第二章机器人基础知识2.1机器人的基本术语与图形符号；2.2机器人的主要参数【内容提要】本课主要学习机器人的基本术语与各类图形符号，讲解机器人的主要技术参数，并介绍了几种实际产品的技术规格和机构简图。
知识要点：✓概念：位姿、连杆、关节、自由度、刚度✓机器人的主要技术参数重点：✓掌握工业机器人的基本术语与图形符号、结构简图✓掌握机器人的主要技术参数难点：✓机器人的结构简图✓工业机器人的主要技术参数关键字：✓术语、图形符号、运动简图、技术参数【本课内容相关资料】2.1机器人的基本术语与图形符号2.1.1机器人的基本术语国家标准GB/T 12642—2001、GB/T 12643—2013对工业机器人专用术语作了定义和解释。
术语繁多，有机械结构和性能相关的术语、控制和安全相关的术语等。
为了便于更好的学习，简单够用的原则，本节仅仅阐述机器人的一些基本术语。
1.轴（axis）描述机器人构件独立运动的方向线（可沿此线直线运动或转动）。
2.位姿（pose）工业机器人末端执行器在指定坐标系中的位置和姿态。
3.杆件坐标系（link coordinate system）参照工业机器人指定杆件的坐标系。
4.机械接口坐标系（mechanical interface coordinate system）参照末端执行器机械接口的坐标系。
5.关节关节（Joints）；即运动副，是允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构，是两构件直接接触并能产生相对运动的活动联接，如图2.1所示。
A、B两部件可以做互动联接。
a)回转副b)移动副c)回转移动副d)球面副图2.1 机器人的关节高副机构（Higher pair)，简称高副，指的是运动机构的两构件通过点或线的接触而构成的运动副。
例如齿轮副和凸轮副就属于高副机构。
平面高副机构拥有两个自由度，即相对接触面切线方向的移动和相对接触点的转动。
相对而言，通过面的接触而构成的运动副叫做低副机构。
关节是各杆件间的结合部分，是实现机器人各种运动的运动副，由于机器人的种类很多，其功能要求不同，关节的配置和传动系统的形式都不同。
机器人常用的关节有移动、旋转运动副。
一个关节系统包括驱动器、传动器和控制器，属于机器人的基础部件，是整个机器人伺服系统中的一个重要环节，其结构、重量、尺寸对机器人性能有直接影响。
（1）回转关节回转关节，又叫做回转副、旋转关节，是使连接两杆件的组件中的一件相对于另一件绕固定轴线转动的关节，两个构件之间只作相对转动的运动副。
如手臂与机座、手臂与手腕，并实现相对回转或摆动的关节机构，由驱动器、回转轴和轴承组成。
多数电动机能直接产生旋转运动，但常需各种齿轮、链、带传动或其他减速装置，以获取较大的转矩。
(2)移动关节移动关节，又叫做移动副、滑动关节、棱柱关节，是使两杆件的组件中的一件相对于另一件作直线运动的关节，两个构件之间只作相对移动。
它采用直线驱动方式传递运动，包括直角坐标结构的驱动，圆柱坐标结构的径向驱动和垂直升降驱动，以及极坐标结构的径向伸缩驱动。
直线运动可以直接由气缸或液压缸和活塞产生，也可以采用齿轮齿条、丝杠、螺母等传动元件把旋转运动转换成直线运动。
(3)圆柱关节圆柱关节，又叫做回转移动副、分布关节，是使两杆件的组件中的一件相对于另一件移动或绕一个移动轴线转动的关节，两个构件之间除了作相对转动之外，还同时可以作相对移动。
(4)球关节球关节，又叫做球面副，是使两杆件间的组件中的一件相对于另一件在三个自由度上绕一固定点转动的关节，即组成运动副的两构件能绕一球心作3个独立的相对转动的运动副。
6.连杆（Link）连杆（Link）:指机器人手臂上被相邻两关节分开的部分；是保持各关节间固定关系的刚体，是机械连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。
例如在往复活塞式动力机械和压缩机中，用连杆来连接活塞与曲柄。
连杆多为钢件；其主体部分的截面多为圆形或工字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套和滚针轴承，供装入轴销而构成铰接。
连杆是机器人中的重要部件，它连接着关节，其作用将一种运动形式转变为另一种运动形式，并把作周在主动构件上的力传给从动构件以输出功率。
7.刚度（Stiffness)刚度（Stiffness):是机器人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。
在弹性范围内，刚度是零件载荷与位移成正比的比例系数，即引起单位位移所需的力。
它的倒数称为柔度，即单位力引起的位移。
刚度可分为静刚度和动刚度。
在任何力的作用下，体积和形状都不发生改变的物体叫刚体（Rigidbody）。
在物理学上，理想的刚体是一个固体的，尺寸值有限的，形变清况可以被忽略的物体。
不论是否受力，在刚体内任意两点的距离都不会发生改变。
在运动中，刚体上任意一条直线在各个时刻的位置都保持平行。
其他参数：自由度（Degree of Freedom, DOF）：指一个点或一个物体运动的方式，或一个动态系统的变化方式。
每个自由度可表示一个独立的变量，而利用所有的自由度，就可完全规定所研究的一个物体或一个系统的姿态。
操作手（Manipulator）：具有和人手臂相似的功能、可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置。
末端执行器（End-effector）：位于机器人腕部的末端，直接执行工作要求的装置。
