工业机器人典型控制系统及结构
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。
工业机器人的系统组成及各部分作用
工业机器人的系统组成及各部分作用一、引言工业机器人是一种自动化操作装置，主要用于工业生产中重复性高、作业环境危险的工作。
它的出现不仅提高了生产效率，而且还减少了人力成本和劳动强度。
要了解工业机器人的系统组成及各部分作用，我们需要从整体系统结构、各部分功能和作用等方面进行深入分析。
二、系统组成1. 机械结构机械结构是工业机器人的主体框架，它由基座、臂部、手部等部分组成，用于支撑和连接其他各部分。
其中，基座是机器人的底部支撑，臂部是机器人的动作执行部分，手部是机器人的操作器具，通过各部件的灵活组合，可以完成各种工业操作任务。
2. 控制系统控制系统是工业机器人的大脑，包括传感器、控制器、执行器等组成部分。
传感器用于获取外部环境的信息，控制器用于对机器人的动作进行指令和控制，执行器则是根据控制器的指令完成各项操作任务。
三、各部分作用1. 机械结构机械结构的作用是支撑和连接机器人的各部分，使之能够进行灵活的运动和操作。
通过合理的结构设计，可以实现机器人的高效作业和灵活操作，提高生产效率。
2. 控制系统控制系统的作用是实现机器人的自动化操作，传感器用于获取外部环境信息，控制器通过对信息的处理和分析，指挥执行器完成任务。
这种自动化操作不仅可以提高生产效率，还可以降低人力成本和减少劳动强度，同时也能保证生产过程中的安全性。
四、个人观点和理解通过对工业机器人的系统组成及各部分作用进行全面分析，我们可以深刻理解工业机器人的工作原理和作用。
我认为，工业机器人的出现标志着人类生产方式的进步和自动化水平的提高，它不仅可以大幅度提高生产效率，还可以降低生产成本，实现可持续发展和智能制造。
五、总结与展望通过本文的探讨，我们对工业机器人的系统组成及各部分作用有了更深入的了解。
在未来，随着科技的发展和人工智能技术的应用，工业机器人的性能和作用将会不断提升，我们期待工业机器人能够在更多领域发挥作用，为人类生活和生产带来更多便利。
工业机器人的系统组成及各部分作用是一个复杂而又精密的系统工程，它的实现对于提高整个生产效率和改善生产环境起着至关重要的作用。
1.1工业机器人的系统组成
MMT
三种驱动方式比较：
电气驱动方式:电气驱动所用能源简单，机构速度变化范围大，效率高，速
度和位置精度都很高，且具有使用方便、噪声低和控制灵活的特点。
MMT
【背景知识】 2．机械结构系统
工业机器人的机
械结构系统是工业机 器人为完成各种运动 的机械部件。系统由 骨骼(杆件)和连接它 们的关节(运动副)构 成，具有多个自由度， 主要包括手部、腕部、 臂部、机身等部件， 如右图所示。
2MMT
机械结构系统——手腕
手腕是连接末端执 行器和手臂的部件，它的作 用是调整或改变工件的方位， 因而它具有独立的自由度， 以使机器人——手臂
手臂是机器人执行 机构中重要的部件，它的作 用是将被抓取的工件运送到 给定的位置上。
2MMT
机械结构系统——腰部和基座
【背景知识】 3．感受系统
感受系统由内部传感器和外部传感器构成。 传感器处于连接外界环境与机器人的接口位 置，是机器人获取信息的窗口 。
MMT
【背景知识】 3．感受系统
感受系统由内部传感器和外部传感器构成。 传感器处于连接外界环境与机器人的接口位置， 是机器人获取信息的窗口 。
机器人对传感器的要求 ①精度高、重复性好； ② 稳定性和可靠性好； ③ 抗干扰能力强； ④ 质量轻、体积小、安装方便。
MMT
（1)传感器的分类 根据传感器在机器人上应用目的与使用范围的 不同，将其分成两类：内部传感器和外部传感器。 内部传感器：用于检测机器人自身的状态，如： 测量回转关节位置的轴角编码器、测量速度以控制 其运动的测速计。 外部传感器：用于检测机器人所处的环境和对 象状况，如视觉传感器，可为更高层次的机器人控 制提供大得多的适应能力，也是给工业机器人增加 了自动检测能力。外部传感器可进一步分为末端执 行器传感器和环境传感器。
工业机器人典型控制系统及结构
工业机器人典型控制系统及结构摘要：工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。
主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部,有的机器人还有行走机构。
大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作;控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
