任务2工业机器人机械结构地认知
工业机器人组成结构
工业机器人组成结构一、引言工业机器人是一种用于自动化生产的机器人，具有广泛的应用领域。
工业机器人的组成结构是保证其正常运行和执行任务的关键要素。
本文将介绍工业机器人的组成结构及其功能。
二、机械结构1. 机械臂：机械臂是工业机器人最重要的组成部分，通常由多个关节连接而成。
每个关节通过电机或液压系统驱动，使机械臂具备灵活的运动能力。
机械臂的材料通常采用高强度合金或碳纤维复合材料，以保证其刚度和轻量化。
2. 夹具：夹具是机械臂末端的装置，用于抓取、固定和操作物体。
夹具的设计要根据不同的工业应用需求进行定制，可以是机械手爪、吸盘或其他形式的装置。
夹具通常由金属材料制成，具备高强度和耐磨损的特性。
三、控制系统1. 控制器：控制器是工业机器人的大脑，负责接收指令并控制机器人的运动。
控制器通常由多个微处理器组成，具备强大的计算和控制能力。
它可以通过编程语言或图形化界面进行编程，以实现不同的任务和运动轨迹。
2. 传感器：传感器是控制系统中不可或缺的部分，用于感知和获取环境信息。
常见的传感器包括视觉传感器、力传感器、触觉传感器等。
这些传感器可以帮助机器人检测物体的位置、形状、质量等参数，从而实现精准的操作和控制。
四、动力系统1. 电动驱动：工业机器人通常使用电动驱动系统，包括伺服电机、步进电机或直流电机。
电动驱动系统能够提供高效、精确的动力输出，满足机器人各个关节的运动需求。
2. 液压驱动：在某些特殊场合，工业机器人也采用液压驱动系统。
液压驱动系统具有较高的承载能力和刚性，适用于需要大力矩和高速度的工作任务。
五、通信与安全系统1. 通信系统：工业机器人通常需要与其他设备或计算机进行通信，以实现协同工作或数据传输。
通信系统可以采用有线或无线方式，如以太网、CAN总线等。
2. 安全系统：工业机器人的安全性是至关重要的，为了保护工作人员和设备的安全，通常会配备安全系统。
安全系统包括安全传感器、急停按钮、防撞装置等，能够及时监测和响应危险情况，确保工业机器人的安全运行。
工业机器人结构原理
工业机器人结构原理工业机器人是一种可以执行特定任务的智能机械设备。
它们通常由多个主要部分组成，包括机械结构、控制系统、执行器和传感器。
机械结构是工业机器人的重要组成部分，它为机器人提供了身体支持和运动能力。
通常，机械结构由连杆、关节和框架等元件组成。
连杆用于连接不同的关节，使机器人能够执行复杂的动作。
关节是机器人的可动连接点，允许机械结构在不同的方向上旋转或运动。
框架则起到支撑作用，保证机械结构的稳定性和可靠性。
控制系统是控制工业机器人动作和功能的核心。
它通常由硬件和软件两部分组成。
硬件包括中央处理器、存储器、输入输出接口和电源等。
中央处理器是控制系统的主要组成部分，它接收和处理来自传感器的输入信号，并发送指令给执行器。
存储器用于存储程序和数据，以及记录机器人的状态信息。
输入输出接口用于与外部设备进行通信，例如与计算机或其他机器人进行数据交换。
电源则提供所需的能量给控制系统。
执行器是机器人的执行部件，它们负责将控制系统发送的指令转化为动态的机械运动。
常见的执行器包括电动机、液压缸和气动缸等。
电动机是最常用的执行器，它通过电能转变为机械能，驱动机械结构实现各种动作。
液压缸和气动缸则利用液体和气体的压力来实现运动控制，适用于一些需要大力矩或冲击力的操作。
传感器是机器人的感知装置，它们用于获取外部环境的信息，并将信息传递给控制系统。
常见的传感器包括光电传感器、压力传感器、温度传感器和力传感器等。
光电传感器用于检测物体的位置和距离，压力传感器用于测量力的大小，温度传感器用于监测环境的温度变化，力传感器则可测量机器人施加的力。
综上所述，工业机器人的结构原理包括机械结构、控制系统、执行器和传感器等多个方面。
这些部分相互配合，使机器人能够进行复杂的动作和任务执行。
《工业机器人认知》课程标准
《工业机器人认知》课程标准一、课程基本信息课程名称：《工业机器人认知》课程学时：112开课时段：第一学年（第1学期）适用专业：适用六年制预备技师工业机器人应用与维护专业授课对象：工业机器人应用与维护专业学生二、制订课程标准的依据本标准依据工业机器人应用与维护专业人才培门养方案中的人才培养规格要求和对《工业机器人认知》课程教学目标要求，对接工业机器人应用与维护专业的职业岗位群职业能力和相关技能标准而制订。
