工业机器人技术基础5.7.6工业机器人的传动装置-谐波减速器
工业机器人技术基础第1章 工业机器人概论
法国
英国 意大利、瑞典等
注重机器人基础研究
二十世纪70年代末开始研究，但 中途限制发展 发展迅速
中国
70年代萌芽期，80年代的开发期 和90年代后的应用期。
靠后
沈阳新松、 清华、哈工 大
国际上的工业机器人公司主要分为日系和欧系。
日系有：安川、OTC、松下、 发那科 (FANUC)和安川电机 (Yaskawa)。 欧系有：德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU，英国的
第一，创新能力较弱，核心技术和核心关键部件受制于人，尤其是高精度的减速器长
期需要进口，缺乏自主研发产品，影响总体机器人产业发展。 第二，产业规模小，市场满足率低，相关基础设施服务体系建设明显滞后。中国工业
机器人企业虽然形成了自己的部分品牌，但不能与国际知名品牌形成有力竞争。
第三，行业归口，产业规划需要进一步明确。 随着工业机器人的应用越来越广泛，我国也在积极推动我国机器人产业的发展。 尤其是进入“十三.五”以来，国家出台的《机器人产业发展规划（2016-2020）》对机 器人产业进行了全面规划，要求行业、企业搞好系列化、通用化、模块化设计，积极 推进工业机器人产业化进程。
工业机器人技术基础
目 录
第一章 工业机器人概论
第二章 工业机器人的数学基础
第三章 工业机器人的机械系统 第四章 工业机器人的动力系统 第五章 工业机器人的感知系统 第六章 工业机器人的控制系统
第七章 工业机器人编程与调试
第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
主要内容
1.1 工业机器人定义及其发展（了解） 1.2 工业机器人基本组成及技术参数（掌握）
第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
《工业机器人技术基础》课程试卷C卷 参考答案
xxxxxxxxx职业学院xxxxxx学年第xx学期期末考试《工业机器人技术基础》课程试卷C卷（适用于工业机器人技术专业）考试形式：闭卷答题时间：90 分钟题号一二三四五总分核分人题分复查人得分一、填空题（1～10题，每空1分，共20分）1．工业机器人是由仿生机械结构、电动机、减速机和控制系统组成的，用于从事工业生产，能够自动执行工作指令的机械装置。
2. 目前，国际上的工业机器人公司主要分为日系和欧系。
日系中主要有安川、OTC、松下和发那科。
欧系中主要有德国的KUKA 、CLOOS、瑞士的ABB 、意大利的COMAU，英国的Autotech Robotics。
3. 按作业任务的不同，工业机器人通常可以分为焊接、搬运、装配、码垛、喷涂等类型机器。
4．机器人运动学是研究末端执行器的位置和姿态与关节变量之间的关系，而与产生该位姿所需的力或力矩无关。
5. 在机器人学科里经常用考坐标系和关节坐标系来描述空间机器人的位姿。
6. 机器人臂部是为了让机器人的末端执行器达到任务所要求的位置。
机器人腕部是臂部和手部的连接部件，起支承手部和改变手部姿态的作用。
7. 夹钳式是工业机器人最常用的一种手部形式。
夹钳式一般由手指、驱动装置、传动机构和支架等组成。
8. 目前应用于工业机器人的减速器产品主要有三类，分别是谐波减速器、RV减速器和摆线针轮减速器三大类。
9. 机器人控制系统按其控制方式可分为集中控制系统、主从控制系统、分散控制系统。
10. 机器人语言系统包括三个基本状态：监控状态、编辑状态、执行状态。
二、选择题（11～20题，每小题2分，共20分）11．（ A ）是指机器人末端执行器的实际位置和目标位置之间的偏差，由机械误差、控制算法与系统分辨率等部分组成。
A. 定位精度B. 作业范围C. 重复定位精度D. 承载能力12．下列所述的（B ）项为水平多关节机器人。
A. VersatranB. SCARAC. UnimateD. PUMA56213. 刚体在三维空间中的位姿可用（ C ）来描述。
工业机器人基础知识
1．工业机器人技术及关键基础部件（1）机器人关键基础部件定义、分类及市场占有率；机器人关键基础部件是指构成机器人传动系统，控制系统和人机交互系统，对机器人性能起到关键影响作用，并具有通用性和模块化的部件单元。
机器人关键基础部件主要分成以下三部分：高精度机器人减速机，高性能交直流伺服电机和驱动器，高性能机器人控制器等。
