计算机在生物学和医学的应用28（1998）415-421 人工和工业机器人重复操作定位精度比较
Jure Zupancic*, Tadej Bajd
卢布尔雅那大学电气工程学院，Trz?as?ka 25, SI-1000 卢布尔雅那，斯洛文尼亚
1997年12月8日
摘要机器人重复定位精度性能所受的影响。操作机器人的重量-有效载荷的比例要明显的高于人工操作。支撑的使用提高了机器人的上述性能。这个策略模仿了人工操作时的动作。将机器人和操作人员在相同的条件下操作做一次比较。通过OPTOTRAK?运动分析系统完成了非接触式重复定位精度测量的测试。实验结果表明机器人和操作人员的定位精度在使用支撑后得到了相当大的改善。
?1998年，艾斯维尔科技有限公司保留所有权利。
关键词工业机器人，人为操作的重复性，标准，测量，支撑战略
1介绍
现代机器人中代替操作人员执行装配任务的机械手通常是按照人类的胳膊和手
来设计的。机械对应人工操作发展的主要目标是实现功能改善，如提高速度，增加有效载荷能力，提高定位精度和可重复性。然而，当负载不超过3公斤时，经评估发现机器人的重量—有效载荷比是人类在相同操作情况下的10倍以上。从技术和经济的角度来看这个比例的减少与机器人的效率密切相关。提高这个比率的传统原则是引入更轻的材料，创建一个新的结构，设计新的执行器。
在特殊情况下，使用适当的支撑体能够增加机器人的绝对精度和可重复性。支撑的方法是模仿人类在精细运动操作时的行为，以便能适应更高的精度和可重复性要求的需要。操作员在进行精确的操作任务时往往会像工作时的钟表匠一样为他的前臂，手腕处，肘关节等找一支撑体。同样道理也可以用在机器人身上。
除了一些估计，在人工和机器人的表现之间并没有明确的比较。这次研究的目的是为了是机器人和人工操作者在有支撑和没有支撑的条件下作一个操作技术的比较。
2方法
工业操作机器人的重复定位精度测试按照ISO 9283的标准进行测试。多维数据集
与最大音量是在工作区中最常见的预期用途。五个点（P1—P5），如图所示，分别位于图中选定平面的对角线上。接触式的OPTOTRAK?/3010运动分析系统用于测量实际位置（如图2所示）。测量P1，P2，P3，P4和P5的位置。经过30次的重复测量后，重复定位精度达到了ISO 9283标准的要求。可重复性由以下的公式计算：
,3D S D r += (1)
,11
∑==n
j j D n D (2) ,)()()(222z z y y x x D j j j j -+-+-=
(3)
图1 在机器人工作区内定义测量点（P1-P5）。
图2 重复定位精度测量设备。
,1
)(12--=∑=n D D
S n j j D (4)
其中x j , y j , z j 表示标称位置，z y x ,,表示实际位置和S D 的位置的偏差。重复性试验测试的是机器人（1），有支撑的机器人（2），操作员（3），前臂支撑的操作员（4）。其中在（1）和（2）中机器人执行的是指定的程序。参加测试的操作人员要按照相同的标准执行相同的命令。标准的操作是将有五个环的目标定位到操作员工作空间线框。以相同的标准测量操作员的手和机器人的操作臂。为操作员和机器人准备相同大小的操作空间。在（2）中使用相同的鞍形支撑体。在（4）中用一个水平棒支撑操作员的前臂。四个测量情形如下图3所示。
3 测试和结果
我们在实验室里用工业操作机器人Asea Irb 6来进行测试。附加的部分连接到机器人上从而能够对其做出有利支撑。对于（1）（图3a ）的情况下附加部分的重量是
1.65公斤，而在（2）中（图3c ）附加部分的重量是
2.15公斤。差异是由支撑部分引起的。人工操作员的持有测量刚体的重量是0.8公斤。3个操作员参加了测试。假定人体体重的5%为手臂的重量。在人手上附加0.9公斤的重量来模拟机器人手上的相同重量的工具。重量-有效载荷比大约为（a ）无支撑机器人82，（b ）无支撑操作人员
2.4，（c ）支撑机器人62，（d ）有支撑的操作员5.
