第二章 串联机器人

工业机器人通常采用典型的串联机构，因此称为串联机器人

2.1 机器人子系统

机器人系统通常包括三个子系统：运动子系统、辨识子系统、控制子系统

1. 运动子系统

驱动器

• 作用：提供操作臂和末端执行器的运动
• 按照驱动原理分为：电动、气动、液压

传动装置

• 作用：传动电机或驱动器与机器臂连杆之间的运动
• 典型的传动单元：带传动和链传动、齿轮传动、连杆传动

操作臂

末端执行器

2. 辨识子系统

传感器

• 作用：一种形式的信号转换为另一种形式的信号

模数转换器

• 作用：连接传感器和机器人控制器，将模拟信号转换成数字信号

3. 控制子系统

数字控制器

• 作用：控制机械臂和末端执行器的动作，通常用计算机作为控制器

数模转换器

• 作用：将控制器输出的数字信号转换成驱动器执行器的模拟信号

放大器

• 作用：放大数模转换器的模拟信号，驱动机械臂上的电机

2.2 按应用场合划分机器人

2.3 按坐标划分机器人

根据机械臂的构型和工作空间包络来划分，该划分方法可以表示末端执行器上一点的工作空间体积。

1. 笛卡尔坐标

• 机械臂可沿x、y、z轴运动，分别表示机械臂的行程、高度、手臂伸出长度

• 工作空间为长方体、正方体、棱柱体

2. 圆柱坐标

• 一个旋转关节、两个平移关节

3. 球形坐标

• 两个旋转关节、一个平移关节

4. 旋转坐标

• 仅采用旋转关节

总结：四种基本的机械臂结构可以相互转换

2.4 按驱动系统划分机器人

电力和流体动力，流体动力又可分为气动驱动和液压驱动

2.5 按控制方法划分机器人

1. 伺服/非伺服电机

• 伺服控制（闭环）：高精度和执行复杂的任务，大多数电动和液压系统均采用伺服控制
• 非伺服控制（非闭环）：只适用于轻载的位置控制，不能满足需要对速度、加速度和转矩控制的场合。

2. 轨迹控制

1. 点到点

• 定义：只给定机器人手臂运动的起始点和终止点，而不考虑两点间的轨迹。实际的运动轨迹是手臂各连杆运动的叠加，并且通过计算使两点间的行程时间最短。

2. 连续轨迹

• 定义：机器人沿着一个方向给定的连续轨迹运动，例如焊接机器人，其控制器需要时刻检测关节上的传感器信息。

2.6 按编程方法划分机器人

• 在线编程和离线编程

本章小节

课后习题

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