目前在高精度机器人减速机方面，市场份额的75%均两家日本减速机公司垄断，分别为提供RV摆线针轮减速机的日本Nabtesco和提供高性能谐波减速机的日本Harmonic Drive.包括 ABB, FANUC, KUKA,MOTOMAN在内国际主流机器人厂商的减速机均由以上两家公司提供，与国内机器人公司选择的通用机型有所不同的是，国际主流机器人厂商均与上述两家公司签订了战略合作关系，提供的产品大部分为在通用机型基础上根据各厂商的特殊要求进行改进后的专用型号。
国内在高精度摆线针轮减速机方面研究起步较晚，仅在部分院校，研究所有过相关研究。
目前尚无成熟产品应用于工业机器人。
近年来国内部分厂商和院校开始致力高精度摆线针轮减速机的国产化和产业化研究，如浙江恒丰泰，重庆大学机械传动国家重点实验室，天津减速机厂，秦川机床厂，大连铁道学院等。
在谐波减速机方面，国内已有可替代产品，如北京中技克美，北京谐波传动所，但是相应产品在输入转速，扭转高度，传动精度和效率方面与日本产品还存在不小的差距，在工业机器人上的成熟应用还刚刚起步。
在伺服电机和驱动方面，目前欧系机器人的驱动部分主要由伦茨，Lust，博世力士乐等公司提供，这些欧系电机及驱动部件过载能力，动态响应好，驱动器开放性强，且具有总线接口，但是价格昂贵。
而日系品牌工业机器人关键部件主要由安川，松下，三菱等公司提供，其价格相对降低，但是动态响应能力较差，开放性较差，且大部分只具备模拟量和脉冲控制方式。
国内近年来也开展了大功率交流永磁同步电机及驱动部分基础研究和产业化，如哈尔滨工业大学，北京和利时，广州数控等单位，并且具备了一点的生产能力，但是其动态性能，开放性和可靠性还需要更多的实际机器人项目应用进行验证。
《工业机器人技术基础》课程标准
（ 2）了解机器人运动学、动力学的基本概念，能进行简单机器人的位姿分析和运动分析。
（ 3）了解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。
（ 4）了解机器人轨迹规划和关节插补的基本概念和特点。
（ 5）了解机器人控制系统的构成、编程语言与编程特点。
（ 6）了解工业机器人工作站及生产线的基本组成和特点。
认识， 通过问答形式对学生的掌握情况进行核实， 以确定是否需要再进行补充辅导或对知识进行
再拓展。
6.2 课程教材材料的编写与选择
教材的选用 : 《工业机器人技术基础》
6.3 课程教学评价
实行多评价主体参与的学习全过程综合考核制度，
考核按照平时训练和综合训练相结合、 理
论和实践相结合、实物和答辩相结合的原则进行，最终成绩根据小组合作学习、实物展示、项目
车
化教学
机器人在制造业的应用有
（ 6 ）并联机器人
所了解
（7）球面 SCARA机器人
6. 相关说明
6.1 课程教学的组织与方法
（ 1）总体原则：行动导向 - 工学结合、教学做一体化；
（ 2）组织形式：项目教学、现场教学、以学生为中心学习；
（ 3）教学方法：讲授法、引导课文法、示范法、角色扮演法、小组讨论法。
培养
学生自学能力；
在“工作计划”环节，采用项目分析引导法可以引导学生发散思维，激发学生的创造性；
在“任务实施”环节，采用互助协作的方式，一个电子产品的生产过程，由一个班组互相协
作完成任务，既能提高教学效率，又能锻炼学生自主学习能力。
在“作品检查”和“学业评价”环节，采用问答法，学生对自己制作的项目作品有一个新的
才能够妥善的应对自身职业体系中可能出现的各种问题。
《工业机器人技术基础》(第1章)
2．工业机器人的发展趋势
工业机器人 技术基础
第1章 工业机器人概述
目录
CONTENT
1.1 工业机器人的基础知识 1.2 工业机器人的基本组成与技术参数 1.3 工业机器人的典型应用
学习 目标
1 掌握工业机器人的定义及特点。 2 了解工业机器人的历史与发展。 3 掌握在不同分类方式下，工业机器人的结
构与特征。 4 掌握工业机器人的基本组成及技术参数。 5 了解工业机器人的典型应用。
1992年，瑞士ABB公司推出开放式控制系统——S4。S4旨在改善对用户至关重 要的两个领域——人机界面和机器人的技术性能。
1994年，Motoman公司（即现在的安川电机）推出的机器人控制系统 MRC，使同步控制两台机器人成为可能。MRC可以从普通PC编辑工业机 器人作业，且具有控制多达21个轴的能力。
4．涉及学科广泛
工业机器人技术实质上是机械学和微电子学的结合——机电一体化技术。
1.1.2 工业机器人的历史与发展趋势
1．工业机器人的历史
