如手動(dòng)操作器、編程器、示教器等。用這些附加裝置可以進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整機(jī)器人狀態(tài)、編制機(jī)器人作業(yè)程序、示教作業(yè)參數(shù)或輸入修改系統(tǒng)參數(shù)等工作。 三、機(jī)器人的示教、編程及語(yǔ)言 1示教再現(xiàn) 為使機(jī)器人完成規(guī)定的任務(wù)，在工作前由操作者把作業(yè)要求的內(nèi)容(如機(jī)器人的運(yùn)行軌跡、作業(yè)順序、工藝條件等)預(yù)先教給機(jī)器人，進(jìn)行這種操作稱(chēng)為示教。 把示教的內(nèi)容保存下來(lái)稱(chēng)為記憶。 使機(jī)器人按示教的內(nèi)容動(dòng)作稱(chēng)為再現(xiàn)。 例如，由操作者對(duì)焊接機(jī)器人按實(shí)際焊接操作一步步的進(jìn)行示教，機(jī)器人即將其每一步示教的空間位置、焊槍姿態(tài)以及焊接參數(shù)等，順序的、精確地存人控制器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相應(yīng)存儲(chǔ)區(qū)。,示教結(jié)束的同時(shí)，就會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)執(zhí)行上述示教參數(shù)的程序。當(dāng)實(shí)際待焊件到位時(shí)，只要給機(jī)器人一個(gè)起焊命令，機(jī)器人就會(huì)精確的、無(wú)需人介入的一步步重現(xiàn)示教的全部動(dòng)作，自動(dòng)完成該項(xiàng)焊接任務(wù)。 如果需要機(jī)器人去完成一項(xiàng)新的焊接任務(wù)(如汽車(chē)車(chē)型改變)，無(wú)需對(duì)機(jī)器人作任何改裝，只需要按新任務(wù)操作重新對(duì)機(jī)器人示教就可以實(shí)現(xiàn)。 如果在機(jī)器人控制器計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存儲(chǔ)多種焊件的示教程序，在同一條生產(chǎn)線(xiàn)上就可以很容易地實(shí)現(xiàn)多種焊件同時(shí)生產(chǎn)；而僅需在一種焊件到來(lái)時(shí)，給機(jī)器人一個(gè)這種焊件的識(shí)別編碼即可，這就是所謂柔性。 示教是目前工業(yè)機(jī)器人所采用的主要編程方法，它是真實(shí)作業(yè)環(huán)境中的在線(xiàn)編程，可用手把手和示教盒兩種方法。圖7.6給出一個(gè)用于點(diǎn)焊、弧焊的6自由度工業(yè)機(jī)器人的示教盒例子。,示教時(shí)可利用按鍵9、10、11和12的6套鍵，使機(jī)器人按關(guān)節(jié)坐標(biāo)、機(jī)座坐標(biāo)或工具坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)。 鍵12中的10個(gè)鍵，還可作數(shù)字鍵輸入功能數(shù)據(jù)。用關(guān)節(jié)坐標(biāo)鍵18和笛卡爾坐標(biāo)鍵19設(shè)定各點(diǎn)位置的坐標(biāo)形式。 利用鍵16和17選擇定位精度，其中鍵16為精確定位，鍵17為不精確定位，即所謂路徑點(diǎn)。,為了再現(xiàn)和驗(yàn)證程序，還有向前一步鍵8、向后一步鍵7以，及連續(xù)鍵6。 此外，還可利用鍵24、26、27、28和3輸入速度、子程序、I0輸入和輸出以及工具開(kāi)閉功能和功能數(shù)據(jù)。 最后利用記錄鍵21記錄各步的位置和功能數(shù)據(jù)信息。 如果必要，可利用修改鍵20修改某步的信息。,2離線(xiàn)編程,示教編程的缺點(diǎn)在于它是在線(xiàn)，示教過(guò)程中必須停工。離線(xiàn)編程則可克服這一缺點(diǎn)。 