图3 四个类型的测量（a ）自由移动机器人，（b ）操作人员，（c ）支撑机器人，（d ）支撑前臂的操作员
图4 基于自由机器人和支撑机器人的可重复性测试结果
图5 基于自由操作人员和支撑前臂的操作人员的可重复性测试结果在以上四个直方图中（图4和图5）展示了指定的四个类型的位置重复性测量结果。
支撑机器人的可重复性比自由机器人改善了大约50%。有支撑的操作人员同比增长了
大约25%。请注意，该机器人的重量-有效载荷比高出了操作人员的10倍多。
对机器人应用支撑是对人类行为的模仿。对重复定位精度的性能标准进行了研究。按照ISO 9283的标准对工业机器人进行了重复性测量。这是第一次在ISO 9283的标准下对操作人员的操作技术进行的位置重复性测量。结果表明机器人和操作人员在有支撑体支撑的条件下位置重复性得到了显著的改善。这项研究鼓励了研究人员对于支撑方案进行进一步的研究。操作人员位置重复性的研究同样也可用于人体工程学的研究。
5总结
工业操控机器人的准确结构或多或少的模仿了人类的手臂。完全复制人类的结构通常并不能得到让人得到满意的结果，因此最大额定负载低于3千克的现代机械手要逊色于人工操作。用于改善机器人操作性能的支撑方法是对自然人行为的结构和功能的模仿。操作人员在进行精准的操作任务时经常会为他的前臂、手腕处或肘关节做一些支撑，就像是钟表匠工作时那样。同样的道理可用在机器人上，用来改善精度、可重复性、刚度、有效载荷能力和机械振动等机械特性。
我们研究的目的是通过比较机器人和操作人员的表现来得到关于位置重复性的
简明技术。ISO 9283关于操控工业机器人性能标准及相关测试方法的标准是对其进行比较研究的基础。检测设备是围绕着非接触式3-D运动分析系统OPTOTRAK?/3010 (Northern Digital)建立。位置重复性实验是由机器人Asea Irb 6和操作人员在相同的实验条件下完成的相同的试验任务。机器人和操作人员在自由和有支撑的条件下进行了测试。有支撑的机器人的重复定位精度比自由机器人高出了约50%。有支撑的操作人员则同比增长了25%。机器人的重量-有效载荷比超过了操作人员的10倍。这研究结果鼓励了研究人员对支撑机器人的运动学作进一步的研究。本次研究结果可以作为人体工程学研究的参考。
致谢
斯洛文尼亚科学和技术部对本次研究工作提供了部分赞助。感谢Dana Maurovic?和Ivan Lonc?ar对上述测量作出的贡献。
[1] J. ZUPANC? IC? , Calibration of an SMT Robot Assembly Cell, Journal of Robotic
Systems 11 (4) (1994) 301-310.
[2] E.I. RIVIN, Mechanical design of robots, Mc.Graw-Hill, 1988.
[3] G. BELFORTE, M. GOLA, N. D'ALFIO, Design and testing of carbon fiber robots, in:
Proceedings of the 2nd International Conference on Robotics, Dubrovnik, 1989, pp.
361-372.
[4] J. ZUPANC? IC? , Enhancing robot mechanism performances by using mechanical
support: kinematic analysis, in:Proceedings of the 3rd International Workshop on
Advances in Robot Kinematics, Ferrara, Italy, 1992, pp.297-303.
[5] W. BOOK, S. LE, V. Sangveraphunsiri, Bracing strategy for robot operation, in:
Proceedings of the Symposium on the Theory and Practice of Robots and Manipulators, Udine, 1984, pp. 179-185.
[6] Manipulating industrial robots: performance criteria and related test methods, ISO
9283, International Organization for Standardization, 1988.
[7] J. ZUPANC? IC? , A. KRALJ, Modeling of a braced robot with four-bar mechanism, in:
J. LENARC? IC? , V. Parenti-Castelli(Eds.), Recent Advances in Robot Kinematics, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1996, pp. 307-316.
