第三章 六自由度机械手的坐标建立及运动学分析
3.1 系统描述及机械手运动轨迹设计方式 3.1.1 机器人技术参数一览表 表3-1 机器人技术参数表 机构形式 驱动方式 负载能力 重复定位精度 关节Ⅰ转动 关节Ⅱ转动 动作范围 关节Ⅲ转动 关节Ⅳ转动 关节Ⅴ转动 关节Ⅵ转动 关节Ⅰ转动 关节Ⅱ转动 最大速度 关节Ⅲ转动 关节Ⅳ转动 关节Ⅴ转动 关节Ⅵ转动 最大展开半径 高度 本体重量 操作方式 电源容量 串联关节式 步进伺服混合驱动 3Kg ±0.08mm -150°～ 150° -135°～ -45° -70°～ 50° -90°～ 90° -90°～ 90° -180°～ 180° 60o / S 60o / S 60o / S 60o / S 60o / S 120o / S 610mm 850 mm ≤40Kg 示教再现/编程 单相220V 50Hz 4A 3.1.2 机器人控制系统软件的主界面
运行机器人操作软件，出现如图3-1所示主界面。
图3-1 主界面
该软件包括空间学计算、关节运动、插补运动、关节示教和逆解示、机器人复位、机器人急停等。 3.1.3 机器人各部位和动作轴名称
按照从下到上，从左到右的顺序，各轴名称依次分别为： 关节Ⅰ回转Ⅰ轴、关节Ⅱ回转Ⅱ轴、关节Ⅲ回转Ⅲ轴、关节Ⅳ回转Ⅳ轴。关节Ⅴ回转Ⅴ轴、关节Ⅵ回转Ⅵ轴，见图3-2所示：
图3-2 机器人各部位和动作轴名称 3.1.4 机械手运动轨迹设计方式
3.1.4.1示教及记忆方式 （1）示教的方式
示教的方式种类繁多，总的可分为集中示教方式和分离示教方式： 集中示教方式：指同时对位置、速度、操作顺序等进行的示教方式；
分离示教方式：指在示教位置之后，再一边动作，一边分别对示教位置、速度、操作顺序等进行的示教方式。
当用PTP（点到点）控制的工业机器人示教时，可以分步编制程序，且能进行编辑、修改等工作。但是在作曲线运动而且位置精度要求较高时，示教点数一多，示教时间就会拉长。且在每一个示教点都要停止和启动，因而很难进行速度的控制。对需要控制连续轨迹的喷漆、电弧焊等工业机器人进行CP（连续）控制的示教时，示教操作一旦开始，就不能中途停止，必须不中断地进行到完，且在示教途中很难进行局部修正。
示教方式中经常会遇到一些数据的编辑问题，其编辑机能有如图3-4 所示的几种方法。 在图中，要连接A 与B 两点时，可以这样来做： （a）直接连接；（b）先在A 与B 之间指定一点x，然后用圆弧连接；（c）用指定半径的圆弧连接；（d）用平行移动的方式连接。
在CP（连续）控制的示教中，由于CP（连续）控制的示教是多轴同时动作，所以与PTP（点到点）控制不同，它几乎必须在点与点之间的连线上移动，故可有以下两种方法，如图3-5所示，在图中（a）是在指定的点之间用直线连接进行示教；（b）是按指定的时间对每一个间隔点的位置进行示教。
图3-4 示教数据的编辑功能
图3-5 CP 控制示教举例 （2）记忆的方式
工业机器人的记忆方式随着示教方式的不同而不同。又由于记忆内容的不同，故其所用的记忆装置也不完全相同。通常，工业机器人操作过程的复杂程序取决于记忆装置的容量，容量越大，其记忆的点数就越多，操作的动作就越多，工作任务就越复杂。
最初工业机器人使用的记忆装置大部分是磁鼓，随着科学技术的发展，慢慢地出现了磁线、磁芯等记忆装置。现在，计算机技术的发展带来了半导体记忆装置的出现、尤其是集成化程度高．容
量大，高度可靠的随机存取存储器（RAM）和可编程只读存储器（E-PROM）等半导体的出现，使工业机器人的记忆内容大大增加，特别是适合于复杂程度高的操作过程的记忆，并且其记忆容量可达无限。
3.4.1.2 示教编程方式
目前，大多数工业机器人都具有采用示教方式来编程的功能。示教编程一般可分为手把手示教编程和示教盒示教编程两种方式。 手把手示教编程
手把手示教编程方式主要用于喷漆、弧焊等要求实现连续轨迹控制的工业机器人示教编程中。具体的方法是人工利用示教手柄引导末端执行器经过所要求的位置，同时由传感器检测出工业机器人各关节处的坐标值，并由控制系统记录、存储下这些数据信息。实际工作当中，工业机器人的控制系统再重复再现示教过的轨迹和操作技能。 手把手示教编程也能实现点位控制，与CP 控制不同的是它只记录各轨迹程序移动的两端点位置，轨迹的运动速度则按各轨迹程序段对应的功能数据输入。 示教盒示教编程
示教盒示教编程方式是人工利用示教盒上所具有的各种功能的按钮来驱动工业机器人的各关节轴，按作业所需要的顺序单铀运动或多关节协调运动，从而完成位置和功能的示教编程。
示教盒通常是一个带有微处理器的、可随意移动的小键盘，内部ROM 中固化有键盘扫描和分析程序。其功能键一般具有回零、示教方式、自动方式和参数方式等。
示教编程控制由于其编程方便，装置简单等优点，在工业机器人的初期得到较多的应用。同时，又由于其编程精度不高，程序修改困难，示教人员要熟练等缺点的限制，促使人们又开发了许多新的控制方式和装置，以使工业机器人能更好更快地完成作业任务。 示教盒示教的基本技巧与编辑
在对机器人进行示教前，应首先保证被操作工件的定位一致性。只有定位偏差与机器人末端重复定位误差之和在允许范围之内，机器人才能完成给定的作业任务。然后按作业要求，确定示教次序，并根据控制特点和作业空间的限制确定必要的中间示教点。 图3-6 表示了—个轴孔装配的例子，要求—台平面关节型机器人将置于同一水平工作台面的轴承a 套入轴b 中，可将机器人的动作分解为如下6 个步骤： 1、手爪下降并抓取轴承a；
2、提升轴承a 至—定的高度位置c 点（图上未表出）； 3、将轴承a 平移至轴b 的正上方d 点（图上未表出）； 4、下降并将轴承a 套入轴上； 5、手爪上升至起始点高度；
6、回到起始点。这里的点c、d 就是所选择的中间示教点，分别位于轴承a 和轴b 的正上方，实际上点c、d 也可理解成物体提升点和下落点。
图3-6 轴孔装配示教