关键词:工业机器人控制系统结构体系（一）工业机器人控制系统所要达到的功能机器人控制系统是机器人的重要组成部分,用于对操作机的控制,以完成特定的工作任务,其基本功能如下:（1）记忆功能:存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息.（2）示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。
在线示教包括示教盒和导引示教两种.(3）与外围设备联系功能：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。
（4）坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。
（5)人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。
（6）传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。
（7）位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。
（8）故障诊断安全保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断.(二)、工业机器人控制系统的组成(图1）(1）控制计算机：控制系统的调度指挥机构。
一般为微型机、微处理器有32位、64位等,如奔腾系列CPU以及其他类型CPU。
（2）示教盒：示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有自己独立的CPU以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。
（3）操作面板：由各种操作按键、状态指示灯构成，只完成基本功能操作.（4）硬盘和软盘存储存:储机器人工作程序的外围存储器。
（5）数字和模拟量输入输出：各种状态和控制命令的输入或输出。
（6）打印机接口:记录需要输出的各种信息。
（7）传感器接口：用于信息的自动检测,实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器.（8)轴控制器:完成机器人各关节位置、速度和加速度控制.（9）辅助设备控制：用于和机器人配合的辅助设备控制,如手爪变位器等。
4、工业机器人的控制
1. 示教再现功能
2. 运动控制功能
4.2.1 示教再现控制 1. 示教及记忆方式 1) 示教的方式 示教的方式总的可分为集中示教方式和分离示教方式。 集中示教方式就是指同时对位置、速度、操作顺序等进行 的示教方式。 分离示教方式是指在示教位置之后, 再一边动作, 一边分别示教位置、 速度、 操作顺序等的示教方式。 当对PTP(点位控制方式)控制的工业机器人示教时, 可以分 步编制程序,且能进行编辑、修改等工作。但是在作曲线运动而 且位置精度要求较高时 ,示教点数一多 ,示教时间就会拉长 , 且 在每一个示教点都要停止和启动, 因而很难进行速度的控制。
图 5.3 点位控制与连续轨迹控制 (a) 点位控制； (b) 连续轨迹控制
4.3.3 力(力矩)控制方式 在完成装配、 抓放物体等工作时, 除要准确定位之外, 还要求使用适度的力或力矩进行工作 , 这时就要利用力 (力 矩)伺服方式。 这种方式的控制原理与位置伺服控制原理基 本相同,只不过输入量和反馈量不是位置信号, 而是力(力矩) 信号, 因此系统中必须有力(力矩)传感器。 有时也利用接近、 滑动等传感功能进行自适应式控制。
P=ω l· TL
该式为电气功率与机械功率的重要关系式, 并且是以 SI表示的。但是,通常情况下, 转速的单位用r/min, 力矩的单 位用kg· m, 当采用这种单位时, 式(5.1)就变成了
P=1.026ωl· TL
(5.2)
图 5.5 电动机控制系统的构成
机器人的位置控制
由于机器人系统具有高度非线性，且机械结构很复杂，因 此在研究其动态模型时，做如下假设： （1）机器人各连杆是理想刚体，所有关节都是理想的，不存在 摩擦和间隙； （2）相邻两连杆间只有一个自由度，或为旋转、或为平移。
工业机器人控制系统的组成及功能简介
工业机器人控制系统的组成及功能简介文章标题：工业机器人控制系统的组成及功能简介摘要：工业机器人在现代制造业中扮演着重要的角色。
要实现高效、可靠的工作，机器人的控制系统是至关重要的。
本文将介绍工业机器人控制系统的组成和功能，以及对于现代制造业的意义。
1. 引言工业机器人已经被广泛运用于汽车制造、电子产品组装、物流和仓储等领域。