工业机器人的主要技术参数 工业机器人的种类、用途以及用户要求都不尽相同。但工业机器人的主要技术参数应包括以下几种：自由度、精度、工作范围、最大工作速度和承载能力。 1. 自由度 机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，一般不包括手爪（或末端执行器）的开合自由度。在三维空间中表述一个物体的位置和姿态需要6个自由度。但是，工业机器人的自由度是根据其用途而设计的，可能小于6个也可能大于6个自由度。例如，日本日立公司生产的A4020装配机器人有4个自由度，可以在印制电路板上接插电子元器件； PUMA562机器人具有6个自由度（见图1.11～图1.13),可以进行复杂空间曲面的弧焊作业。从运动学的观点看，在完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人，叫做冗余自由度机器人，又叫冗余度机器人。例如，PUMA562机器人去执行印制电路板上接插元器件的作业时就是一个冗余度自由机器人。利用冗余的自由度可以增加机器人的灵活性，躲避障碍物和改善动力性能。 人的手臂共有7个自由度，所以工作起来很灵巧，手部可回避障碍物，从不同方向到达目的地。 2.精度 工业机器人精度是指定位精度和重复定位精度。定位精度是指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异，用反复多次测试的定位结果的代表点与指定位置之间的距离来表示。重复定位精度是指机器人重复定位手部于同一目标位置的能力，以实际位置值的分散程度来表示。实际应用中常以重复测试结果的标准偏差值的3倍来表示，它是衡量一列误差值的密集度。图1.14所示为工业机器人定位精度与重复定位精度图例。 (a)重复定位精度的测定 (:b)合理的定位精度，良好的重复定位精度 (C)良好的定位精度，较差的重复定位精度（d)很差的定位精度，良好的重复定位精度 2. 工作范围 工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫做工作区域。因为末端操作器的形状和尺寸是多种多样的，为了真实地反映机器人的特征参数，一般工作范围是指不安装末端操作器的工作区域。工作范围的形状和大小是十分重要的，机器人在执行某作业时可能会因为存在手部不能到达的作业死区而不能完成任务，如图1.15所示。 3.最大工作速度 最大工作速度，有的厂家指工业机器人自由度上最大的稳定速度，有的厂家指手臂大合成速度，通常欧洲技术参数中就有说明。工作速度越高，工作效率就越高。但是，工作速度越高就要花费更多的时间去升速或降速。 4.承载能力 承载能力是指机器人在工作范围内的任何位置上所能承受的最大质量。承载能力不仅决定于负载的质量，而且与机器人运行的速度、加速度的大小和方向
张小只智能机械工业网 张小只机械知识库工业机器人的重复定位精度是如何测量的 重复定位精度是工业机器人最重要的性能指标之一。位置重复性是工业机器人制造商指定的唯一的定位性能指标，在他们的宣传册上有0.010 毫米和0.100 毫米之间变化。然而，计量从此发生了改变，到底如何测量位置重复性的大小？ 如果你幸运的话，像我们先进的计量设备有很多，你可以使用激光干涉仪。后者是非常准确的（0.001 毫米测量不确定度），但价格昂贵（约50000美元），难以建立措施在同一时间只有一个坐标。你也可以使用CMM，但这显然是不现实的。你可以 使用各种类型的三维测量设备，但某些工业机器人制造商使用激光跟踪仪因为他们已经使用一些机器人标定激光跟踪仪。所以我们到底应不应该应该相信工业机器人厂商提供的重复数据？ 一个基本的方法在ISO/TR 13309：1995提出依托三个正交使用位置传感器的安装。我最近买了一个这样的装置：三一探针IBS精密工程。后者是无线的，轻便小巧，而且不贵（约15000美元）。其测量不确定度约为0.001 mm，其测量范围是3.5 毫米。不幸的是，它采用电涡流传感器需要特殊基准球，成本超过500美元每安装在纤细的茎而且很容易打破。 一个非常重要的，我们的三维探测新的组件标定板。后者本质上是以三球的原理在三V形槽的运动平台。在测试我们的三维探头在发那科LR伴侣200iC的工业机器人（借给我们的通用航空）和ABB IRB 120机器人时，我们使用一个定制的枢接座三0.5″基准球，每一对分开约300毫米。使用非常简单的matlab代码，我们可以从每一个数字指标获取位置数据并发送到机器人控制器通过以太网。每个机器人的控制器，然后运行一个程序，执行自动测试。这个测试程序如下。