1）萌芽阶段（20世纪40—50年代） 1954年，美国发明家德沃尔对工业机器人的概念进行了定义，并申请了专利。 1959年，德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出世界第一台工业机
4）智能化阶段（21世纪初至今） 2011年，日本发那科公司的R-1000iA机器人利用LVC（学习减振装置）对机器人
运动轨迹加以优化，减小了振动，将动作周期缩短约20%，从而实现更高速的动作。 2018年，发那科公司与首选网络公司合作，首次将人工智能应用于其伺服调谐、
[科普]工业机器人的传动机构
![[科普]工业机器人的传动机构](https://img.taocdn.com/s3/m/f510db1ecc1755270622080f.png)
[科普]工业机器人的传动机构工业机器人现在越来越广泛的被应用于各大行业，那么他的结构有多少人关注呢…工业机器人的驱动源通过传动部件来驱动关节的移动或转动,从而实现机身、手臂和手腕的运动。
因此,传动部件是构成工业机器人的重要部件。
根据传动类型的不同,传动部件可以分为两大类:直线传动机构和旋转传动机构。
一、直线传动机构工业机器人常用的直线传动机构可以直接由汽缸或液压缸和活塞产生,也可以采用齿轮齿条、滚珠丝杠螺母等传动元件由旋转运动转换得到。
1.移动关节导轨在运动过程中移动关节导轨可以起到保证位置精度和导向的作用。
移动关节导轨有五种:普通滑动导轨、液压动压滑动导轨、液压静压滑动导轨、气浮导轨和滚动导轨。
前两种导轨具有结构简单、成本低的优点,但是它必须留有间隙以便润滑,而机器人载荷的大小和方向变化很快,间隙的存在又将会引起坐标位置的变化和有效载荷的变化;另外,这种导轨的摩擦系数又随着速度的变化而变化,在低速时容易产生爬行现象等缺点。
第三种静压导轨结构能产生预载荷,能完全消除间隙,具有高刚度、低摩擦、高阻尼等优点,但是它需要单独的液压系统和回收润滑油的机构。
第四种气浮导轨的缺点是刚度和阻尼较低。
目前第五种滚动导轨在工业机器人中应用最为广泛, 轨的结构,用支承座支承,可以方便地与任何平面相连,此时套筒必须是开式的,嵌入在滑枕中,既增强刚度也方便了与其他元件的连接。
2. 齿轮齿条装置齿轮齿条装置中,如果齿条固定不动,当齿轮转动时,齿轮轴连同拖板沿齿条方向做直线运动。
这样,齿轮的旋转运动就转换成拖板的直线运动。
拖板是由导杆或导轨支承的,该装置的回差较大。
3. 滚珠丝杠与螺母在工业机器人中经常采用滚珠丝杠,这是因为滚珠丝杠的摩擦力很小且运动响应速度快。
由于滚珠丝杠螺母的螺旋槽里放置了许多滚珠,丝杠在传动过程中所受的是滚动摩擦力,摩擦力较小,因此传动效率高,同时可消除低速运动时的爬行现象;在装配时施加一定的预紧力,可消除回差。
2023年工业机器人操作与运维考试理论知识模拟试题2
2022年工业机器人操作与运维考试理论知识模拟试题2姓名年级学号题型选择题填空题解答题判断题计算题附加题总分得分评卷人得分一、单项选择题1.示教器使用完毕后，应放在下列哪个位置（）。
A.挂在工业机器人上B.系统夹具上C.示教器支架上√D.地面上2.当工业机器人发生紧急情况，并有可能发生人身伤害时，下列哪个操作比较得当（）。
A.强制扳动B.整理防护服C.按下急停按钮√D.骑坐在机器人上，超过其载荷3.在以下哪种情况下使用工业机器人一般不会导致其系统的破坏（）。
A.有爆炸可能的环境B.燃烧的环境C.潮湿的环境中D.噪声污染严重的环境√4.工业机器人的种类有很多，其功能、特征、驱动方式以及应用场合等不尽相同。
以下工业机器人的分类标准中，不是按照控制方式划分的是（）。
A.连续轨迹控制机器人B.点位控制机器人C.“有限顺序”机器人D.AGV移动机器人√5.自由度是反映工业机器人动作灵活性的重要技术指标。
下列各类工业机器人中，自由度数量最少的是（）。
A.SCARA机器人√B.圆柱坐标机器人C.球坐标机器人D.六轴串联机器人6.谐波减速器是利用行星齿轮传动原理发展起来的减速器，在工业机器人上得到了大量的应用，关于谐波减速器下列说法错误的是（）。
A.相对传统减速器，谐波减速器体积小、质量小。
B.由于谐波减速器中有一部件是柔轮，其容易发生形变，因此谐波减速器的精度较差。
√C.运动平稳，噪声小。
D.传动比范围大。
7.工业机器人在执行抛光作业时，要求工业机器人末端执行器与作业对象接触并保持一定的压力。
下列控制方式中适合抛光工艺实施的控制方式为（）。
