工业机器人的驱动方式

题目 1、工业串联机器人常用的驱动方式、传动系统、传感器类型比较

2、智能移动机器人的驱动方式、传动系统、传感器类型比较

3、现在机器人的控制系统、控制结构

概述

机器人问世已有几十年但没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发

展另一原因主要是因为机器人涉及到了人的概念成为一个难以回答的哲学问

题。也许正是由于机器人定义的模糊才给了人们充分的想象和创造空间。

美国机器人协会 RIA) 一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的通过程序动作来执行各种任务并具有编程能力的多功能操作机。

美国家标准局一种能够进行编程并在自动控制下完成某些操作和移动作业

任务或动作的机械装置。

1987年国际标准化组织(ISO)对工业机器人的定义 “工业机器人是一种具

有自动控制的操作和移动功能能完成各种作业的可编程操作机。

日本工业标准局一种机械装置在自动控制下能够完成某些操作或者动

作功能。

英国貌似人的自动机具有智力的和顺从于人的但不具有人格的机器。

中国我国科学家对机器人的定义是 “机器人是一种自动化的机器这种

机器具备一些与人或生物相似的智能能力如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力是一种具有高度灵活性的自动化机器”。

尽管各国定义不同但基本上指明了作为“机器人”所具有的二个共同点 (1) 是一种自动机械装置可以在无人参与下自动完成多种操作或动作功

能即具有通用性。

(2)可以再编程程序流程可变即具有柔性(适应性。

机器人是20世纪人类伟大的发明比尔?盖茨预言机器人即将重复PC机

崛起的道路彻底改变这个时代的生活方式。

机器人学集中了机械工程、材料科学、电子技术、计算机技术、自动控制理

论及人工智能等多学科的最新研究成果代表了机电一体化的最高成就是当代

科学技术发展最活跃的领域之一。

概述

驱动方式

现代工业机器人的驱动方式主要有三种气动驱动、液压驱动和电动驱动。

气动驱动

机器人气动驱动系统以压缩空气为动力源。气动驱动机器人具有气源方便系统结构简单动作快速灵活不污染环境以及维护方便、价格便宜、适合在恶劣工况高温、有毒、多粉尘条件下工作等特点。常用于冲床上下料小零件装配、食品包装及电子元件输送等作业中。由于气体可压缩遇阻时具有容让性因此也常用作机器人手爪的驱动源。

气动驱动系统的组成

1 气源气动机器人可直接使用工厂压缩空气站的气源或自行设置气源

一般气体压力约0.5~0.7MPa 流量200~500L/h。

2 控制调节元件包括气动阀、快速排气阀、调压器、制动器、限位器等

3 辅助元件与装置包括分水过滤器以及油雾器和调压器做成组装式结构称

为气动三联件。

4 气动动力机构机器人中用的是直线气缸和摆动气缸。

5 制动器由于气缸活塞的速度较高因此要求机器人准确定位时需采用制

动器。制动方式有反压制动。制动装置制动。

6 限位器包括限位开关接触式和非接触式及限位挡块式锁紧结构。液压驱动

在机器人的发展过程中液压驱动是较早被采用的驱动方式。世界上首先问世的商品化机器人尤尼美特就是液压机器人。液压驱动主要用于中大型机器人和有防爆要求的机器人。

液压驱动的组成

1.油源通常把油箱、滤油器、压力表等构成单元称为油源。通过电机带动油泵

把油箱中的低压油变成高压油供给液压执行机构。机器人液压系统的油液工作压力一般是7~14MPa。

2.执行机构液压系统的执行机构分为直线油箱和回转油箱。机器人运动部件的直线运动和回转运动绝大多数都是直接用直线缸和回转缸驱动产生叫做直接驱

动方式有时由于结构安排的需要也可以用转换产生回转或直线运动

3.控制调节原件有溢流阀电磁阀单向阀节流阀等。

4.辅助元件蓄能器等。

电动驱动系统

1.电动驱动系统的组成

电动驱动系统的主要组成部分有位置比较控制器速度比较控制器,信号和功率放大器,驱动电机,减速器,以及构成闭环伺服驱动系统不可缺少的位置和速度检测反馈部分,对于采用步进电机的驱动系统, 则没有反馈环节,构成的是开环