《工业机器人》 一、填空题 1、按坐标形式分类，机器人可分为直角坐标型、圆柱坐标 型、球坐标型 和关节坐标型四种基本类型。 2、作为一个机器人，一般由三个部分组成，分别是控制系统、传感系统和机械系统。 3、机器人主要技术参数一般有自由度、定位精度、工作范围、重复定位精度、分辨率、承载能力及最大速度等。 4、自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的的数 目，不包括末端操作器的开合自由度。 5、机器人分辨率分为编程分辨率和控制分辨率，统称为系统分辨率。 6、重复定位精度是关于精度的统计数据。 7、根据真空产生的原理真空式吸盘可分为真空吸盘、气流负压吸盘和 挤气负压吸盘等三种基本类型。 8、机器人运动轨迹的生成方式有示教再现运动、关节空间运动、空间直线运动和空间曲线运动。 9、机器人传感器的主要性能指标有灵敏度、线性度、测量范围、重复性、精度、分辨率、响应时间和抗干扰能力等。 10、自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目。 11、机器人的重复定位精度是指在同一环境、同一条件、同一目标动作、同一命令下，机器人连续重复运动若干次时，其位置分散情况。12、机器人的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动和电气驱动三种。 13、机器人上常用的可以测量转速的传感器有测速发电机和增量式码盘。
14、机器人控制系统按其控制方式可以分为力控制方式、轨迹 控制方式和示教控制方式。 15、按几何结构分划分机器人分为：串联机器人、并联机器人。 二、单项选择题(请在每小题的四个备选答案中，选出一个最佳答案。) 1、工作范围是指机器人 B 或手腕中心所能到达的点的集合。 A 机械手 B 手臂末端 C 手臂 D 行走部分。 2、机器人的精度主要依存于 C 、控制算法误差与分辨率系统误差。 A传动误差 B 关节间隙 C机械误差 D 连杆机构的挠性 3、滚转能实现360°无障碍旋转的关节运动，通常用 A 来标记。 A R B W C B D L 4、RRR型手腕是 C 自由度手腕。 A 1 B 2 C 3 D 4 5、真空吸盘要求工件表面 D 、干燥清洁，同时气密性好。 A 粗糙 B 凸凹不平 C 平缓突起 D平整光滑 6、同步带传动属于 B 传动，适合于在电动机和高速比减速器之间使用。 A 高惯性 B 低惯性 C 高速比 D 大转矩 7、机器人外部传感器不包括 D 传感器。 A 力或力矩 B 接近觉 C 触觉 D 位置 8、手爪的主要功能是抓住工件、握持工件和 C 工件。 A 固定 B 定位 C 释放 D 触摸。 9、机器人的精度主要依存于 C 、控制算法误差与分辨率系统误差。 A传动误差 B 关节间隙 C机械误差 D 连杆机构的挠性 10、机器人的控制方式分为点位控制和 C 。 A 点对点控制 B点到点控制 C 连续轨迹控制 D 任意位置控制 11、焊接机器人的焊接作业主要包括 A 。 A 点焊和弧焊 B 间断焊和连续焊 C 平焊和竖焊 D气体保护焊和氩弧焊 12、作业路径通常用 D 坐标系相对于工件坐标系的运动来描述。 A 手爪 B 固定 C 运动 D工具 13、谐波传动的缺点是 A 。
六自由度工业机器人的定位误差补偿研究近年来,随着人工智能研究的不断深入,机器人作为能够很好体现智能化的机械设备出现在了越来越多的领域,例如:航空航天、汽车制造、3C、医疗等等,其在安全、效率等方面有着人工难以比拟的优势。未来机器人是朝着高精度、高速度、智能化发展,不再是传统的复现示教形式,离线编程技术已经慢慢成为工业机器人能够广泛使用的关键因素。目前市面上的工业机器人往往具有良好的重复定位精度,但是绝对定位精度都在毫米甚至厘米级,而绝对定位精度直接影响离线编程的效果,所以对末端定位精度的研究是具有理论指导意义和实际工程应用价值的。本文以埃夫特工业机器人ER7L为研究对象,对机器人运动学的基础知识进行阐述,在此基础上引入经典的DH模型,进行运动学分析并运用robotics toolbox验证模型的正确性。 针对DH建模方法的缺陷,采用DH与MDH结合的模型作为运动学研究的基础。本文将研究重点集中在几何误差上,使用预给运动学参数误差的方法,判断运动学参数中长度误差、角度误差以及一些微小误差对末端定位精度的敏感性。通过推导相邻关节微分变换关系,利用微分矩阵法建立了误差模型,为了更好的对误差进行补偿,比较了外部硬件补偿和内部软件补偿的优劣势。选择通用性较好最小二乘法来辨识机器人运动学参数误差。 针对工业现场的实际使用情况,提出一种基于pieper准则的补偿方法,大大简化了辨识参数。在文章的实验部分,采用激光跟踪仪、机器人本体和PC搭建硬件平台,使用RobotTest软件作为软件平台,对一台ER7L机器人本体进行误差补偿,按照工业机器人精度检测标准及方法对补偿前后机器人末端位置准确度进行对比,结果表明,定位精度由明显提升,充分验证了补偿效果。