手腕（Wrist）：位于执行器与手臂之间，具有支撑和调整末端执行器姿态功能的机构。
手臂（Arm）：位于基座和手腕之间，由操作手的动力关节和连杆等组成的组件。
能支撑手腕和末端执行器，并具有调整末端执行器位置的功能。
自然坐标系、世界坐标系（World Coordinate System）：参照地球的直角坐标系。
机座坐标系、基坐标系（Base reference coordinate system）：参照机器人基座的坐标系。
坐标变换（Coordinate Transformation）：将一个点的坐标从一个坐标系换到另一个坐标系的过程。
工作空间（Working Space）：机器人在执行任务时，其腕轴交点能在空间活动的范围。
负载（Load）：作用于末端执行器上的质量和力矩。
额定负载（Rated Load）：机器人在规定的性能范围内，机械接口处能够承受的最大负载量（包括末端执行器在内）。
分辨率（Resolution）：机器人每个轴能够实现的最小移动距离或最小转动角度。
位姿精度（Pose Accuracy）：指令设定位姿与实际到达位姿的一致程度。
轨迹精度（Path Accuracy）：机器人机械接口中心跟指令轨迹的一致程度。
点位控制（Point to Point Control，PTP）：控制机器人从一个位姿转到另一个位姿，其路径不限。
连续轨迹控制（Continuous Path Control，CP）：机械接口在指定的轨迹上，按照编程规定的位姿和速度移动。
它适于对两个以上的运动环节进行控制。
协调控制（Cooperative Control）：协调多个手臂或多台机器人同时进行某种作业的控制。
伺服系统（Servo System）：控制机器人的位姿、速度和力等，使其跟随目标值变化的控制系统。
离线编程（Off-line Programming）：机器人作业方式的信息的记忆过程，与作业对象不发生直接关系的编程方式。
在线编程（On-line Programming）：通过人的示教来完成操作信息的记忆过程的编程方式。
人工智能（Artificial Intelligence，AI）：机器人能执行一些类似人类智力活动的能力。
如推理、规划、图像识别、理解和学习等。
模式识别（Pattern Recognition）：通过类似人类感觉器官的传感器所检测的信息来分析、描述和区分各个物体特征的方法。
触觉（Tactile Sense）：机器人与物体之间接触时所得到的感觉信息。
压觉（Sense of Contact Force）：机器人与物体某个表面接触时，沿法线方向受到的力的信息感觉。
视觉（Visual Sense）：机器人对光等外界信息的感觉。
利用这种感觉可以识别物体的轮廓、方位、背景等环境状态。
接近觉（Proximity Sense）：机器人能感受到与物体接近程度的能力。
机器人语言（Robot Language）：机器人系统中的计算机编程语言。
2.1.2机器人的图形符号2.1.2.1机器人的图形符号体系1.运动副的图形符号机器人所用的零件和材料以装配方法等与现有的各种机械完全相同。
机器人常用的关节有移动、旋转运动副，常用的运动副图形符号如表2.1所示。
表2.1 常用的运动副图形符号2.基本运动的图形符号机器人的基本运动与现有的各种机械表示也完全柑同。
常用的基本运动的图形符号如表2.2所示。
表2.2 常用的基本运动图形符号3.运动机能的图形符号机器人的运动机能常用的图形符号如表2.3所示。
表2.3 机器人的运动机能常用的图形符号4.运动机构的图形符号机器人的运动机构常用的图形符号如表2.4所示。
表2.4 机器人的运动机构常用的图形符号2.1.2.2机器人的图形符号表示机器人的描述方法分为机器人运动机构简图、机器人运动原理图、机器人传动原理图、机器人速度描述方程、机器人位姿运动学方程、机器人静力学描述方程等。
作为图形符号的表示，仅仅是运动机构简图、运动原理图、传动原理图、结构简图。
1.四种坐标机器人的机构简图机器人的机构简图是描述机器人组成机构的直观图形表达形式，是将机器人的各个运动部件用简便的符号和图形表达出来，此图可用上述图形符号体系中的文字与代号表示。
直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型、多关节型四种坐标机器人的机构简图如图 2.2所示。
a）直角坐标型 b）圆柱坐标型 c）极坐标型 d）多关节型图2.2 四种坐标机器人的机构简图2.机器人运动原理图机器人运动原理图是描述机器人运动的直观图形表达形式，是将机器人的运动功能原理用简便的图形和符号表达出来，此图可用上述的图形符号体系中的文字与代号表示。
机器人运动原理图是建立机器人坐标系、运动和动力方程式、设计机器人传动原理图的基础，也是我们为了应用好机器人，在学习使用机器人时最有效的工具。
PUMA-262机器人的机构运动示意图和运动原理图如图2.3所示。
可见，运动原理图可以简化为机构运动示意图，以明确主要因素。
a)机构运动示意图 b)运动原理图图2.3 机构运动示意图和运动原理图3.机器人传动原理图将机器人动力源与关节之间的运动及传动关系用简洁的符号表示出来，就是机器人传动原理图。
PUMA-262机器人的传动原理图如图2.4所示。
机器人的传动原理图是机器人传动系统设计的依据，也是理解传动关系的有效工具。
图2.4 PUMA-262机器人传动原理图4.典型机器人的结构简图ABB、FUNAC、KUKA、MOTOMAN公司的典型产品的机械结构分析如下。
