關于工業(yè)機器人的一些基本概念

工業(yè)機器人看起來高大尚，很多初學者學習的時候無從入手，實際上只要掌握了以下這些概念和基礎，你完全就理解它的機理和落地場景了。

1.1工業(yè)機器人常用術語

1.自由度(Degree of Freedom,DOF) 物體相對坐標系能夠進行獨立運動的數目稱為自由度，對于自由剛體，具有6個自由度。自由度常作為機器人的技術指標，反映機器人的靈活性，對于弧焊機器人一般應具有6個或以上的自由度。

2.位姿(Pose)位姿指工具的位置和姿態(tài)。

3.末端操作器( End Effector)末端操作器位于機器人腕部末端，是直接執(zhí)行工作要求的裝置,如夾持器、焊槍、焊鉗等。

4.載荷( Payload)?載荷指機器人手腕部的最大負重，通常情況下弧焊機器人載荷為 5-20kg,點焊機器人 載荷為 50~200kg。

5.工作空間( Working Space)，工作空間是指機器人工作時，其腕軸交點能在空間活動的范圍。

6.重復位姿精度( Pose Repeatability)，在同一條件下,重復N 次所測得的位姿一致的程度。軌跡重復精度( Path Repeatability)沿同一軌跡跟隨N次,所測得的軌跡之間的一致程度。?1.2 工業(yè)機器人運動控制

1.機器人連桿參數及連桿坐標系變換機器人手臂可以看作是一個開鏈式多連桿機構，始端連桿就是機器人的機座，末端連桿與工具相連，相鄰連桿之間用一個關節(jié)連接在一起。 一個有6 個自由度的機器人，由6 個連桿和6 個關節(jié)組成。

2.機器人運動學

機器人運動學主要包括兩方面內容: (1) 運動學正運算 已知各關節(jié)角值,求工具在空間的位置和姿態(tài)。實際上這是建立運動學方程的過程。如果通過傳感器(通常為絕對編碼器)獲得各關節(jié)變量的值,就可以 確定機器人末端連桿上工具的位置和姿態(tài)。這樣就解決了機器人的正運動學問題。 (2)運動學逆運算 已知工具的位姿，求各關節(jié)角值,這是求解運動學方程的問題。換句話說，機器人運動學方程，描述的是末端連桿(工具)相對于基坐標系之間的變換矩陣與關節(jié)變量之間的關系，是運動學方程求解的過程。 機器人運動學只限于對機器人相對于參考坐標系的位姿和運動問題的討論,未涉及引起這些運動的力和力矩以及與機器人運動的關系。

3.機器人動力學

機器人動力學主要研究機器人運動和受力之間的關系，目的是對機器人進行控制、優(yōu)化設計和仿真。機器人動態(tài)性能不僅與運動學因素有關，還與機器人的結構形式、質量分布、執(zhí)行機構的位置、傳動裝置等對動力學產生重要影響的因素有關。

1)機器人是一個復雜的動力學系統(tǒng)，在關節(jié)驅動力矩(驅動力)的作用下產生運動變化,或與外載荷取得力矩平衡。

2)機器人控制系統(tǒng)是多變量的、非線性的自動控制系統(tǒng)，也是動力學耦合系統(tǒng),每一個控制任務本身就是一個動力學任務。

3)動力學的正、逆問題:

①正問題是已知機器人各關節(jié)的作用力或力矩,求機器人各 關節(jié)的位移、速度和加速度(即運動軌跡),主要用于機器人的仿真；

②逆問題是已知機器人各關節(jié)的位移、速度和加速度，求解所需要的關節(jié)作用力或力矩，以便實現實時控制。 機器人動力學的實質，即求解機器人動態(tài)特性的運動方程式，一旦給定輸入的力或力矩，就確定了系統(tǒng)的運動結果。