三、刚度（Stiffness）：机身或臂部在外力作用下抵抗变形 的能力。它是用外力和在外力作用方向上的变形量（位移）
之比来度量。
工业机器人的技术指标 1、自由度（Degree of freedom） ：或者称坐标轴数，是指描 述物体运动所需要的独立坐标数。手指的开、合，以及手指 关节的自由度一般不包括在内。 通常作为机器人的技术指标，反映机器人动作的灵活性， 可用轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示。 目前，焊接和涂装作业机器人多为 6 或 7 自由度，而搬运、 码垛和装配机器人多为 4~6 自由度。
是不是自由度 越多越好呢？ 机器人的自由度越多， 就越能接近人手的动作 机能，通用性就越好； 但是自由度越多，结构 越复杂，对机器人的整 体要求就越高，这是机 器人设计中的一个矛盾。
2、额定负载 也称持重。正常操作条件下，作用 于机器人手腕末端，不会使机器人性能降低的最 大载荷。 目前，使用的工业机器人负载范围可从 0.5kg直 至 800kg 。 3、工作精度
思考练习
2.3 工业机器人的运动控制
2.3.1 机器人运动学问题 2.3.2 机器人的点位运动 …
2.3.3 机器人的位置控制
学习目标
所 处 位 置 ——— — 【 学 习 目 标 】
熟悉工业机器人的常 见技术指标 了解工业机器人的运 动控制
能够掌握工业机器人 的技术指标的含义 能够正确识别工业机 器人的点位运动和连 续路径运动
课 堂 认 知 】
机器人示教 时，机器人 控制器即逐 点进行运动 学正解运算。
Where is my hand?
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运动学正问题（示教）
(2) 运动学逆问题 对给定的机器人操作机，已知末端执行器在参考坐标系中 的初始位姿和目标（期望）位姿，求各关节角矢量，称之 为逆向运动学 （运动学逆解或 How 问题）。 机器人再现时， 机器人控制器即 逐点进行运动学 逆解运算，并将 矢量分解到操作 机各关节。
How do I put my hand here?
运动学逆问题（再现）
2.3.2 机器人的点位运动和连续路径运动 (1) 点位运动（ Point to Point, PTP ） PTP 运动只关心机器人末 所 处 端执行器运动的起点和目标点位姿，不关心这两点之间的运 位 置 动轨迹。 ——— — (2) 连续路径运动（ Continuous Path, CP ） CP 运动不仅关心机 【 器人末端执行器达到目标点的精度，而且必须保证机器人能沿 课 堂 所期望的轨迹在一定精度范围内重复运动。 认
关节控制器
给定 +
位置 -
位置调节器
+
-
速度调节器
+
-
转矩调节器 功率放大
期望
位置
M
电流反馈
光电 码盘
位置反馈
速度反馈
工业机器人的位置控制
运动控制电机及驱动
所 处 位 置 ——— — 【 扩 展 与 提 高 】
机器人的核心技术是运动控制技术，目前工业机器人采用 的电气驱动主要有 步进电动机和伺服电动机 两类。 1 ．步进电动机系统 步进电机是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环 控制精密驱动元件 ，分为 反应式步进电机、永磁式步进电 机和混合式步进电机 三种，其中混合式步进电机的应用最为 广泛，是一种精度高、控制简单、成本低廉的驱动方案。
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所 处 位 置 ——— — 【 课 堂 认 知
2.2 工业机器人的技术指标
机器人的技术指标反映机器人的 适用范围和工作性能。 一般都有： 自由度 工作空间 额定负载 工作精度 最大工作速度
相关术语及性能指标
一、关节（Joint）：即运动副，允许机器人手臂各零件之
间发生相对运动的机构。
二、连杆（Link）：机器人手臂上被相邻两关节分开的部分。
所 处 位 置 ——— — 【 课 前 回 顾 】
课前回顾
工业机器人的系统由哪几部 分组成？ 工业机器人的驱动方式， 常见的有哪几种？
章节目录 2.1 工业机器人的系统组成
2.1.1 操作机 2.1.2 控制器 2.1.3 示教器
2.2 工业机器人的技术指标
学习目标 导入案例 课堂认知 扩展与提高 本章小结
所 处 位 置 ——— — 【 课 堂 认 知 】 a) 垂直串联多关节机器人 MOTOMAN MH3F b) 水平串联多关节机器人 MOTOMAN MPP3S
c) 并联多关节机器人 MOTOMAN MYS650L 不同本体结构 YASKAWA 机器人工作范围
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5、工作速度 机器人在工作载荷条 件下、匀速运动过程中，机械接口中 心或工具中心点在单位时间内所移动 的距离或转动的角度 机器人的运动速度是指单关节速度； 最大工作速度通常指机器人手腕中心 的最大速度。这在生产中是影响生产 效率的重要指标。
伺服电机与伺服驱动器
