GB T 19400-2003 工业机器人 抓握型夹持器物体搬运 词汇和特性表示.pdf
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1、GB/T 19400-2003/150 14539:2000 前言本标准是首次制定本标准等问采用IS014539:2000(操作型工业机器人抓握型夹持器的物体搬运词汇和特性表示以英文/法文版)。为便于使用,本标准作了下列编辑性修改za) 为与现有工业机器人系列国家标准名称一致,在标准名称中删除了操作型三字。b) 将本国际标准改为本标准。c) 将规范性引用文件中的国际标准编号改为国家标准编号。d) 按GB/T1. 1一2刽000要求,将术语的定义句子末端加上句号e时)在本标准的最后增加丁按汉语拼音排列的术语索引,删去了法文索引。本标准的附录A为资料性附录。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由
2、全国工业自动化系统标准化技术委员会归口。本标准主要起草单位=北京机械工业自动化研究所。本标准主要起草人胡景修、金茂篝、聂尔来、郝淑芬、许瑾。田GB/T 19400-2003/150 14539: 2000 引言工业机器人的各项基础标准,已实施了十多年,在我国生产和应用工业机器人中起到了一定的作用,随着自动化生产系统中机器人数量的增加,用工业机器人进行物料搬运也在不断地增多g为了更好地理解物体搬运的词汇及抓握型夹持器的特性表示,使工业机器人的用户和夹持器的研制生产单位有共同的语言基础,制定本标准。采用机器人进行物体搬运,机器人和末端执行器的运动必须协调配合,除机器人的手臂和手腕运动决定物体的运动
3、外,要搬运柔性的物体或易碎的物体手指的感知作用也很重要,因此在本标准中也列举了有关于指感知的术语和含义。目GB/T 19400-2003/180 14539: 2000 工业机器人抓握型夹持器物体搬运词汇和特性表示1 范围本标准的重点是末端执行器的功能和4.1.2.1中定义的抓握型夹持器。本标准界定了具有抓握型夹持器的物体搬运的术语和抓握型夹持器的功能、结构及元件的术语。资料性附录A还给出了抓握型夹持器特性表示的格式。此表格适用于下列情况ga) 末端执行器的制造商对机器人用户提供其产品特性。b) 机器人用户表明其所需的末端执行器的要求。c) 机器人用户说明被搬运物体的特性以及在给定机器人应用中
4、所搬运物体的特性。本标准亦适用于工业机器人中未涉及的简单操作,如:上、下料装置及主从式操作机的用户及销售商。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订本均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。GB/T 12643-1997工业机器人词汇(eqvISO 8373: 1994) GB/T 14468.1-1993工业机器人圆形机械接口(neqISO 9409 1) GB/T 14468.2-1999工业机器人轴形
5、机械接口(eqvISO 94092: 1996) GB/T 16977-1997 工业机器人坐标系和运动命名原则(eqvISO 9787 ,1 990) 3 物体搬运词汇GB/T 12643确立的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1 搬运类型3.1.1 物体。bj配t通过安装在机器人上的末端执行器夹取、握持或操作的固态物(非流体)。注g物体可有不同的形状和尺寸,在搬运中亦可能产生变形。3. 1. 2 物体搬运。均四thandling 通过末端执行器作用于物体产生影响或借助末端执行器使物体保持在某种状态。3. 1. 3 夹持grip 通过末端执行器对物体进行约束。3. 1. 4 抓握grasp
6、 用夹持器的(一个或多个)手指约束物体。3. 1. 5 抓握动作,回ping通过(一个或多个)手指对物体施加约束时夹持器的运动。GB/T 194-2003/ISO 14539: 2000 3. 1. 6 释放releasing 消除物体约束时夹持器的运动。3. 1. 7 状态stat. 物体的约束状况和物体形成的位姿。参见图1。3. 1. 8 动作action 物体状态的转换。参见图1。注2一些动作是完成不同状态类型之间的转移,而另一些动作则是在同类型状态间构成的转移。状事1状态4抓取I 松开抓起I司牛器一行体一执物端柬末的一末端执行量不的草帽体脱落挂理物体不景环境的的柬+一一l 一一一,物体
7、曼环撞的曲直注有关动作名词仅供参考囚国1物体搬运时的状态和动作3. 1. 9 状态类型3. 1. 9. 1 夹持(状态1)grippedCstate 1) 物体只受末端执行糠的约束而不受环榄约束的状态3.1.9.2 半失争夺状态2)础隐i-gripped(state2) 物体既受末端执行器的约束也受环城约束的状态。3.1.9.3 放肇(状态3)laid(state 3) 物体只受环婆约束胎、不受末端执行器约束的状态。3. 1. 9. 4 自由状状态4)fr时Cstate4) 物体既不受未端执行糠的约束也不受环境约束的状态。GB/1 19400-2003/ISO 14539 ,2000 注2霆力