系统。

2.机器人常用驱动电抓的特点和应用范围

工业机器人常用驱动电机分为三大类直流伺服电机, 交流伺服电机, 步进电机。直流伺服电机的控制电路较简单, 系统价格较低廉, 但电机电刷有磨损, 需定时调整及更换, 既麻烦又影响性能, 电刷还能产生火花, 易引爆可燃物质如

漆雾、粉尘等 ,有时不够安全。交流伺服电机结构较简单, 无电刷,运行安全可靠, 但控制电路较复杂, 系统价格较高,步进电机是以电脉冲便其转子产生转

角, 控制电路较简单, 也不需要检测反馈环节, 因此价格较低廉, 但步进电机的功率不大、不适用于大负荷的机器人。

工业机器人驱动电机功率的远择要考虑两方面的因素一是在最高速度、最大负荷条件下所需的动力, 二是在规定时间内能使负荷加、减速至规定值所需的动力, 通常更多的是根据后者来选定。

传动机构

机器人传动机构的基本要求

(1) 结构紧凑即同比体积最小、重量最轻

(2) 传动刚度大即承受扭矩时角度变形要小以提高整机的

固有领率降低整机的低频振动

(3) 回差小即由正转到反转时空行程要小以得到较高的位

置控制精度

(4) 寿命长、价格低。

类型

齿轮传动、谐波传动、行星传动 RV 、涡轮传动、链传动、齿形带传动、钢带

传动、钢绳传动、连杆及摇块传动、滚动螺旋传动、齿轮齿条传动等

其中腰关节最常用谐波传动、齿轮/蜗轮传动臂关节最常用谐波传动、RV摆线针轮行星传动和滚动螺旋传动。腕关节最常用齿轮传动、谐波传动、同步带传动和纲绳传动。

1.齿轮传动齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。

2.谐波传动谐波传动是利用一个构建的可控制的弹性变形来实现机械运动的传

递。谐波传动通常由三个基本构件组成包括一个有内齿的刚轮一个工作时可产生径向弹性变形并带有外齿的柔轮和一个装在柔轮内部、呈椭圆形、外圈带有柔性滚动轴承的波发生器。柔轮的外齿数扫与刚轮的内齿数。在波发生器转动时

相应与长轴方向的柔轮外齿正好完全啮入刚轮的内齿在短轴方向则外齿全脱

开内齿。当刚轮固定波发生器发生转动时柔轮的外齿将依次啮入和啮出刚轮的内齿柔轮齿圈上的任意一点的径向位移将呈近似于余弦波形的变化所以这

种传动称为谐波传动。

3.行星传动行星齿轮传动的主要特点是体积小承载能力大工作平稳但大

功率高速行星齿轮传动结构较复杂要求制造精度高。行星齿轮传动中有些类型

效率高但传动比不大。另一些类型则传动比可以很大但效率较低用它们作减速器时其效率随传动比的增大而减小作增速器时则有可能产生自锁。常见行星齿轮传动的类型和性能见附表[常见行星齿轮传动的类型和性能]。差动轮系可以把两个给定运动合成起来也可把一个给定运动按照要求分解成两个基本件

的运动。汽车差速器就是分解运动的例子。行星齿轮传动应用广泛并可与无级变速器、液力耦合器和液力变矩器等联合使用进一步扩大使用范围。

4.涡轮传动蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成一般蜗杆为主动件。蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆即蜗杆转一周蜗轮转过一齿若蜗杆上有两条螺旋线就称为双

头蜗杆即蜗杆转一周蜗轮转过两个齿。

5.链传动链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具

有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。

6.齿形带传动带传动是利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种

机械传动。根据传动原理的不同有靠带与带轮间的摩擦力传动的摩擦型带传动

也有靠带与带轮上的齿相互啮合传动的同步带传动。

6.钢带传动刚带传动具有运动准确、耐高温、耐冲击、无噪音寿命持久结构简单使用方便价格便宜等一系列优点

7.钢绳传动钢丝绳传动是简单有效的传动方式。其典型的应用是采用多股钢丝绳缠绕在两个传动轮上钢丝绳端部固定在大轮上应用多股钢丝绳传递转矩。

8.螺旋传动利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动。主要用于将旋转运动转换成直线运动将转矩转换成推力。

传感器

目前机器人只具有视觉、听觉、和触觉这些感觉是通过相应的传感器得到的。传感器按一定的规律实现信号检测并将被测量通过变送器变成另外一种物理量。传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路组成。如图