而要使机器人能够按照人类的要求进行工作，控制系统的设计和功能至关重要。
2. 工业机器人控制系统的组成工业机器人控制系统由以下几个主要组成部分构成：a. 控制器：控制器是机器人控制系统的中枢，负责接收和解析命令，并控制机器人的运动和工作。
控制器通常由硬件和软件组成，硬件包括计算机、处理器等，软件则是机器人控制程序。
b. 传感器：传感器是控制系统中重要的组成部分，用于感知环境和机器人状态。
常见的传感器包括视觉传感器、触觉传感器、力传感器等，它们可以提供实时的环境信息给控制器。
c. 执行器：执行器是机器人控制系统中负责执行任务的部件。
常见的执行器包括伺服电机、液压系统等，它们能够根据控制信号控制机器人的运动和操作。
d. 通信接口：通信接口用于机器人和外部设备之间的数据交换和通信。
它可以是有线的或无线的，可以包括以太网、CAN总线等通信协议。
3. 工业机器人控制系统的功能工业机器人控制系统具有多项重要功能，以确保机器人工作的高效和可靠：a. 运动控制：控制系统能够精确地控制机器人的运动速度、轨迹和姿态，以满足不同工作任务的需要。
b. 任务编程：控制系统允许操作员通过编程界面设定机器人的任务和工作流程，实现自动化的生产过程。
c. 感知与决策：传感器的数据可以帮助机器人控制系统感知环境和工作状态，根据这些信息做出智能决策，并调整机器人的动作。
d. 安全保护：控制系统能够监测机器人的工作状态，当出现异常情况时及时停止机器人的运行，以确保操作人员和设备的安全。
e. 远程监控与维护：控制系统可以实现对机器人的远程监控和维护，及时发现和解决问题，提高机器人的可用性和维护效率。
简述工业机器人控制系统的基本组成及其功能
工业机器人控制系统的基本组成及其功能引言工业机器人控制系统是指用于控制和操作工业机器人的系统，它起着至关重要的作用。
本文将详细探讨工业机器人控制系统的基本组成及其功能。
基本组成工业机器人控制系统主要由以下几个部分组成：1. 控制器控制器是工业机器人控制系统的核心组件，它负责处理和执行机器人的运动和操作指令。
控制器通常包括CPU（中央处理器）、内存、输入输出接口等部分。
通过控制器，操作员可以对机器人进行编程、设定工作任务和参数，并监控和调试机器人的运行状态。
2. 传感器传感器用于获取与机器人相关的各种信息，如位置、速度、力度等。
通过传感器，控制系统可以实时监测机器人的运动和工作状态，并对其进行反馈控制。
常用的传感器有视觉传感器、力传感器、位置传感器等。
3. 执行机构执行机构是机器人的部分组成，它根据控制系统发出的指令，驱动机器人进行各种动作和操作。
常见的执行机构包括电机、液压装置、气动装置等。
执行机构需具备足够的精度和力度，以实现机器人的精确控制和高效工作。
4. 通信网络通信网络用于实现控制系统内部各个组件之间的数据传输和信息交换，以便于实时监控和控制机器人的运行。
通信网络需要稳定可靠，并能满足高速数据传输的要求。
常用的通信网络有以太网、CAN总线等。
功能工业机器人控制系统具备多项重要功能，以下是其中的几个主要功能：1. 运动控制工业机器人通常需要在三维空间内完成各种任务，如加工、装配等。
控制系统通过控制机器人的执行机构，实现机器人的精确运动控制。
运动控制功能包括速度控制、位置控制、轨迹规划等，以满足不同工作需求。
2. 任务编程控制系统允许操作员对机器人进行程序编写，以定义机器人的工作任务和运行逻辑。
编写的程序可以包括各种算法和控制策略，以实现机器人的智能化操作。
3. 传感与反馈控制系统通过传感器获取机器人的各种状态信息，并对其进行处理和分析。
通过传感与反馈功能，控制系统能够实时监测和调整机器人的工作状态，以确保机器人能够稳定、高效地完成任务。
工业机器人系统的组成
工业机器人系统的组成
一、工业机器人系统的组成
工业机器人系统是由机器人本体、控制器、传感器、发动机、驱动器和操作平台组成的一个复杂的系统。
1、机器人本体
机器人本体是机器人的核心部件，由机械结构、电气控制及管理系统三部分组成，它主要负责移动、完成指定的加工任务，具体的结构及性能根据具体的机器人类型而定。
2、控制器
控制器是机器人系统的核心部件，它负责接收外部信号并驱动机器人本体执行指定的任务，具体控制策略及实现方法根据机器人类型而定。
3、传感器
传感器用于检测工作环境及机器人本体的变化，以实现机器人的定位和跟踪目标，是机器人系统的重要组成部分。
4、发动机
发动机主要负责提供机器人本体的动力，发动机类型普遍有直流电机、交流电机、液体发动机和流体发动机等。
5、驱动器
驱动器是由驱动器控制器、变换器、伺服系统和反馈系统组成的硬件系统，用于驱动机器人本体的机械部件，实现机器人的精密运动控制。
6、操作平台