工业机器人的十一个问答 1、工业机器人定义及特点？ 定义：机器人是一个在三维空间具有较多自由度的，并能实现诸多拟人动作和功能的机器：而工业机器人则是在工业生产上应用的机器人。 特点：可编程、拟人化、通用性、机电一体化 2、工业机器人有哪几个子系统组成？各自的作用是什么？ 驱动系统：使机器人运行起来的传动装置。 机械结构系统：由机身手臂末端操作器三大件组成的一个多自由度的机械系统。 感受系统：由内部传感器模块和外部传感器模块组成获取内部和外部环境状态的信息。 机器人-环境交互系统：实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统 人-机交互系统：是操作人员参与机器人控制与机器人进行联系的装置 控制系统：根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能 3、什么是机器人的自由度？机器人位置操作需要几个自由度？姿态操作需要几个自由度？为什么？ 自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，不应包括手爪（末端操作器）的开合自由度，在三维空间中描述一个物体的位置和姿态需要六个自由度，位置操作需要3个自由度（腰肩肘）姿态操作需要3个自由度（俯仰偏航侧滚）。但是工业机器人的自由度，但是工业机器人的自由度是根据其用途而设计的可能小于6个自由度，也可能大于6个自由度。 4、工业机器人的主要技术参数有哪些？ 答：自由度、重复定位精度、工作范围、最大工作速度、承载能力 5、机身和臂部的作用各是什么？在设计时应注意哪些问题？ 答：机身是支承臂部的部件，一般实现升降回转和俯仰等运动。
机身设计时需要注意： 1)要有足够的刚度和稳定性 2)运动要灵活，升降运动的导套长度不宜过短，避免发生卡死现象，一般要有导向装置 3）结构布置要合理臂部是支承腕部手部和工件的静动载荷的部件，尤其高速运动时将产生较大的惯性力，引起冲击，影响定位的准确性。 设计臂部时要注意： 1）刚度要求高 2）导向性好 3）重量轻 4）运动要平稳，定位精度要高。 其它传动系统应尽量简短以提高传动精度和效率;各部件布置要合理，操作维护要方便；特殊情况特殊考虑，在高温环境中应考虑热辐射的影响腐蚀性环境中应考虑防腐蚀问题。危险环境应考虑防暴问题 6、手腕上的自由度主要起什么作用？如果要求手部能处于空间任意方向则手腕应具有什么样的自由度？ 手腕上的自由度主要是实现手部所期望的姿态。为了使手部能处于空间任意方向，要求腕部能实现对空间三个坐标轴X Y Z的转动。即具有翻转俯仰和偏转三个自由度 7、手部的作用和特点 机器人手部的作用：工业机器人的手部也叫末端操作器是用来握持工件或工具的部件 特点： 1）手部是一个独立的部件 2）手部是工业机器人的末端操作器。不一定与人的手部结构相同。可以具有手指也可以不具有手指：可以有手爪也可以是专用工具
附件 工业机器人行业规范条件 一、总则 （一）为贯彻落实《机器人产业发展规划（2016-2020年）》，加强工业机器人产品质量管理，规范行业市场秩序，维护用户合法权益，保护工业机器人本体生产企业和工业机器人集成应用企业科技投入的积极性，按照鼓励技术进步、规范竞争行为、促进安全生产的原则，根据国家有关法律法规和产业政策，制定《工业机器人行业规范条件》（以下简称规范条件）。 （二）鼓励工业机器人本体生产企业和工业机器人集成应用企业按照本规范条件自愿申请规范条件公告，对符合规范条件的企业以公告的形式向社会发布，引导各类鼓励政策向公告企业集聚。 （三）本规范条件适用于中华人民共和国境内的工业机器人本体生产企业和工业机器人集成应用企业。 二、综合条件 （四）具有独立企业法人资格，并取得营业执照。 （五）符合国家相关产业政策要求。 （六）具有独立研发、生产、专业技术服务能力。 （七）有良好的资信和公众形象，有良好的履约能力，
依法纳税，近三年无触犯国家法律法规的行为、无不正当竞争行为。 （八）具备信息化、智能化管理手段。 （九）工业机器人本体生产企业应具备与所开展的工业机器人研发、生产等活动相适应的研发、生产、起重、运输等设施设备。 （十）工业机器人集成应用企业应具备与所开展的工业机器人系统集成、专业技术服务等活动相适应的研发、设计、生产、装配、起重、运输等设施设备。 三、企业规模 （十一）财务状况良好，财务数据真实可信，并经在中华人民共和国境内登记的会计师事务所审计。 （十二）具有固定的研发/生产场所，并与企业的研发能力/生产规模相适应。 （十三）工业机器人本体生产企业，年主营业务收入总额不少于5000万元，或年产量不低于2000台套。 （十四）工业机器人集成应用企业，销售成套工业机器人及生产线年收入总额不低于1亿元。 四、质量要求 （十五）企业应具备工业机器人本体、集成系统相适宜的过程检测设备和出厂检测设备，所有检测设备都需要有效计量，有CNAS认可的有效校准报告。