所謂離線(xiàn)編程，即是在與機(jī)器人分離的裝置上編制任務(wù)程序(為定義機(jī)器人系統(tǒng)特定的任務(wù)所編制的運(yùn)動(dòng)和輔助功能的指令集，稱(chēng)任務(wù)程序)后，再輸入到機(jī)器人中的一種編程方法。 離線(xiàn)編程的優(yōu)點(diǎn)： 可減少機(jī)器人停機(jī)時(shí)間； 讓程序員脫離潛在的危險(xiǎn)環(huán)境； 一套編程系統(tǒng)可以給多臺(tái)機(jī)器人編程。 若機(jī)器人程序格式不同，只要采用不同的后置處理即可。另外，該編程能完成示教難以完成的復(fù)雜、精確的編程任務(wù)； 通過(guò)圖形編程系統(tǒng)的動(dòng)畫(huà)仿真可驗(yàn)證和優(yōu)化程序等。 因此，離線(xiàn)編程系統(tǒng)已成為機(jī)器人編程的發(fā)展趨向。該系統(tǒng)目前已有多種供應(yīng)市場(chǎng)，例如OSMAP公司的ROBCAD等。,3編程語(yǔ)言,機(jī)器人語(yǔ)言是供用戶(hù)編寫(xiě)機(jī)器人程序的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。 編程語(yǔ)言的功能決定了機(jī)器人的適應(yīng)性和給用戶(hù)的方便性，但至今還沒(méi)有完全公認(rèn)的通用機(jī)器人編程語(yǔ)言，而每個(gè)機(jī)器人制造廠都有自己的語(yǔ)言。 機(jī)器人編程語(yǔ)言主要有兩類(lèi)： 面向機(jī)器人的編程語(yǔ)言與面向任務(wù)的編程語(yǔ)言。 (1)面向機(jī)器人的編程語(yǔ)言其主要特點(diǎn)是描述機(jī)器人的動(dòng)作序列，每一條語(yǔ)句大約相當(dāng)于機(jī)器人的一個(gè)動(dòng)作，整個(gè)程序控制機(jī)器人完成全部作業(yè)。該語(yǔ)言有如下三種： 專(zhuān)用的機(jī)器人語(yǔ)言，例如用于PUMA機(jī)器人上的V+語(yǔ)言，它具有集成化、多任務(wù)、多處理器、良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境、較完備的語(yǔ)言功能，編程水平還可以進(jìn)一步提高，有高精度定位系統(tǒng)(選件)等特點(diǎn)； 在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的基礎(chǔ)上加機(jī)器人子程序庫(kù)，例如美國(guó)機(jī)器人公司開(kāi)發(fā)的ARBasic語(yǔ)言； 開(kāi)發(fā)一種新的通用語(yǔ)言加上機(jī)器人子程序庫(kù)，例如IBM公司開(kāi)發(fā)的AML機(jī)器人語(yǔ)言。 (2)面向任務(wù)的機(jī)器人編程語(yǔ)言 其特點(diǎn)是允許用戶(hù)發(fā)出直接命令，以控制機(jī)器人去完成一個(gè)具體的任務(wù)，而不需要說(shuō)明機(jī)器人需要采取的每一個(gè)動(dòng)作的細(xì)節(jié)。如美國(guó)的RCCL，機(jī)器人編程語(yǔ)言，就是用C語(yǔ)言和一組C函數(shù)來(lái)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的任務(wù)級(jí)機(jī)器人語(yǔ)言。 焊接機(jī)器人的編程語(yǔ)言，目前都屬于面向機(jī)器人的語(yǔ)言；面向任務(wù)的機(jī)器人語(yǔ)言尚屬開(kāi)發(fā)階段。,1機(jī)器人操作狀態(tài)圖,如圖7-7中的描述，機(jī)器人系統(tǒng)由一個(gè)有限狀態(tài)自動(dòng)化裝置來(lái)建模。圖中轉(zhuǎn)移編號(hào)的說(shuō)明 ：,1裝載，某些任務(wù)程序被裝入機(jī)器人系統(tǒng)控制器中。 2清除，由機(jī)器人系統(tǒng)控制器中移去任務(wù)程序。 