用于指导《工业机器人认知》课程建设与课程教学。
三、课程性质与任务《工业机器人认知》是工业机器人应用与维护专业的专业基础（或者专业核心、专业方向）课程，是工业机器人装调维护等人员必备的知识。
通过本课程的学习，使学生了解工业机器人的基本慨况，熟悉工业机器人的机械结构、传感器应用、控制系统原理，了解如何进行示教编程和设备的管理与维护，培养学生在工业机器人技术方面分析与解决问题的能力，提升学生机器人学习兴趣，为后续课程学习奠定基础。
四、本课程与其它课程的关系五、课程目标与要求通过本课程的学习和训练，使学生具备以下知识-能力-素质：（一）知识目标1.了解工业机器人的历史与发展、分类与应用，理解工业机器人坐标及坐标系2.了解工业机器人本体基本结构，包括机身及臂部结构、腕部及手部结构、传动及行走机构等3.理解工业机器人运动学、动力学的基本概念，了解工业机器人的位姿分析和运动分析方法，了解工业机器人轨迹规划的基本概念和特点4.了解工业机器人的视觉、触觉、位置及位移等环境感觉技术原理5.了解工业机器人控制系统的主要功能，理解其控制方式，了解相关工业机器人编程语言6.了解工业机器人工作站及生产线的基本组成和特点7.了解工业机器人的自动线管理、维护保养技术8.了解EV3机器人系统组成，掌握EV3机器模块的用法9.掌握EV3核心机器人模块的用法，学会独立设计EV3机器人10.通过EV3机器人，掌握最基本的编程知识，学会程序流程图的绘制方法。
工业机器人的基本结构
工业机器人的基本结构工业机器人是一种用于自动化生产的机器人系统，它具有复杂的结构和多样的功能。
下面将介绍工业机器人的基本结构。
工业机器人主要由机械结构、传感器、控制系统和执行器四个主要部分组成。
一、机械结构工业机器人的机械结构是机器人的骨架，它决定了机器人的外形和运动能力。
机械结构包括机器人的机身、关节、连杆、末端执行器等部分。
1. 机身：机身是机器人的主体部分，承载着各个关节和执行器。
一般采用铝合金、钢材或碳纤维等材料制作，具有较强的刚性和轻量化特性。
2. 关节：关节是连接机身和连杆的部分，用于实现机器人的运动。
根据运动方式的不同，关节可以分为旋转关节和直线关节。
旋转关节可以使机器人在水平方向上旋转，而直线关节可以使机器人在垂直方向上进行上下运动。
3. 连杆：连杆是连接关节和末端执行器的部分，它们通过关节的旋转和直线运动，使机器人能够完成各种复杂的任务。
连杆一般采用铝合金或钢材制作，具有一定的刚性和强度。
4. 末端执行器：末端执行器是机器人的“手”，用于实现机器人的具体操作。
常见的末端执行器包括夹爪、焊枪、刀具等，不同的末端执行器适用于不同的工作任务。
二、传感器传感器是工业机器人的感知器官，用于获取周围环境的信息，帮助机器人做出相应的动作。
常见的传感器包括视觉传感器、力传感器、位置传感器等。
1. 视觉传感器：视觉传感器可以通过拍摄和分析图像，实现对物体的识别、定位和测量。
它可以帮助机器人在不同的工作环境中准确定位和操作物体。
2. 力传感器：力传感器可以测量机器人施加在物体上的力和力矩，帮助机器人控制力的大小和方向，实现精确的操作和装配。
3. 位置传感器：位置传感器可以测量机器人各个关节的位置和姿态，提供给控制系统进行运动控制。
常见的位置传感器有编码器、陀螺仪等。
三、控制系统控制系统是工业机器人的大脑，负责对机器人进行运动控制和任务规划。
它由硬件和软件两部分组成。
1. 硬件：硬件部分包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等。
工业机器人的结构认知
机身设计成机座 式，这种机器人 可以使独立的、 自成系统的控制 装置，可以随意 安放和搬动。
屈伸式机器人的 臂部可以有大小 臂组成，大小臂 间有相对运动， 成为屈伸臂。
任务一：工业机器人的结构 认知
2. 机械结构系统
（3）手腕