8、等保守力的约束,不被认为是受环境约束如果存夜保守力的约束,赠与状态类型定义无关。3.2 报怨3.2.1 抓握类型3.2. 1. 1 被抓援物体的自由1ftd略目esof f,阳创omofgr瞄pedobject 在考虑或不考虑接触点部摩擦力对受手指约束的物体部空间龄运动自出度。注s此定义假设夹持糠没有运动。夹持部运动情况见4.3.3.3. 2. 1. 2 形封闭抓握form c10sure grasp 未考虑靠在点摩擦力时物体自由度等于草草大于G的靠在辈辈。注2形封闭抓握,是一种仅以夹待器构形决定物体位姿的抓挠。3.2. 1. 3 力封闭抓握旬rcec10sure grasp 不考虑接触点的摩
9、擦力时物体的自民度等于或大于1,而考虑接触点摩擦力时物体自由度等于或小于G吉苦苦J握b注力封闭抓握,是一种不仅以夹持器构形且用力来保持物体立姿的抓握,这些力通常为摩擦力D3.2. 1. 4 外抓攘external gr割机outsidegrasp 作熬夜物体外表茵的极握,觅m2 a)至心,0,g). 3.2.1.5 内抓撼internal嚣rasp;inside gr幽p作用在物体内表面的抓握,见图2e)。3.2.2 探援华的为forc帽in窜rasJ悟注抓握中的力均可看成是包括静态分擎的动态力,外力和/;在加速度可以增大或减小这些力。3.2.2.1 接触为contact force 手指通过
10、接触点、接触线或接她在军对物体施郊的外力。注1,参见图3的F,或Fz注2,接触力包括摩擦力和法向力。GB/T 19400-2003/150 14539 ,2000 3.2.2.2 操作力manipulating force 手指对物体施加的所有接触力的矢量和。注见图3时的F,十F,(-F)。22 的,b),单于指型夹持器叶,d),时,0,双手指型夹持器g) ,多手指型夹持器b) c) 图2抓握型夹持器的典型抓握F a) 固3抓握力d) b) GB/T 19400-2003/ISO 14539 ,2000 3.2.2.3 夹持力gripping force 对于两点接触式抓握.(除接触力外)加于
11、物体的合力和合力矩均为零时接触力的大小。注1,图3b)中F,(F,)。注2,(除接触力外)加于物体上的告力和合力矩包括外力、重力、惯性力以及通过接触点所施加的力矩。这种情况下F,和F,大小相等。3.2.3 稳定抓握3.2.3.1 抓握稳定性grasp stability (1) 施加于物体的扰动力稍微改变物体在夹持器中的位置后又恢复其初始位置姿的性能。3.2.3.2 抓握稳定性grasp stability (2) 物体受扰动力作用时,夹持器手指与抓握物体保持接触元滑动的性能。3.3 物体搬运的坐标系见图4,注:以系列的坐标系描述被搬运物体的位置和姿态,有助于机器人的任务编程。如:Z, x.
12、1.绝对坐标系2机座坐标系3机械接口坐标革4工具坐标系5作业坐标系6物体坐标罩7摄像机坐标系8工具中心点9夹持器国4物体搬运坐标系3.3.1 绝对坐标系world coordinate system 与机器人运动无关,参照大地的不变坐标系,表示为oo-Xo-Y-Zo0 GB/T 12643一1997定义5.7.l,GB/116977-1997第5章3.3.2 机座坐标系basec刷rdinatesystem 参照机座安装表面的坐标系,表示为Oj-Xj-Yj-Zj,GB/T 19400-2003/150 14539 ,2000 GB/T 12643-1997定义5.7.2 ,GB/T 16977
13、-1997第6章3.3.3 机械接口坐标系mechanical interface coordinate system 参照机械接口的坐标系,表示为Om-Xm-Ym-Zm,GB/T12643-1997定义5.7.3 ,GB/T 16977-1997第8章3.3.4 工具坐标系tool coordinate system 参照安装在机械接口上的末端执行器或工具的坐标系,表示为O,.X,-Y,-ZGB/T 12643-1997定义5.7.5,GB/T 16977-1997第9章注:工具坐标系与机械接口的坐标系有关。3.3.5 作业坐标系task coordinate system 参照作业现场的坐
14、标系,并表示为Xk-Yk-Zk,3.3.6 物体坐标系object c刷rdinatesystem 以物体为参照的坐标系,并表示为q-X)-Y)-Zj。3.3.7 摄像机坐标系四meracoordinate system 以监视作业现场的传感器为参照的坐标系,表示为O,-X,-Y,-Z注g可安装视觉系统,用以测定随意放置的物体的位置和姿态。3.3.8 工具中心点TCP, Tool Centre Point 参照机械接口坐标系为一定用途而设定的点。GB/T 12643-1997定义5.9J注1,TCP为工具坐标系的原点GB/T16977-1997的9.2 0 注2,TCP可以是制造商和用户认同的