表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运 动特性、动态特性等。 (1)工作空间(Work space) 工作空间是指机器人臂杆的特定部位在一定条件 下所能到达空间的位置集合。工作空间的性状和大小反映了机器人工作能力的大小。理解机器人的工作空间时，要注意以下几点： 1)通常工业机器人说明书中表示的工作空间指的是手腕上机械接口坐标系的原点 在空间能达到的范围，也即手腕端部法兰的中心点在空间所能到达的范围，而不是末端执行 器端点所能达到的范围。因此，在设计和选用时，要注意安装末端执行器后，机器人实际所 能达到的工作空间。 2)机器人说明书上提供的工作空间往往要小于运动学意义上的最大空间。这是因为在可达空间中，手臂位姿不同时有效负载、允许达到的最大速度和最大加速度都不一样，在臂杆最大位置允许的极限值通常要比其他位置的小些。此外，在机器人的最大可达空间边界 上可能存在自由度退化的问题，此时的位姿称为奇异位形，而且在奇异位形周围相当大的范 围内都会出现自由度进化现象，这部分工作空间在机器人工作时都不能被利用。 3)除了在工作守闻边缘，实际应用中的工业机器人还可能由于受到机械结构的限 制，在工作空间的内部也存在着臂端不能达到的区域，这就是常说的空洞或空腔。空腔是指在工作空间内臂端不能达到的完全封闭空间。而空洞是指在沿转轴周围全长上臂端都不能达 到的空间。 (2)运动自由度是指机器人操作机在空间运动所需的变量数，用以表示机器人动作灵活程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。
自由物体在空间自六个自由度（三个转动自由度和三个移动自由度） 。工业机器人 往往是个开式连杆系， 每个关节运动副只有一个自由度， 因此通常机器人的自由度数目就等 于其关节数。机器人的自由度数目越多，功能就越强。日前工业机器人通常具有 4— 6个自 由度。当机器人的关节数（自由度）增加到对末端执行器的定向和定位不再起作用时， 便出 现了冗余自由度。冗余度的出现增加了机器人工作的灵活型，但也使控制变得更加复杂。 工业机器人在运动方式上，总可以分为直线运动（简记为 R ）两种，应用简记符号P 和R 可以表示操作机运动自由度的特点, 机具有四个自由度，从基座开始到臂端，关节运动的方式依次为旋转 外，工业 机器人的运动自由度还有运动范围的限制。 （3）有效负载（Payload ） 有效负载是指机器人操作机在工作时臂端可能搬运的 物体重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作机的负荷能力。 机器人在不同位姿时， 允许的最大可搬运质量是不同的， 因此机器人的额定可搬运 质量是指其臂杆在工作空间中任意位姿时腕关节端部都能搬运的最大质量。 （4）运动精度（Accurucy ） 精度、轨迹精度、重复轨迹精度等。 位姿精度是指指令位姿和从同一方向接近该指令位姿时各实到位置中心之间的偏 差。重复位姿精度是指对同指令位姿从同一方向重复响应 n 次后实到位姿的不一致程度。 轨迹精度是指机器人机械接口从同一方向 n 次跟随指令轨迹的接近程度。轨迹重复 精度是指对一给定轨迹在同方向跟随 n 次后实到轨迹之间的不一致程度。 P ）和旋转运动（简记为 如RPRF 表示机器人操作 -直线-旋转-旋转。此 机器人机械系统的精度主要涉及位姿精度、重复位姿 ⑸运动特性（Sped ） 速度和加速度是表明机器人运动特性的主要指标。在机
计算机在生物学和医学的应用28（1998）415-421 人工和工业机器人重复操作定位精度比较 Jure Zupancic*, Tadej Bajd 卢布尔雅那大学电气工程学院，Trz?as?ka 25, SI-1000 卢布尔雅那，斯洛文尼亚 1997年12月8日 摘要机器人重复定位精度性能所受的影响。操作机器人的重量-有效载荷的比例要明显的高于人工操作。支撑的使用提高了机器人的上述性能。这个策略模仿了人工操作时的动作。将机器人和操作人员在相同的条件下操作做一次比较。通过OPTOTRAK?运动分析系统完成了非接触式重复定位精度测量的测试。实验结果表明机器人和操作人员的定位精度在使用支撑后得到了相当大的改善。 ?1998年，艾斯维尔科技有限公司保留所有权利。 关键词工业机器人，人为操作的重复性，标准，测量，支撑战略 1介绍 现代机器人中代替操作人员执行装配任务的机械手通常是按照人类的胳膊和手 来设计的。机械对应人工操作发展的主要目标是实现功能改善，如提高速度，增加有效载荷能力，提高定位精度和可重复性。