3賦值，已準(zhǔn)備好一個(gè)已裝載的任務(wù)程序以供執(zhí)行。 4去值，賦值的反面。 5程序開(kāi)始，機(jī)器人進(jìn)入ROBOT-EXECUTING狀態(tài)。 6執(zhí)行結(jié)束，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)被停止，且機(jī)器人被返回到ROBOTLOADED狀態(tài)。 7程序復(fù)位，一個(gè)已暫停的機(jī)器人被返回到ROBOT-READY狀態(tài)。 8暫停，機(jī)器人已臨時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。 9繼續(xù)，暫停的機(jī)器人返回到ROBOT-EXECUTING狀態(tài)。 10清除(異常終止)，除任務(wù)程序未執(zhí)行完成外，其它與清除同。 11清除(舍棄)，除任務(wù)程序未開(kāi)始外，其它與清除同。 12應(yīng)急動(dòng)作，將機(jī)器人置入要求手動(dòng)介入狀態(tài)。,2機(jī)器人操作狀態(tài)說(shuō)明,(1)ROBOT-IDEI。(機(jī)器人空閑) 該狀態(tài)對(duì)應(yīng)在系統(tǒng)內(nèi)機(jī)器人沒(méi)有任務(wù)程序可用時(shí)的機(jī)器人狀態(tài)。當(dāng)機(jī)器人剛開(kāi)始供電時(shí)，或當(dāng)其完成一個(gè)任務(wù)程序執(zhí)行和任務(wù)程序由系統(tǒng)內(nèi)移去時(shí)，將發(fā)生此狀態(tài)。 (2)ROBOT-LOADED(機(jī)器人已裝載) 該狀態(tài)對(duì)應(yīng)在系統(tǒng)內(nèi)有一個(gè)或多個(gè)可用的任務(wù)程序時(shí)的機(jī)器人狀態(tài)。 (3)ROBOT-READY(機(jī)器人準(zhǔn)備完畢) 該狀態(tài)表示一個(gè)可供機(jī)器人執(zhí)行的任務(wù)程序已被賦值。 (4)ROBOT-EXECUTING(機(jī)器人執(zhí)行) 該狀態(tài)中，機(jī)器人在操作，其運(yùn)動(dòng)是使能運(yùn)動(dòng)。 (5)ROBOT-MOTION-PAUSED(機(jī)器人運(yùn)動(dòng)暫停) 該狀態(tài)中運(yùn)動(dòng)不是使能運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人的任務(wù)程序可能在運(yùn)行，也可能已停止。 (6)MANUAL-INTERVENTION-REQUIRED(要求手動(dòng)介入) 在此狀態(tài)中，全部運(yùn)動(dòng)已經(jīng)停止。 此時(shí)，為了完成某些其它的必要活動(dòng)，需要靠機(jī)器人的操作者執(zhí)行某些局部動(dòng)作。在此局部動(dòng)作后，機(jī)器人才可進(jìn)入某一其它狀態(tài)。,除機(jī)器人操作狀態(tài)外，機(jī)器人能夠被描述為處于“正在本地控制中”或“不在本地控制中”。 前者意味著某些本地作用因素，如操作員正在控制儀表板、示教盒或其等同物上正在進(jìn)行控制操作，以確定機(jī)器人可作哪些運(yùn)動(dòng)或機(jī)器人可運(yùn)行哪些任務(wù)程序； 若機(jī)器人“不在本地控制中”，則機(jī)器人可照常運(yùn)行任務(wù)程序，此時(shí)，任何本地作用因素都沒(méi)有能力停止或修改在運(yùn)行的任務(wù)程序。 帶遠(yuǎn)程控制器的機(jī)器人，可由這種遠(yuǎn)程控制器取得對(duì)該機(jī)器人的控制權(quán)。 除正常操作外，大多數(shù)機(jī)器人都具有校準(zhǔn)機(jī)器人軸的輔助功能。此功能按類(lèi)似于正常任務(wù)程序的方式操作，除由于校準(zhǔn)功能的存在使機(jī)器人不處于LOADED狀態(tài)外，服從圖7-7的狀態(tài)圖。,