工业机器人设计工程师指南（2022）

电子书 工业机器人设计工程师指南 机器人系统设计技术文档汇编 ti.com/roboticsQ2|2020 目录/概述 1.简介 1.1工业机器人系统简介3 2.机器人系统控制器 2.1控制面板 2.1.1将Sitara™处理器应用于工业 3.机械臂和驱动系统（机械手） 3.1.1如何保护电池的电源管理系统免受热坏45 3.1.2保护电池并不像您想的那么难46 3.1.3机器人系统中与位置反馈相关的参考计47 4.传感和视觉技术 4.0伺服驱动器9 4.1机器人应用中的TI毫米波雷达传感器48 2.2机器人系统的伺服驱动器 2.2.1隔离式栅极驱动器的影响13 2.2.2了解峰值源电流和灌电流参数17 2.2.3带UVLO和BJT图腾柱的低侧栅极驱动器19 2.2.4适用于栅极驱动器的外部栅极电阻器设计指南20 2.2.5用于提供过流保护的高侧电机电流监测22 2.2.6增强型PWM抑制为直列式电机控制带来的 五大好处24 2.2.7如何避免控制系统遭受热损坏26 .......... 4.2边缘智能为自主工厂提供助力53 4.3对智能机器人使用超声波传感55 4.4传感器数据如何赋能机器人技术中的AI57 4.5将机器学习引入嵌入式系统61 4.6机器人可以应对新的挑战和功能65 4.7机器人系统的视觉和传感技术参考设计66 5.机器人工具技术（末端执行器） 5.1利用TIDLP®技术驱动的结构光系统实现 2.2.8高精度电机驱动控制如何推动工业发展29 高精度的捡拾功能67 2.3.8在整个温度范围内发挥功率级的最大效用33 2.3.9非电分的立三式相解逆决变方器案设：计如何简化48V至60VDC馈 ........................... 6.机器人工业通信 .....................35 6.1为传感器选择合适的工业通信标准69 2.3.10选择三相电机驱动器中使用的基于分流器的 电流感应放大器38 2.3.1机器人系统中与伺服驱动相关的参考设计44 ............. 7.1赋能机器人以实现更高水平的工厂自动化73 7.2您的工厂比五年级学生聪明吗？76 6.4机器人系统中与工业通信相关的参考设计78 第1章：简介 与机器人技术相关的内容。 德师州开仪发器智能(T、I)自的主模和拟协和作嵌的入机式器技人术。以本及电参子考书设旨计在可一帮站助式工提程供 利的用电我机们控的制、技差术异可化以的构传建感多技种术类和型边的缘工处业理机功器能人，，以实及现强精大确的实人时和通工信厂机。本器电人子：书中讨论的机器人的主要类型是协作机器 环境。 •人协可作以机检器测人并与停人止类运并动肩，工从作而，帮以助提创高建工一作个质更量安。协全作的机工器作 器人干扰人类活动。 •一工个厂更机安器全人的在工制作造环过境程，中机执械行或自传动感可器编技程术动有作助。于为防了止创机建 •工业机器人有六种类型： •垂直关节型。 •笛卡尔坐标型。 •圆柱坐标型。 •球坐标型。 •选择顺应性装配机器手臂机器人(SCARA)。 •Delta机器人。 所包有括这使些机机器器人人能类够型管都理提其供任了务具的有电不子同内轴容配。任置务的管机理械的手进，并步 由了软工件业、机传器感人器市和场电的子发技展术。共同推动，并在过去50年中推动 本这电些子工书业汇机集器了人技系术统文构章建、块白的皮T书I技和术应：用手册，介绍了适用于 •机器人控制器系统。 •机械手（机械臂）/驱动系统。 •传感和视觉技术。 •末端执行器（机器人工具）。 1.1工业机器人系统简介 在论介一绍下典机型器机人器系人统系的统不中同使组用成的部不分，同如技图术1之所前示，让。您我可们以先看讨到视，觉该和系传统感分器为以不及同末的端构执建行块器：（控机制器器人系工统具、）机。械手、示教器、 图1.采用协作机器人的机器人系统。 机器人设备相关的术语： 国个际构标建准块，化并组定织义(了ISO与)工83业73和:2非01工2标业准环描境述中了运图行的1所机示器的人各和 •能控，制可器以系监统测。和IS控O制83机73器标人准的规机定械：“结一构组并逻与辑环控境制[和设电备源和功用户部]和进外行部通通信信。系”它统是以机及器任人何的潜大在脑的，功可率包级括。运动控制器、内 •系机列械相手互.IS连O接83或73滑标动准的还部规分定组：“成一，目种的机是器通，其常机在构几通个常自由由一度或端轴执上行抓器持。”和/或机移械动手物通件常（称零为件机或械工臂具。）它。机是械机手器不人包的括一末部分要，进其行定的义移了动机。器人配备的轴数，以实现执行某一任务而需 按钮组成。示教器连接到机器人控制器系统。 •式示设教备器。.示用教于器对通工常业由机器LC人D进触行摸编面程板和、启教用学按的钮多和功紧能急便停携止 •(机EO器AT人)末上端的执设行备器。系。连统接控在制机器器通人过“对手简腕单”或工臂具端使工用具离散输入机/器输人出末(I端/O执)或行对器更。高级的工具使用工业通讯协议来控制 停止机械臂。 •在视人觉类和接传近感时器停。机止（器对人于的工这业些机器器件人能而够言扫）描或周降围低（环对境于，并协作(LI机DA器R)人、基而于言雷）机达器的人安的全速区度域。扫视描觉仪/传或感3是D通摄过像激机光来雷实达现的于传。除感了器安的全“区安域全扫皮描肤”仪，之当外有，人协触作摸机或器接人近有机时械还臂会时穿，戴它基会 在功设能计和机电器气人注系意统事的项，构并建在块开时始，实需际要设了计解之机前电熟一悉体规化、范机。器人让项我。们讨论一下定义机器人系统架构时的一些典型注意事 机器人应该执行哪种类型的任务？ 根工据业应机用器的人不有同：，不同类型的机器人具有不同的优势。典型的 •的关三节轴型结。这构种到机1器0个人或设更计多具关有节旋不转等轴。，机旋械转手轴通的过数扭量转从关简节单连的接自到由基度座或运。