然而，当负载不超过3公斤时，经评估发现机器人的重量—有效载荷比是人类在相同操作情况下的10倍以上。从技术和经济的角度来看这个比例的减少与机器人的效率密切相关。提高这个比率的传统原则是引入更轻的材料，创建一个新的结构，设计新的执行器。 在特殊情况下，使用适当的支撑体能够增加机器人的绝对精度和可重复性。支撑的方法是模仿人类在精细运动操作时的行为，以便能适应更高的精度和可重复性要求的需要。操作员在进行精确的操作任务时往往会像工作时的钟表匠一样为他的前臂，手腕处，肘关节等找一支撑体。同样道理也可以用在机器人身上。 除了一些估计，在人工和机器人的表现之间并没有明确的比较。这次研究的目的是为了是机器人和人工操作者在有支撑和没有支撑的条件下作一个操作技术的比较。 2方法 工业操作机器人的重复定位精度测试按照ISO 9283的标准进行测试。多维数据集
研究述评丨专题 Research Review Special 工业机器人绝对定位精度优化方法综述 杨文韬［，詹军3,余勇3,吴强2 （1.武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430070； 2.现代汽车零部件技术湖北省重点实验室，湖北武汉430070； 3.湖北三环智能科技有限公司，湖北武汉430070） ［摘要］现今工业生产中，工业机器人的应用越来越广泛。从对定位精度要求较低的 搬运和弧焊，到对定位精度要求很高的精密装配和精密钻孔等作业中，均可以看到工业机器 人参与其中。但是随着智能化、自动化生产的不断发展，对工业机器人的绝对定位精度要求 越来越高。本文说明了造成工业机器人重复定位精度较高而绝对定位精度较低的原因，介绍 了目前国内外用于提高其绝对定位精度的方法，并比较了两种方法各自优劣势。 ［关键词］工业机器人；重复定位精度；绝对定位精度 0引言 工业机器人是一种复杂的智能化工具，也是现代智能制造业不可或缺的一部分，它集成了传感器、精密机械、控制和人工智能等多种前沿科技［1］。在装配、化工清洁、弧焊、钻孔、搬运、喷漆、抛光和模具成型等工作中均可以使用工业机器人来代替人工［1］。在全球范围内，工业机器人的应用范围越来越广泛。不仅仅是在工业制造中，甚至在娱乐产业中设计师把工业机器人和VR设备组合起来形成新型娱乐方式。 机器人的定位精度对其在工业制造中的应用有着不可忽视的影响。机器人定位精度可根据末端执行器位置（定位精度）和末端执行器路径（路径精度）来衡量［2］。较低的绝对定位精度会使其无法完成许多既定工作，譬如：在精密装配过程中会使末端装配零件和精密零件发生碰撞，导致损伤；飞机钻铆等应用对孔的位置精度要求更是非常高，机器人的绝对定位精度尚不能满足要求；在焊接过程中，机器人需要完成难度较高且精度要求较高的危险作业，如果其绝对定位精度不能满足作业要求，将会直接影响焊接质量；还有医疗手术中也会应用到机器手臂，其对绝对定位精度要求非常高，低的绝对定位精度可能会造成手术失败［3］。此外，搬运、喷漆和抛光等作业对机器人绝对定位精度要求也都很高，因此，提高机器人绝对定位精度势在必行。 湖北省技术创新专项重大项目（编号2017AAA008） https://www.doczj.com/doc/b913956948.html, 28
一、单项选择题 1.对机器人进行示教时, 作为示教人员必须事先接受过专门的培训才行. 与示 教作业人员一起进行作业的监护人员, 处在机器人可动范围外时,（B），可进行 共同作业。 A．不需要事先接受过专门的培训 B．必须事先接受过专门的培训 C．没有事先接受过专门的培训也可以 D. 具有经验即可 2.使用焊枪示教前, 检查焊枪的均压装置是否良好, 动作是否正常, 同时对电 极头的要求是（A）。 A．更换新的电极头 B．使用磨耗量大的电极头 C．新的或旧的都行 D. 电极头无影响 3.通常对机器人进行示教编程时, 要求最初程序点与最终程序点的位置（A）, 可 提高工作效率。 A．相同 B．不同 C．无所谓 D．分离越大越好 4.为了确保安全, 用示教编程器手动运行机器人时, 机器人的最高速度限制为（B）。 A．50mm/s B．250mm/s C．800mm/s D．1600mm/s 5.正常联动生产时, 机器人示教编程器上安全模式不应该打到（C）位置上。 A．操作模式 B．编辑模式 C．管理模式 D. 安全模式 6.示教编程器上安全开关握紧为 ON, 松开为 OFF 状态, 作为进而追加的功能, 当握紧力过大时, 为（C）状态。 A．不变 B．ON C．OFF D. 急停报错 7.对机器人进行示教时, 模式旋钮打到示教模式后, 在此模式中，外部设备发出 的启动信号（A）。 A．无效 B．有效 C．延时后有效 D. 视情况而定 8.位置等级是指机器人经过示教的位置时的接近程度, 设定了合适的位置等级 时，可使机器人运行出与周围状况和工件相适应的轨迹，其中位置等级（A）。