机器人用的传感器可分为检测内部状态信息传感器和检测外部对象和外部环境状态的外部信息传感器。内部信息传感器包括检测位置、速度、力、力矩、温度以及异常变化的传感器。外部信息传感器包括视觉传感器、触觉传感器、力觉传

感器接近觉传感器家、角度传感器等。

1.电位器

电位器是一种典型的位置传感器可分直线型测量位移和旋转性测量角度。

电位器由环状或棒状电阻丝和滑动片组成。分为导电塑料、线绕式混合式等滑片型和磁阻式、光标式等非接触式。

2.测速发电机

测速发电机是一种检测机械转速的电磁装置。他利用发电机原理把机械转速变换成电压信号其输出电压与输入的转速成正比关系。

3.光学编码器

光学编码器是一种通过广电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或者数字量的传感器。光电编码器是一种在伺服控制系统中应用非常广泛的高精度的位移传感器。通常分为增量式和绝对式。

4.触觉传感器

用于机器人中模仿触觉功能的传感器。按照所采用的敏感元件的不同可分为压阻、电容、按照功能大致可分为触觉传感器、力-力矩传感器、压觉传感器和滑觉传感器

5.力-力矩传感器

力和力矩传感器是用来检测设备内部力或与外部环境相互作用力为目的的。力不是直接可测量的物理量而是通过其他物理量间接测量出来的。其测试方法包括

a通过检测物体弹性变形测量力。

b通过检测物体压电效应测量力。

c通过检测物体压磁效应测量力。

d采用电动机、液压马达驱动的设备可以通过检测电动机电流及液压马达油压等方法测量力或转矩。

e装有速度加速度传感器装置的设备可以通过速度与加速度的测量推出测量力。

6.滑觉传感器

滑觉传感器是检测垂直加压方向力和位移的传感器如图1

用用手爪抓取处于水平位置的物体时手爪对物体施加水平压力如果压力较小

垂直方向作用的重力会克服这个压力使物体下滑。

7.接近传感器

机器人应用的接近传感器主要有磁力式、红外线式、超声波式等类型的测距传感器。

8.视觉传感器

机器人视觉系统的重要特点是数据量大且要求处理速度快。实用的机器人视觉系统由硬件和软件两部分组成。

硬件部分包括景物和距离传感器、照明和光学系统、视频信号数字化设备、视频信号快速处理器、计算机及其外设、机器人或机械手及其控制器。

软件部分包括计算机系统软件、机器人视觉处理算法、机器人控制软件。

控制系统和控制结构

1.基本功能

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。

2. 机器人控制系统的组成

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

3. 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。

4. 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)集中控制方式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其构成框图如图2所示。

(2)主从控制方式采用主、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。

(3)分散控制方式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。

新型驱动方式在机器人中的应用

新型驱动方式在机器人中的应用李武林机自1207 1210310606 一，机器人传统驱动方式。机器人的驱动方式有液压驱动、气压驱动、直流电机驱动、步进电机驱动等，这几类驱动方式是目前多数机器人驱动所采用的方式. （1）液压驱动：机器人的驱动需要将来自电、液、气等多种能源的能量转化成关节的直线运动或旋转运动装置——驱动器。其中，液压/气压驱动器相比于电气驱动器而言具有功率密度大和易于实现力控制的优点。流体动力系统更能满足机器人低速大扭矩的应用需求。机器人技术的发展给用于机器人运动控制的驱动技术提出了新的挑战:节能化、智能化、轻量化和微型化。节能化、轻量化和微型化有待于液压/气压元件结构设计的创新来实现,智能化有待于液压/气压控制方法的创新来实现。（2）电伺服驱动系统。所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机，步进电动机和DC伺服电动机。其中,交流伺服电动机、直流伺服电动机、直接驱动电动机（DD)均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、高速度的机器人驱动系统中。步进电动机驱动系统多适用于对精度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。交流伺服电动机由于采用电子换向,无换向火花,在易燃易爆环境中得到了广泛的使用。 (3)除了单一的驱动方式,也可以是两个或者两个以上驱动方式结合在一起对机器人进行驱动，比如以微电机控制伺服油缸结构为基础的驱动器,其中,高性能四足仿生机器人的核心技术之一是高功率密度液压动力单元、伺服单元等关键部件的设计技术,高功率密度液压动力单元的研制是保证“四足仿生机器人”实现高动态性、高适应性和高负载能力的基础。针对高功率密度驱动的轻量化、低功耗的目标,基于简捷化、一体化、超高压、低泄漏、负载匹配的设计思路,提出了微电机控制伺服油缸结构原理,以首创的螺旋阀口技术解决了微电机控制伺服阀中电机旋转运动与阀芯直线运动的直接转换问题,微电机替代传统伺服阀的先导级,降低了加工难度且具有无零位油耗、油质要求低等突出优点,使开发超高压、一体化的液压伺服元件成为可能。二，机器人新型驱动方式随着科学技术的发展，愈来愈多的新的驱动方式出现，在机器人驱动上得到愈来愈多的应用。（1）人工肌肉驱动人造肌肉在智能材料上属于“聚台胶体”，它可以在电激励和化学激励下产生膨胀、收缩和一种类似橡胶的物质发挥机械传动、齿轮和滑轮的作用。美国standford研究所研究所研制的扑翼机就是由人造肌内驱动，看上去像橡胶软管，两端带有电针;佐治亚理工学院的MAV“Entomopter”计划研究组所使用的是一种被称做“往复式化学肌肉(RCM)”它在化学能的驱动下．可以为机器人提