旋动转范轴围连。接机械手中的连杆。每个轴提供额外 •坐笛标卡型尔机坐器标人型具。这有些三也个称使为用直笛线卡型尔或坐龙标门系（式x机、y器和人z。）笛的卡线尔性轴节便。它于们沿可轴能线具进有行一线个性实运现动旋。转运动的连接轴。三个平移关 •个圆连柱接形到.该连机杆器的人平在移基轴座。旋上转具轴有使至用少沿一轴个线旋的转旋轴转和运至动少，一而平中移工轴作使。用线性运动。圆柱坐标型机器人在圆柱形工作环境 组合连接到基座。轴形成球坐标系并创建球形工作环境。 •机极坐标，.机球械坐手标通机器人也称为球形机器人轴。对于这些类型轴的的 •应选用择中顺，应这性种装选配择机顺器应手性臂装机配器机人器(机SC械A手RA在)。设通计常上用主于要装是配圆柱应形性的。。它具有两个平行轴，可在一个选定的平面内提供顺 •节De平lt行a（四增杆量机）.构这构些建蜘而蛛成状。机De器lt人a机由器连人接的到平公行共四基杆座机的构有有关三杆个机轴构在。对圆于顶末形端的执工行作器区，域它中可移以动具单有个一到EO三A个T。轴该。机平器行人四配置动广作泛。用于食品、制药和电子行业，能够提供精细、精确的 机器人的有效载荷（重量）和臂展是多少？ 如能果实机现器该人功要能移。该动力重由物电，则能它产需生，要并在从电功机率上级施提加供足给够电的机力。才此功个率因要素求。高是压确机定器机人器系人统属需于要高定压义系隔统离还架是构低以压确系保统安的全其运中行一。 Servodrivepositionsensor Servodrivepositionsensor 电子设备会集中到系统控制器中吗？ Servodrivepositionsensor 在多集数中电式子系模统块中。图，机2器是人一控个制集柜中包式括机控器制人机的器示人例机。械手的大 ACmains Robotcontrollersystemcabinet Idustrialrobotsensingmodule Circuitbraker Servodrivepowersupplymodule FAN Manipulator Optionalaxiscontrollerdependingongear Robotcontroller Servodrive Servodrivepowerstagemodule Holdingbrake Gear PMSM Axis1 Industrialrobotteachpendant(HMI) Brakeresistor Servodrivepositionsensor Servodrive Servodrivepowerstagemodule Holdingbrake Gear PMSM Axis2 Brakeresistor Servodrivepositionsensor E-stop Servodrivecontrolpanel Servodrive Servodrivepowerstagemodule Holdingbrake Gear PMSM AxisN Point-to-pointordaisy-chain Brakeresistor Servodrivepositionsensor Nistypicallybetween3to7 Positionfeedbackaggregator Point-to-pointordaisy-chain Endeffector(tool) Servodrivepositionfeedback IndustrialrobotIOmodule Industrialrobotcommunicationmodule Servodrivecontrolmodule IndustrialrobotCPUboard 图2.集中式机器人系统示例. ACmains Circuitbraker Robotcontrollersystemcabinet Servodrive Manipulator Holdingbrake Gear PMSM Axis1 Servodrivepositionsensor Optionalaxiscontrollerdependingongear Servodrivepowersupplymodule FAN Servodrive Servodrivepowerstagemodule Holdingbrake Gear PMSM Axis2 Servodrivepositionsensor Robotcontroller Servodrive Servodrivepowerstagemodule Holdingbrake Gear PMSM AxisN Servodrivepositionsensor E-stop Nistypicallybetween3to7 Servodrivecontrolpanel Endeffector(tool) Point-to-pointordaisy-chain Industrialrobotteachpendant(HMI) Servodrivecontrolmodule Servodrivecontrolmodule Servodrivecontrolmodule Servodrivepowerstagemodule IndustrialrobotIOmodule Industrialrobotcommunicationmodule IndustrialrobotCPUboard Industrialrobotsensingmodule Servodrivepositionsensor 图3.分散式机器人系统示例. 是一个分散式机器人的示例。 重新规范，并且通常需要对部分系统进行重新开发。 在机图分械3散手，式以系支统持中多，这种些外模形块尺中寸，的包其括中机一柜些的模外块形将尺移寸至、机电器缆人等。在