联接臂部和末端执行器，手腕 确定末端执行器的作业姿态，一般 需要三个自由度，由三个回转关节 组合而成，组合方式多样。
为了提高机器人手部和手腕的操作能力、灵活性和快速反应能力，使机器人能像人手一样进行
各种复杂的作业，必须有一个运动灵活、动作多样的灵巧手，即仿人手。手指的关节通常通过
钢丝绳、记忆合金、人造肌纤维驱动。
任务一：工业机器人的结构 认知
2. 机械结构系统 有了像人一样的“手指”，就可以做更多细致精确的动作了！它也可以心灵手巧了！
凑，密封问题较大。
结构适当，执行机构可标准化、模拟化， 易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，
结构紧凑，密封问题较小。
伺服电动机易于标准化，结构性能好，噪 声低，电动机一般需配置减速装置，除DD电 动机外，难以直接驱动，结构紧凑，无密封
问题。
安全性
防爆性能较好，用液压油作传动介质，在一定 条件下有火灾危险。
仿人手机器人的动作
任务一：工业机器人的结构 认知
2. 机械结构系统
多指机器人主要有柔性手和多指灵活手两种。
（a）多关节柔性手
（b）三指灵巧手
（c）四指灵巧手
图2-23 柔性手和多指灵活手
任务一：工业机器人的结构 认知
3. 机器人-环境交互系统
机器人-环境交互系统是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。机器人与外部设备集成为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、装配 单元等；也可以是多台机器人、多台机床或设备、多个零件储存装置等集成为一个 去执行复杂任务的功能单元。
工业机器人技术与应用第2章 工业机器人的机械结构
2.4 工业机器人手部结构
2.5 工业机器人驱动与传动
2.1 工业机器人机身结构
工业机器人机身是直接连接、支承和传动手臂及行走机构的部件。它是由 臂部运动（升降、平移、回转和俯仰）机构及有关的导向装置、支撑件等 组成。 1．回转与升降型机身结构 回转与升降型机身结构主要由实现臂部的回转和升降运动的机构组成。
KUKA IR-662/100型机器人手腕传动图
2.2 工业机器人臂部结构
三、机器人臂部机构 3．臂部回转与升降机构
手臂回转与升降机构常采用回转缸与升降缸单独驱动，适用于升降行程短而 回转角度小于360°的情况，也有采用升降缸与气动马达-锥齿轮传动的结构。
2.3 工业机器人腕部结构
腕部是联接手臂和手部的结构部件，它的主要作用是确定手部的作业方向。 因此它具有独立的自由度，以满足机器人手部完成复杂的姿态调整。
一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （1）单自由度回转运动手腕
回转油缸直接驱动的单自由度腕部结构 1-回转油缸 2-定片 3-腕回转轴 4-动片 5-手腕
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （2）双自由度回转运动手腕
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （3）三自由度回转运动手腕
4．类人机器人型机身结构 类人机器人的机身上除装 有驱动臂部的运动装置外 ，还应装有驱动腿部运动 的装置和腰部关节。
2.1 工业机器人机身结构
2.1 工业机器人机身结构
没有手臂的双足机器人Cassie
2.2 工业机器人臂部结构
手臂部件（简称臂部）是机器人的主要执行部件，它的作用是支撑腕部和 手部，并带动它们在空间运动，工业机器人腕部的空间位置及其工作空间 都与臂部的运动和臂部的参数有关。 一、机器人臂部的组成 机器人的手臂主要包括臂杆以及与其伸缩、屈伸或自转等运动有关的构件 ，如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支撑联接和位置检测元件等。 根据臂部的运动和布局、驱动方式、传动和导向装置的不同可分为：伸缩 型臂部结构，转动伸缩型臂部结构，屈伸型臂部结构，其他专用的机械传 动臂部结构。
工业机器人组成结构