操作平台是由计算机、机器人控制系统和辅助设备组成的系统，用于机器人操作前的程序设计、监控、仿真等任务，是机器人工作的重要环节。
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工业机器人典型控制系统及结构
摘要：工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。
主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。
大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
关键词：工业机器人控制系统结构体系
（一）工业机器人控制系统所要达到的功能
机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于对操作机的控制，以完成特定的工作任务，其基本功能如下：
（1）记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。
（2）示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。
在线示教包括示教盒和导引示教两种。
（3）与外围设备联系功能：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。
（4）坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。
（5）人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。
（6）传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。
（7）位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。
（8）故障诊断安全保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断。
（二）、工业机器人控制系统的组成（图1）
（1）控制计算机：控制系统的调度指挥机构。
一般为微型机、微处理器有32位、64位等，如奔腾系列CPU以及其他类型CPU。
（2）示教盒：示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有
自己独立的CPU以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。
（3）操作面板：由各种操作按键、状态指示灯构成，只完成基本功能操作。
（4）硬盘和软盘存储存：储机器人工作程序的外围存储器。
（5）数字和模拟量输入输出：各种状态和控制命令的输入或输出。
（6）打印机接口：记录需要输出的各种信息。
（7）传感器接口：用于信息的自动检测，实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器。
（8）轴控制器：完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。
（9）辅助设备控制：用于和机器人配合的辅助设备控制，如手爪变位器等。
（10）通信接口：实现机器人和其他设备的信息交换，一般有串行接口、并行接口等。
（11）网络接口
1）Ethernet接口：可通过以太网实现数台或单台机器人的直接PC通信，数据传输速率高达10Mbit/s，可直接在PC上用windows库函数进行应用程序编程之后，支持TCP/IP通信协议，通过Ethernet接口将数据及程序装入各个机器人控制器中。
2）Fieldbus接口：支持多种流行的现场总线规格，如Device net、AB Remote I/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。
图 1 机器人控制系统组成框图
（三）、工业机器人控制系统分类
（1）程序控制系统：给每一个自由度施加一定规律的控制作用，机器人就可实现要求的空间轨迹。
（2）自适应控制系统：当外界条件变化时，为保证所要求的品质或为了随着经验的积累而自行改善控制品质，其过程是基于操作机的状态和伺服误差的观察，再调整非线性模型的参数，一直到误差消失为止。
这种系统的结构和参数能随时间和条件自动改变。
（3）人工智能系统：事先无法编制运动程序，而是要求在运动过程中根据所获得的周围状态信息，实时确定控制作用。
驱动方式：参见工业机器人驱动系统。
运动方式：
（4）点位式：要求机器人准确控制末端执行器的位姿，而与路径无关；
（5）轨迹式：要求机器人按示教的轨迹和速度运动。