15、,对于每一末端执行器和物体搬运有重要意义的点。3.4 物体搬运中的感知各种感知信号可用于完成可靠或复杂的搬运作业,对于搬运中的反馈控制,夹持器可具有以下感知能力。注.除本是给出的感知能力外,对于物体搬运还有一些复杂的感知功能,如物体位置/姿态感知、接触点感知、物体轮廓感知皮手指速度感知,它们应于单独说明。3.4.1 物体存在检测。bjectpresence detection 物体存在检测用于下列情况:a) 确保被夹持物体的正确放置。b) 确保物体被成功夹持。c) 确保物体被成功释放。3.4.2 手指位置感知finger position sensing 手指位置感知用于下列情况za) 手指控
16、制(如:伺服控制)需子指位置信息。b) 用夹持测量物体的尺寸和形状。3.4.3 夹持力感知gripping force sensing 在下列情况下控制施加于物体上的夹持力的感知=a) 给定夹持力。例如搬运易碎物体。b) 为稳定抓握控制指关节。注.夹持力可用力传感器或由于指的致动电流感知。3.4.4 外力感知extemal force sensing 在下列情况下对外力和力矩的感知za) 测量物体的重量。GB/T 19400-2003/180 14539 ,2000 b) 检查夹持器或被夹持的物体是否接触环境中的物体或障碍物。c) 在插入之类的作业中物体搬运控制时需要的接触点的信息。注2外力和
17、力矩可由力/力矩传感器或通过手指的致动电流进行感知。3.4.5 滑动检测slip detection 在下列情况下手指和物体问滑动的感知za) 避免夹持或举起过重的物体。b) 避免物体松动和不稳定抓握。c) 当用最小力夹持物体时,避免物体滑动。4 抓握型夹持器词汇GB/T 12643给出的术语和定义适用于本标准。4.1 末端执行器类型4. 1. 1 工具型末端执行器tool-type end effector 本身能进行实际工作,但由机器人手臂移动或定位的末端执行器。注g弧焊焊炬、点焊焊恒、喷砂器、研磨头、击毛刺装置、要l纹头、钻头、喷枪、胶枪、自动螺丝刀、激光切割枪、高压水切割枪。4. 1.
18、 2 夹持器gripper 供抓取和握持用的末端执行器。GB/T 12643-1997的定义4.14J注.与工具型末端执行器相比,夹持器或夹持型末端执行器是一种夹持物体以便移动或放置它们的末端执行器。4. 1. 2.1 抓握型夹持器grasp-type gripper 用(一个或多个)手指搬运物体的夹持器。4. 1. 2. 2 非抓握型夹持器non-gr国p-typegripper 不用手指搬运物体的夹持器。注:非抓握型夹持器是以铲、钩、穿刺和粘着,或以真空/磁性/静电的悬浮直式搬运物体的。4.2 抓握型夹持器的元件和机构4.2.1 基本机械元件basic mechanical element
19、s 见图50GB/T 19400-2003/150 14539 ,2000 4.2. 1. 1 机器人接口robot interface 夹持器与机器人接口的接口。4.2. 1. 2 手掌palm 夹持器的基本机械构件中的固体元件,手指的第一个关节固定其七。注:手掌可以与物体直接接触。4.2. 1. 3 手指finger 第一个关节固定在手掌上的运动链结构。注:手指可以与物体直接接触,手指主要相对于于掌运动。4.2. 1. 4 驱动器actualor 用于实现手指运动的动力机构。例如z电机、电磁驱动器、静电驱动器、气动驱动器、液压驱动器、超声马达、摩擦驱动器、形状记忆合金、压电驱动器。4.2.
20、 1. 5 动力传送机构power transmission mechanism 将驱动力从驱动器传递到手指的机构。例如z连杆传动、钢丝传动、齿轮传动、丝杠传动、凸轮传动、弹簧传动、直接驱动等动力传送机构。4.2. 1. 6 夹紧元件clamping element 为直接与物体接触而专门设计的手指零件或手指连杆。4. 2. 1. 7 传感器sensor 从夹持器和/或物体获取信号用于搬运物体时控制夹持器的装置。4 5 6 8 9 10 1.机器人接口2手掌3.于指4关节15.连杆16关节27连杆28.关节39.连杆310夹紧元件固5夹持器的机械元件GB/T 19400-2003/180 14
21、539: 2000 4.3 抓握型夹持器类型4.3.1 夹持器活动度degre田。fmobility of gripper 夹持器所有手指在运动空间相对于手掌平移和转动坐标轴的个数。见图6。注1,根据夹持器活动度的定义,其运动可分为以下三种类型g直线型、平面型和空间型,夹持器活动度如图6a)、6灿、6c)所示,分别为1.3.6.注2,规划抓握作业的第一步是根据物体的特性选定夹持器的活动度。4.3.2 夹持器自由度degre目。ffreedom of gripper 确定夹持器机构运动简图的最小运动输入数。4.3.3 带有物体时夹持器自由度degrees of freedom of grippe
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