工业机器人组成结构工业机器人是一种用于自动化生产的机器，它能够完成人类在生产线上的工作任务。
工业机器人的组成结构是多样的，下面将从机械结构、电气控制和软件系统三个方面来介绍工业机器人的组成结构。
一、机械结构工业机器人的机械结构是支持其运动和操作的基础。
通常，它由底座、臂架、关节、末端执行器等部分组成。
1. 底座：底座是机器人的基础，通常由铸铁或钢板制成，具有足够的强度和稳定性。
底座上通常安装有电机和减速器，用于提供机器人的旋转运动。
2. 臂架：臂架是机器人的主体结构，通常由铝合金或碳纤维等材料制成，具有轻量化和高强度的特点。
臂架上的关节连接着各个运动部件，使机器人能够进行多轴运动。
3. 关节：关节是机器人的运动部件，通常由电动机、减速器和编码器等组成。
关节能够提供机器人的转动和抬升等运动，使机器人能够灵活地完成各种工作任务。
4. 末端执行器：末端执行器是机器人的工作部件，通常根据需要选择不同的执行器，如夹爪、吸盘、焊枪等。
末端执行器能够完成机器人的具体操作任务，如抓取、装配、焊接等。
二、电气控制电气控制是机器人的神经系统，负责控制机器人的运动和操作。
它由电机驱动系统、传感器系统和控制器等组成。
1. 电机驱动系统：电机驱动系统是机器人的动力源，通常由伺服电机和伺服驱动器等组成。
电机驱动系统能够提供机器人的运动能力，使机器人能够精确地控制运动轨迹和速度。
2. 传感器系统：传感器系统能够感知机器人周围的环境和工件信息，通常包括视觉传感器、力传感器、接近开关等。
传感器系统能够为机器人提供反馈信号，使机器人能够根据实际情况进行调整和控制。
3. 控制器：控制器是机器人的大脑，负责整个系统的协调和控制。
控制器通常由工控机或嵌入式控制器组成，可以通过编程来实现机器人的自动化控制和任务规划。
三、软件系统软件系统是机器人的智能核心，负责实现机器人的智能化和自主性。
它由操作系统、控制算法和应用软件等组成。
1. 操作系统：操作系统是机器人的基础软件平台，通常采用实时操作系统（RTOS），如VxWorks、RobotWare等。
工业机器人认识
工业机器人将具备深度学习、计 算机视觉和自主决策等能力，能 够根据环境变化自我调整，提高 生产效率和产品质量。
模块化设计
总结词
为了满足不同行业和企业的个性化需求，工业机器人将采用模块化设计，方便进行功能定制和升级。
详细描述
通过模块的组合与替换，工业机器人能够快速适应不同的生产场景，降低企业的技术门槛和成本。
详细描述
工业机器人需要具备与人进行交互的能力，如语音识别、视觉识别等，以便更好地与操作人员合作完成工作任务。 同时，为了确保操作人员的安全，工业机器人需要采取一系列的安全防护措施，如设置安全区域、配备紧急停止 功能等。
04 工业机器人的发展趋势
智能化发展
总结词
随着人工智能技术的不断进步， 工业机器人将越来越智能化，能 够自主完成更复杂、更精细的任 务。
网络化协同
总结词
未来工业机器人将通过网络实现协同 作业，提高整体生产效率。
详细描述
通过网络连接，多台工业机器人可以 实现任务分配、同步协作和信息共享， 共同完成复杂的生产流程。
人机协作与共融
总结词
工业机器人将更加注重人机协作与共融 ，提高生产过程中的安全性和舒适性。
VS
详细描述
通过智能传感器和安全控制技术，工业机 器人能够与人类工作人员安全地共同作业 ，减少人工干预和事故风险。
详细描述
工业机器人通常配备多种传感器，如激光雷达、深度相机、超声波传感器等，这 些传感器可以感知距离、速度、温度、湿度等多种信息，通过多传感器融合技术 ，机器人能够更好地感知和理解环境，提高工作质量和效率。
自主导航与路径规划
总结词
自主导航与路径规划是工业机器人的重要技术特点之一，它 使得机器人能够在复杂的工作环境中自主移动并完成工作任 务。
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工业机器人技术基础一体化教学
教学过程
备注一、组织教学
清点人数，师生相互问好，强调课堂纪律二、旧知回顾
工业机器人分类及应用
1、按臂部的运动形式分
（1）直角坐标型：臂部可沿三个直角坐标移动；
（2）关节型：臂部有多个转动关节；