（6）控制总线：国际标准总线控制系统。
采用国际标准总线作为控制系统的控制总线，如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。
（7）自定义总线控制系统：由生产厂家自行定义使用的总线作为控制系统总线。
（8）编程方式：物理设置编程系统。
由操作者设置固定的限位开关，实现起动，停车的程序操作，只能用于简单的拾起和放置作业。
（9）在线编程：通过人的示教来完成操作信息的记忆过程编程方式，包括直接示教（即手把手示教）模拟示教和示教盒示教。
（10）离线编程：不对实际作业的机器人直接示教，而是脱离实际作业环境，生成示教程序，通过使用高级机器人，编程语言，远程式离线生成机器人作业轨迹。
（四）、机器人控制系统结构
机器人控制系统按其控制方式可分为三类。
（1）集中控制系统(Centralized Control System )：用一台计算机实现全部控制功能，结构简单，成本低，但实时性差，难以扩展，在早期的机器人中常采用这种结构，其构成框图，如图2所示。
基于PC 的集中控制系统里，充分利用了PC 资源开放性的特点，可以实现很好的开放性：多种控制卡，传感器设备等都可以通过标准PCI插槽或通过标准串口、并口集成到控制系统中。
集中式控制系统的优点是:硬件成本较低，便于信息的采集和分析，易于实现系统的最优控制，整体性与协调性较好，基于PC 的系统硬件扩展较为方便。
其缺点也显而易见:系统控制缺乏灵活性，控制危险容易集中，一旦出现故障，其影响面广，后果严重;由于工业机器人的实时性要求很高，当系统进行大量数据计
算，会降低系统实时性，系统对多任务的响应能力也会与系统的实时性相冲突；此外，
系统连线复杂，会降低系统的可靠性。
图 2 集中控制系统框图
（2）主从控制系统：采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。
主CPU实现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等；从CPU实现所有关节的动作控制。
其构成框图，如图3所示。
主从控制方式系统实时性较好，适于高精度、高速度控制，但其系统扩展性较差，维修困难。
图 3 主从动控制系框图
（3）分散控制系统(Distribute Control System )：按系统的性质和方式将系统控制分
成几个模块，每一个模块各有不同的控制任务和控制策略，各模式之间可以是主从关系，
也可以是平等关系。
这种方式实时性好，易于实现高速、高精度控制，易于扩展，可实
现智能控制，是目前流行的方式，其控制框图如图4所示。
其主要思想是“分散控制，集中管理”，即系统对其总体目标和任务可以进行综合协调和分配，并通过子系统的协调工作来完成控制任务，整个系统在功能、逻辑和物理等方面都是分散的，所以DCS 系统又称为集散控制系统或分散控制系统。
这种结构中，子系统是由控制器和不同被控对象或设备构成的，各个子系统之间通过网络等相互通讯。
分布式控制结构提供了一个开放、实时、精确的机器人控制系统。
分布式系统中常采用两级控制方式。
两级分布式控制系统，通常由上位机、下为机和网络组成。
上位机可以进行不同的轨迹规划和控制算法，下位机进行插补细分、控制优化等的研究和实现。
上位机和下位机通过通讯总线相互协调工作，这里的通讯总线可以是RS-232、RS-485、EEE-488 以及USB 总线等形式。
现在，以太网和现场总线技术的发展为机器人提供了更快速、稳定、有效的通讯服务。
尤其是现场总线，它应用于生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向多结点数字通信，从而形成了新型的网络集成式全分布控制系统—现场总线控制系统FCS ( Filed bus Control System )。
在工厂生产网络中，将可以通过现场总线连接的设备统称为“现场设备/仪表”。
从系统论的角度来说，工业机器人作为工厂的生产设备之一，也可以归纳为现场设备。
在机器人系统中引入现场总线技术后，更有利于机器人在工业生产环境中的集成。
图 4 分布式控制系统框图
分布式控制系统的优点在于：系统灵活性好，控制系统的危险性降低，采用多处理器的分散控制，有利于系统功能的并行执行，提高系统的处理效率，缩短响应时间。
对于具有多自由度的工业机器人而言，集中控制对各个控制轴之间的藕合关系处理
得很好，可以很简单的进行补偿。
但是，当轴的数量增加到使控制算法变得很复杂时，其控制性能会恶化。
而且，当系统中轴的数量或控制算法变得很复杂时，可能会导致系统的重新设计。
与之相比，分布式结构的每一个运动轴都由一个控制器处理，这意味着，系统有较少的轴间祸合和较高的系统重构性。