A.力/力矩控制√B.速度控制C.加速度控制D.智能控制8.工业机器人的技术参数反映了工业机器人的适用范围和工作性能，是选择和应用工业机器人必须要考虑的问题，也是真实反映工业机器人的主要技术参数，下列关于说法错误的是（）。
A.一般而言，工业机器人的绝对定位精度要比重复定位精度低一到两个级别。
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第二关节 动力学方
程
4 机器人工动业力机学 器人基础知识
动力学——动力学的部署 将经（正向，逆向？）动力学计算出的力矩， 以前馈的方式，加入到伺服的电流控制环路
4 机器人工动业力机学 器人基础知识
动力学 ——动力学控制器的评价指标 控制性能的好坏主要通过位置跟踪偏差，速度跟踪偏差以及
z
0
z
0
z
0
o
1
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对刚体Q位姿的描述就是对固连于刚体Q`的坐标系O`X`Y`Z`位姿
的描述。
3 机器人运动 学
运动学：机器人运动学的研究对象是机器人各关节位置和机器人 末端位姿之间的关系
机器人运动学包含两个基本问题：
1末.已端知的机位器姿人；各关节的位置，求机器人 2各.已关知节机的器位人置末. 端的位姿，求机器人
关节坐标系下的坐标值均为机器人关节的绝对位 置，方便用户调试点位时观察机器人的绝对位置，避 免机器人出现极限位置或奇异位置
关节坐标系
1 机器人工坐业标机器人基础知识
系
直角坐标系:
直角坐标系，包括很多种，但我们常常狭隘 的将基座坐标系称为直角坐标系。
机器 人末 端
直角坐标系的Z轴即第一轴的Z轴，X轴
时间。
25mm
300m m
25mm
5 机器人工性业能机指器人基础知识
标
机器人性能指标 测量工具：Compugauge机器人性能测试系统，价格约80万人民币
（Dynalog ，美国公司，一直从事机器人性能研究）
位姿准确度和位姿重复性； 多方位位姿准确度变动； 距离准确度和距离重复性； 位置稳定时间和位置超调量； 互换性； 轨迹准确度和轨迹重复性； 拐角偏差； 轨迹速度特性； 最小定位时间； 静态柔顺性； 摆动偏差；
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四、谐波减速器的特点
• 7.效率高
轮齿啮合部位滑动甚小，减少了摩擦产生的动力损失，因此在获得高减 速比的同时，得以 维持高效率，并实现驱动马达的小型化。 • 8.噪音小
轮齿啮合周速低，传递运动力量平衡，因此运转安静，且振动极小。
五、谐波减速器的装配
工业机器人的传动装置 ——谐波减速器
主要内容
• 谐波减速器的产生
• 谐波减速器的组成 • 谐波减速器的工作原理 • 谐波减速器的特点 • 谐波减速器的装配
一、谐波减速器的产生
• C.W.马瑟
• 依靠弹性变形运动来实现传动的新型机构 • 突破了机械传动采用刚性构件机构的模式 • 在机器人技术比较先进的国家已得到了广泛的应用 • 在中小型机器人上，工业机器人的腕部传动多采用 电机 谐波减速器。
四、谐波减速器的特点
• 4.零部件少，安装简便
三个基本零部件实现高减速比，而且他们都在同轴上，所以套件安装简 便，造型简捷。 • 5.体积小，重量轻
与以往的齿轮装置相比，体积为1/3，重量为1/2，却能获得相同的转矩 容量和减速比，实现小型轻量化。
• 6.转矩容量高 柔轮材料使用疲劳强度大的特殊钢，与普通的传动装置不同。同时啮合 的齿数占总齿数的约30%，而且是面接触，因此使得每个齿轮所承受的压力 变小，可获得很高的转矩容量
四、谐波减速器的特点
• 1. 减速比高
单级同轴可获得1/30~1/320的高减速比。结构、构造简单，却能实现高 减速比装置。 • 2. 齿隙小
谐波驱动不同于普通的齿轮啮合，齿隙极小，该特长对于控制器领域而 言是不可缺少的要素。
• 3. 精度高 多齿同时啮合，并且有两个180度对称的齿轮啮合，因此齿轮齿距误差和 累计齿距误差对旋转精度的影响较为平均，使位置精度和旋转精度达到极高 的水准。
钢轮 柔轮
输出轴
输入花键
谐波发生器
二、谐波减速器的组成
• 刚轮：Leabharlann 性的内齿轮；• 柔轮：薄壳形元件，具有弹性的外齿轮； • 波发生器：凸轮（通常为椭圆形凸轮） 和薄壁轴承组成，装在谐波发生器上的 滚珠用于支撑柔性齿轮。
波发生器 刚轮
柔轮
三、谐波减速器的工作原理
啮入
啮合
刚轮
波发生器
离开
柔轮
三、谐波减速器的工作原理