（3）圆柱坐标型：臂部可作升降、回转和伸缩动作；
（4）组合结构：可以实现直线、旋转、回转、伸缩；
（5）球坐标型：臂部能回转、俯仰和伸缩。
2、按执行机构运动的控制机能分：点位型、连续轨迹型
3、按程序输入方式分：离线输入型、示教输入型
4、按应用领域分类：可分为搬运机器人、装配机器人、上下料机器人、焊接机器人、码垛机器人、喷涂机器人等。
工业机器人的安全使用
（1）安全注意事项
（2）安全操作规程
（3）安全使用规则
（4）操作注意事项三、新课导入及分析
在前两节课中，我们已经学习了工业机器人的定义，发展以及有关机器人的分类和应用。
通过学习，让我们知道了机器人是一种复杂的机械装置，但是这种机械装置能实现强大的功能作用。
那么，这机器人到底是什么样的呢？它们的结构又是怎样的呢？怀着这些疑问，让我们走进工业机器人的世界，去学习工业机器人的机械结构。
四、新课授学（教师讲解、观看视频）
工业机器人的机械结构是机器人的主要基础理论和关键技术，你是现代
机械原理研究的主要内容，机器人一般由驱动系统、执行机构、控制系统3
个基本系统，以及一些复杂的机械结构组成。
通常用自由度、工作空间、额定负载、定位精度、重复精度和最大工作速度等技术指标来描述机器人的性能。
本任务主要内容是通过学习，了解有关工业机器人系统的基本组成、技术参数及运动控制，能够熟练进行机器人坐标和运动轴的选择，并能熟练的描述工业机器人的结构。
一机器人结构运动简图
机器人结构运动简图是指用结构与运动符号表示机器人臂部、腕部和手
指等结构及结构间的运动形式的简易图形符号。
机器人结构运动简图能够更好的分析和记录机器人的各种运动和运动组合，可简单清晰的表明机器人的运动状态，有利于对机器人的设计方案进行鲜明的对比。
1.移动结构
注：b）是a ）的侧向图形符号3.回转结构
二 工业机器人的运动自由度 1.自由度的概念
描述物体相对于坐标系进行独立运动的数目称为自由度。
间有6个自由度，如图所示。
777777777777
物体在三维空
2.工业机器人的自由度
机器人的自由度是指描述机器人本体（不含末端执行器）相对于基坐标系（机器人坐标系）进行独立运动的数目。
机器人的自由度表示机器人动作灵活的尺度，一般以轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示。
机器人常用关节类型：
移动关节一一用字母P表示，它允许两相邻连杆沿关节轴线做相对移动，这种关节具有1个自由度，如图所示。
转动关节用字母R表示，它允许两相邻连杆绕关节轴线做相对转动，这种关节具有1个自由度，如图所示。
球面关节一一用字母S表示，它允许两连杆之间有三个独立的相对转动，这种关节具有3个自由度,如图所示。
虎克铰关节一一用字母T表示，它允许两连杆之间有二个相对转动，这种关节具有2个自由度,如图所示。
1）直角坐标机器人的自由度
如图所示为直角坐标机器人，臂部具有3个自由度。
特点：结构刚度大，关节运动相互独立，操作灵活性差。
2）圆柱坐标机器人的自由度
如图所示为五轴圆柱坐标机器人，有5个自由度。
特点：结构紧凑，易于控制。
3）球（极）坐标机器人的自由度
如图所示为球（极）坐标机器人，具有5个自由度。
R3
右P
P
R4
坤R
特点：灵活性好，工作空间大。
4）关节机器人
（1）SCAR/型关节机器人
SCAR風关节机器人有4个自由度，如图所示。
特点：适用于平面定位，在垂直方向进行装配作业
（2）六轴关节机器人
六轴关节机器人有6个自由度，如图所示。
雅询戻节
特点：动作灵活、结构紧凑
5）并联机器人的自由度
并联机器人是由并联方式驱动的闭环机构组成的机器人。
如图所示， Gough-Stewart 并联机构和由此机构构成的机器人是典型的并联机器人。
与 开链式工业机器人的自由度不同，并联机器人不能通过结构关节自由度的个 数明显数出，可通过以下公式计算其自由度数。
n
F 6(1 n 1)
特点：无累计误差，精度较高，刚度大，承载能力强，速度高，动态响应好, 结构紧凑，工作空间较小。
三工业机器人的坐标系
工业机器人的坐标系主要包括：基坐标系、关节坐标系、工件坐标系及
工具坐标系，如图所示。
i 1。