1、机器人安应用类型可以分为工业机器人、极限作业机器人和娱乐机器人。2﹑机器人按照控制方式可分为点位控制方式、连续轨迹控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。 3、工业机器人的坐标形式主要有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型和平面关节型。 4、直角坐标机器人的工作范围是长方形形状；圆柱坐标机器人的工作范围是圆柱体形状；球坐标机器人的工作范围是球面一部分状。 5、工业机器人的参考坐标系主要有关节坐标系、工具参考坐标系、全局参考系坐标系。 6、工业机器人的传动机构是向手指传递运动和动力，该机构根据手指的开合动作特点可以分为回转型和移动型。 7、吸附式取料手靠吸附力取料，根据吸附力的不同分为磁吸附和气吸附两种。 8、气吸附式取料手是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而工作。按形成压力差的方法，可分为真空吸盘吸附、气流负压气吸附、挤压排气负压气吸附几种。 9、手臂是机器人执行机构的重要部件，它的作用是支待手腕并将被抓取的工件运送到指定位置上，一般机器人的手臂有3个自由度，即手臂的伸缩升降及横向移动、回转运动和复合运动。 10、机器人的底座可分为固定式和移动式两种。 11、谐波齿轮传动机构主要有柔轮、刚轮和波发生器三个主要零件构成。 12、谐波齿轮通常将刚轮装在输入轴上，把柔轮装在输出轴上，以获得较大的齿轮减速比。 13、机器人的触觉可以分为接触觉、接近觉、压觉、滑觉和力觉五种。 14、机器人接触觉传感器一般由微动开关组成，根据用途和配置不同，一般用于探测物体位置，路径和安全保护。 二、选择题 1、世界上第一台工业机器人是（B ） A、Versatran B、Unimate C、Roomba D、AIBO 2、通常用来定义机器人相对于其它物体的运动、与机器人通信的其它部件以及运动部件的参考坐标系是（ C ） A、全局参考坐标系 B、关节参考坐标系 C、工具参考坐标系 D、工件参考坐标系 3、用来描述机器人每一个独立关节运动参考坐标系是（ B ） A、全局参考坐标系 B、关节参考坐标系 C、工具参考坐标系 D、工件参考坐标系 4、夹钳式取料手用来加持方形工件，一般选择（A ）指端。 A、平面 B、V型 C、一字型 D、球型 5、夹钳式取料手用来加持圆柱形工件，一般选择（ B ）指端。 A、平面 B、V型 C、一字型 D、球型 6、夹钳式手部中使用较多的是（ D ） A、弹簧式手部 B、齿轮型手部 C、平移型手部 D、回转型手部 7、平移型传动机构主要用于加持（ C ）工件。
《工业机器人》复习题 一、名词解释 1．驱动系统：发动机带动变速箱，经过变速后再经过传动轴，差速器，左右半轴传到轮胎，达到行走的系统． 2. 自由度：指描述物体运动所需要的独立坐标系。 3．磁致伸缩驱动：某些磁性体的外部一旦加上磁场则磁性体的外形尺寸会发生变化，利用这种现象制作的驱动器称为磁致伸缩驱动器。 4. 重复定位精度：工件某一个自由度（或某几个自由度）被两个（或两个以上）约束点约 束，称为过定位。也称为重复定位或超定位。 5. 示教再现：一种可重复再现通过示教编程存储起来的作业程序的机器人 6. 机器人的正运动学：当已知所有的关节变量时，可用正运动学来确定机器人末端手的位 姿。 7. 机器人的逆运动学：要使机器人末端手放在特定的点上并且具有特定的姿态，可用逆运动学来计算出每一关节变量的值。 二、选择题 1、机器人语言是由（ A ）表示的"0"和"1"组成的字串机器码。 A二进制B十进制C八进制D十六进制 2、机器人的英文单词是（C） A、botre B、boret C、robot D、rebot 3、机器人能力的评价标准不包括：（C） A智能B机能C动能D物理能 4、下列那种机器人不是军用机器人。（C） A “红隼”无人机 B 美国的“大狗”机器人 C 索尼公司的AIBO机器狗 D “土拨鼠” 5、人们实现对机器人的控制不包括什么？（D） A输入B输出C程序D反应 6．FMC是（D）的简称。 A．加工中心 B．计算机控制系统 C．永磁式伺服系统 D．柔性制造单元。 7．由数控机床和其它自动化工艺设备组成的（B），可以按照任意顺序加工一组不同工序与不同节拍的工件，并能适时地自由调度和管理。 A．刚性制造系统 B．柔性制造系统 C．弹性制造系统 D．挠性制造系统 8、工业机器人的额定负载是指在规定范围内（A）所能承受的最大负载允许值 A．手腕机械接口处 B．手臂 C．末端执行器 D．机座