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《工业机器人及应用》教案

第__16授课内容 _次课 第八章

8.1 轮式移动机器人与AGV 8.2 并联机器人与虚拟轴机床

观看工业机器人视频资料

目的要求 了解现今几种典型的工业机器人应用实例

重点难点 重点：轮式移动机器人与AGV，并联机器人及虚拟轴机床应用

难点：AGV导引方式、并联机构原理

课 型 授课 计划学时 2 课前准备

8.1 轮式移动机器人与AGV 1.

轮式移动装置的基本要求与AGV应用；2.AGV导引方式； 8.2 并联机器人与虚拟轴机床 1.并联机器人； 工业机器人视频录像

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山东建筑大学备课纸

第八章 工业机器人应用实例

8.1 轮式移动机器人与AGV 工业机器人中的轮式移动机器人主要应用在路面情况良好的场合，它可以在一个较大的范围内行走，并完成指定的作业。

轮式移动机器人与固定式机器人相比多了一套包括导引系统在内的复杂的轮式移动装置。轮式移动装置可以独立设置，这时轮式移动机器人就由作业机器人和轮式移动装置两大模块组成。

导航系统中使用了超

声传感器，其目的有两个:①探测移动机器人附近的障碍: ②确定移动机器人在环境中的位置。

自动导引小车的英文缩写为AGV (Automated Guided Vehicle) ，它可以被看做是一种性能比较完备的轮式移动装置。AGV 与机器人结合可构成移动机器人。

一、轮式移动装置的基本要求与AGV 的应用

1.轮式移动装置的基本要求

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从某工作地点移动到另一个工作地点，具有一定的定位精度; 

根据工作任务要求能正确定向，并具有一定的定向精度; 

能回避障碍和避免碰撞，具有一定的机动性和灵活性F 

具备一定的行走速度，具有较高的工作效率; 

具有良好的行走稳定性和作业的稳定性; 

具有一定的运输能力，自重与承载比小; 

具有非接触式导行能力。

2. AGV 的应用

AGV 是现代制造业物流系统的关键装备。它是以电池为动力，装有非接触导向装置，具有独立寻址系统的元人驾驶自动运输车。并且， AGV 可以十分方便地与其他物流系统实现自动连接，如AS/RS( 出/入库)、各种缓冲站、升降机、机器人等。

世界上第一台AGV 是美国Barrett 电子公司于20 世纪50 年代开发成功的，它是一种牵引式小车系统，小车跟随一条钢丝索导引的路径行驶。

在制造业中主要用于物料分发、装配和加工制造三个方面，在FMS 中制造单元之间的物料搬运是加豆制造业中AGV 应用的重要方式。

二、AGV 的导引方式

1.固定路径导引方式

固定路径导引，其方式是在预定行驶路径上设置导引用的信息媒介物，运输小车在行驶过程中实时检测信息媒介物的信息而得到导引。因导引用的信息媒介

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物不同就产生了不同的固定路径导引方式。现主要有电磁导引、光学导引、磁导引、金属带导引等。

2. 自由路径导引方式

自由路径导引方式是在AGV 上储存着行驶区域布局上的尺寸坐标，通过一定的方法识别车体的当前方位，运输小车就能自主地(autonomous) 决定路径而向目标行驶。自由路径导引方式主要有路径轨迹推算导引法、惯性导引法、环境映射导引法、激光导航导引法等。

三、AGV 的基本结构

AGV 由车架、蓄电池和充电系统、驱动装置、转向装置、精确停车装置、车上控制器、通信装置、安全装置、移载装置、车体方位计算子系统等组成。

(1)车架用钢构件焊接而成，为减轻重量可蒙以硬铝板

(2) 蓄电池常用24 V 或48 V 工业蓄电池。

(3)驱动装置由车轮、减速器、制动器、电机和速度控制器等部分组成，驱动小车行走并具有速度控制和制动能力

(4) 转向装置是执行导引系统和车载控制器命令来实现AGV 方向控制的重要机构。

8.2 并联机器人与虚拟轴机床

一、并联机器人

1. Stewart 机构

并联机器人是一类全新的机器人，它具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点，与目前广泛应

用的串联机器人在应用上构成互补关系，因而扩大了整个机器人的应用领域。

2. 并联机器人机构的种类

并联机器人机构是一种闭环机构，其动平台或称末端执行器通过至少2 个独立的运动链与机架(固定平台)相连，并且必须:未端执行器具有运动的自由度;末端执行器通过几个相互关联的运动链或分支与机架相连接;每个分支或运动链由唯一的移动副或转动副驱动。

并联机构的自由度计算多采用Kutzbach Grubler 公式:

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二、虚拟轴机床

被称为"21 世纪新一代数控加工设备"的虚拟轴机床(virtual axis machine tools) ，也叫做并联机床(parallel machine tools) 、机器人化机床。以Stewart 并联机构为原型的虚拟轴机床有时也叫做六足虫机床。

虚拟轴机床的工作原理及结构形式

虚拟轴机床与传统机床的本质区别在于:刀具在操作空间的运动是关节空间线性伺服运动的非线性映射。这种区别表现在机床结构形式上则是:传统机床的工作轴线与三维直角坐标轴相对应，而虚拟轴机床的工作主轴轴线突破了传统的概念，它通过改变驱动杆的长度来改变带有刀具的活动平台的位姿，不用任何导轨与滑板。

在多年来对Stewart 机构进行研究的基础上，产生5一杆6 电机7一关节了许多衍生机构，相应地，目前研制出来的虚拟轴机床的样机在结构形式上也有很大的不同，但区别主要集中在两点:一是机床的自由度不同;二是驱动的方式不同，即传递旋转运动或传递直线运动。