所 处 位 置 ——— — 【 本 章 小 结 】
本章小结
工业机器人的机械结构部分称为操作机。通常用自由度、 工作空间、额定负载、定位精度、重复定位精度和最大工作速 度等技术指标来表征工业机器人操作机的性能。
工业机器人通常由操作机、控制器和示教器三部分组成。操 作机是机器人赖以完成各种作业的主体部分，一般由机械臂、驱 动 - 传动装置以及内部传感器等组成。控制器是完成机器人控制 功能的结构实现，一般由控制计算机和伺服控制器组成。示教器 是机器人的人机交互接口，主要由显示屏和按键组成。 工业机器人的运动控制是指工业机器人的末端执行器从 一点移动到另一点的过程中，常采用点位（ PTP ）控制和连 续路径（ CP ）控制两种方式。
(3) 工业机器人的腕部传动多采用 RV 减速器，臂部则采用谐波减速器。（ ） 返回
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（1）定位精度
也称绝对精度。指机器人末端参 考点实际到达的位置与所需要到 达的理想位置之间的差距。
（2）重复定位精度
在相同的位置指令下，机器人连 续重复若干次其位置的分散情况。 它是衡量一列误差值的密集程度， 即重复度。
o
o
_______ 。
1 2
3 4
题2图
(3) 工业机器人的运动控制主要是实现 _____ 和 _____ 两种。当机器人进行 ______ 运动控制时，末端执行器既要保证运动的起点和目标点位姿，而且必 须保证机器人能沿所期望的轨迹在一定精度范围内运动。 (4) 对给定的机器人操作机，己知各关节角矢量，求末端执行器相对于参 考坐标系的位姿，称之为 _____ 运动学。 29/30
2.3 工业机器人的运动控制
所 处 位 置 ——— — 【 课 堂 认 知 】
2.3.1 机器人运动学问题 工业机器人操作机可看作是一个开链式多连杆 机构 ，始 端连杆就是机器人的基座 ， 末端连杆与 工具相连 ， 相邻连杆之间用一个关节（轴）连接 在一起 。对于一个 6 自由度工业机器人，它由 6 个 连杆和 6 个关节（轴）组成。编号时，基座称为连 杆 0 ，不包含在这 6 个连杆内，连杆 1 与基座由关 节 1 相连，连杆 2 通过关节 2 与连杆 1 相连，依此 类推。
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连杆 6 连杆 5 连杆 4
连杆 3
关节 6
关节 5
关节 4
关节 3
连杆 2
关节 2 连杆 1 关节 1 连杆 0
a) 实物图
b) 机构简图
工业题 所 (1) 运动学正问题 处 位 对给定的机器人操作机，己知各关节角矢量，求末端执行器相 置 ——— 对于参考坐标系的位姿，称之为正向运动学 （运动学正解或 — Where 问题）。 【
知 】
Z
X Y ①②
A ③
D
E
B C
工业机器人 PTP 运动和 CP 运动
2.3.2 机器人的点位运动和连续路径运动
所 处 位 置 ——— — 【 课 堂 认 知 】
机器人 CP 运动的实现是以点到点运动为基础， 通过在相邻两点之间采用满足精度要求的直线或 圆弧轨迹插补运算即可实现轨迹的连续化。 机器 人再现时主控制器（上位机从）存储器中逐点取 出各示教点空间位姿坐标值，通过对其进行直线 或圆弧或插补运算，生成相应路径规划，然后把 各插补点的位姿坐标值通过运动学逆解运算转换 成关节角度值，分送机器人各关节或关节控制器 （下位机）。
思考练习
2 、选择
所 处 位 置 ——— — 【 思 考 练 习 】
(1) 操作机是工业机器人的机械主体，是用于完成各种作业的执行机构。它主 要哪几部分组成？（ ） ①机械臂；②驱动装置；③传动单元；④内部传感器 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④ (2) 示教器也称示教编程器或示教盒，主要由液晶屏幕和操作按键组成，可由 操作者手持移动。它是机器人的人机交互接口，试问以下哪些机器人操作可通 过示教器来完成？（ ）。 ①点动机器人；②编写、测试和运行机器人程序；③设定机器人参数；④查 阅机器人状态 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④
码垛
点焊 弧焊 喷涂
± 0.5
± 0.2~ ± 0.3 ± 0.08~ ± 0.1 ± 0.2~ ± 0.5 ± 0.02~ ± 0.03 ± 0.06~ ± 0.08 ± 0.06~ ± 0.1
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装配
6~10 10~20
4、工作空间 也称工作范围、工作行程。工业机器人执行任务时， 其手腕参考点或末端操作器安装点（不包括末端操作器） 所能掠过的空间，一般不包括末端操作器本身所能到达 的区域。 目前，单体工业机器人本体的工作范围可达3.5 m 左右。
机器人主控制器 （上位机）
关节控制器 1 （下位机）
轨迹
示教点位姿 中间位姿
机器人关节 角度值 θ i
关节控制器 2 （下位机）
直线 / 圆弧插补