机 器 人 手 臂 运 动 学

机 器 人 的 机 械 臂 是 由 数 个 刚 性 杆 体 以 旋 转 或移 动 关 节 串 连 而 成 ， 是 一 个 开 环 关 节 链 ， 开 链 的一 端 固 接 在 基 座 上 ， 另 一 端 是 自 由 的 ， 安 装 着 末端 操 作 器 （如 焊 枪 ） ，油缸焊接工艺， 在 机 器 人 操 作 时 ， 机 器 人手 臂 前 端 的 末 端 操 作 器 必 须 与 被 加 工 工 件 处 于 相适 应 的 位 置 和 姿 态 ，油缸焊接专机， 而 这 些 位 罝 和 姿 态 是 由 若 干个 臂 关 节 的 运 动 所 合 成 的 。因 此 ， 机 器 人 运 动 控制 中 ， 必 须 要 知 道 机 械 臂 各 关 节 变 量 空 间 、 末 端操 作 器 的 位 罝 和 姿 态 之 间 的 关 系 ， 这 就 是 机 器 人运 动 学 建 模 。 一 台 机 器 人 机 械 臂 结 构 几 何 参 数 确定 后 ， 其 运 动 学 模 型 即 可 确 定 ， 这 是 机 器 人 运 动控 制 的 基 础 。

机器人工作原理

现 在 广 泛 应 用 的 焊 接 机 器 人 都 属 于 一 代 工业 机 器 人 ， 它 的 基 本 工 作 原 理 是 示 教 再 现 。 示 教也 称 导 引 ，油缸焊接， 即 由 用 户 导 引 机 器 人 ， 一 步 一 步 按 实际 任 务 操 作 一 遍 ， 机 器 人 在 导 引 过 程 中 自 动 记 忆示 教 的 每 个 动 作 的 位 置 、 姿 态 、 运 动 参 数 、 工 艺参 数 等 ， 并 自 动 生 成 一 个 连 续 执 行 全 部 操 作 的 程序 。 完 成 示 教 后 ， 只 需 给 机 器 人 一 个 启 动 命 令 ，机 器 人 将 准确 地 按 示 教 动 作 ， 一 步 一 步 完 成 全 部操 作 。 这 就 是 示 教 与 再 现 。

机 器 人 机 械 手 的 控 制

当 一 台 机 器 人 机 械 手 的 动 态 运 动 方 程 已 给定 ， 它 的 控 制 目 的 就 是 按 预 定 性 能 要 求 保 持 机 械手 的 动 态 响 应 。 但 是 由 于 机 器 人 机 械 手 的 惯 性力 、 耦 合 反 应 力 和 重 力 负 载 都 随 运 动 空 间 的 变 化而 变 化 ， 因 此 要 对 它 进 行 髙 精 度 、 高 速 、 高 动 态品 质 的 控 制 是 相 当 复 杂 而 困 难 的 ， 现 在 正 在 为 此研 究 和 发 展 许 多 新 的 控 制 方 法 。

目 前 工 业 机 器 人 上 采 用 的 控 制 方 法 是 把 机 械手 上 每 一 个 关 节 都 当 作 一 个 单 独 的 伺 服 机 构 ， 即把 一 个 非 线 性 的 、 关 节 间 耦 合 的 变 负 载 系 统 ， 简化 为 线 性 的 非 耦 合 单 独 系 统 。 每 个 关 节 都 有 两 个伺 服 环 。 外 环 提 供 位 置 误 差 信 号 ，油缸焊接机， 内环 由 模 拟 器 件 和 补 偿 器 （ 具 有 衰 减 速 度 的 微 分反 馈 ） 组 成 ， 两 个 伺 服 环 的 增 益 是 固 定 不 变 的 。因 此 基 本 上 是 一 种 比 例 积 分 微 分 控 制 方 法 （ P1 D法 ） 。 这 种 控 制 方 法 ， 只 适 用 于 目 前 速 度 、 精 度要 求 不 高 和 负 荷 不 大 的 机 器 人 控 制 ， 对 常 规 焊 接机器人来说，已经满足。

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