工业机器人技术及应用(教案)-工业机器人机械结构和运动控制.doc

第二章工业机器人的机械结构和运动控制章节目录 2.1 工业机器人的系统组成 2.1.1 操作机 2.1.2 控制器 2.1.3 示教器 2.2 工业机器人的技术指标学习目标导入案例课堂认知扩展与提高本章小结思考练习 2.3 工业机器人的运动控制 2.3.1 机器人运动学问题 2.3.2 机器人的点位运动… 2.3.3 机器人的位置控制课前回顾何为工业机器人？工业机器人具有几个显著特点，分别是什么？工业机器人的常见分类有哪些，简述其行业应用。学习目标认知目标 *熟悉工业机器人的常见技术指标 *掌握工业机器人的机构组成及各部分的功能 *了解工业机器人的运动控制能力目标 *能够正确识别工业机器人的基本组成 *能够正确判别工业机器人的点位运动和连续路径运动导入案例国产机器人竞争力缺失关键技术是瓶颈众所周知，中国机器人产业由于先天因素，在单体与核心零部件仍然落后于日、美、韩等发达国家。虽然中国机器人产业经过30 年的发展，形成了较为完善的产业基础，但与发达国家相比，仍存在较大差距，产业基础依然薄弱，关键零部件严重依赖进口。整个机器人产业链主要分为上游核心零部件（主要是机器人三大核心零部件——伺服电机、减速器和控制系统，相当于机器人的“大脑”）、中游机器人本体（机器人的“身体”）和下游系统集成商（国内95% 的企业都集中在这个环节上）三个层面。课堂认知 2.1 工业机器人的系统组成第一代工业机器人主要由以下几部分组成：操作机、控制器和示教器。对于第二代及第三代工业机器人还包括感知系统和分析决策系统，它们分别由传感器及软件实现。

工业机器人系统组成 2.1.1 操作机操作机（或称机器人本体）是工业机器人的机械主体，是用来完成各种作业的执行机构。它主要由机械臂、驱动装置、传动单元及内部传感器等部分组成。关节型机器人操作机基本构造机器人操作机最后一个轴的机械接口通常为一连接法兰，可接装不同的机械操作装置，如夹紧爪、吸盘、焊枪等。

机器人的主要驱动方式及其特点

一目前机器人的主要驱动方式及其特点根据能量转换方式，将驱动器划分为液压驱动、气压驱动、电气驱动和新型驱动装置。在选择机器人驱动器时，除了要充分考虑机器人的工作要求，如工作速度、最大搬运物重、驱动功率、驱动平稳性、精度要求外，还应考虑到是否能够在较大的惯性负载条件下，提供足够的加速度以满足作业要求。 A液压驱动特点液压驱动所用的压力为5～320kgf/cm2. a）优点 1能够以较小的驱动器输出较大的驱动力或力矩，即获得较大的功率重量比。 2可以把驱动油缸直接做成关节的一部分，故结构简单紧凑，刚性好。 3由于液体的不可压缩性，定位精度比气压驱动高，并可实现任意位置的开停。 4液压驱动调速比较简单和平稳，能在很大调整范围内实现无级调速。 5使用安全阀可简单而有效的防止过载现象发生。 6液压驱动具有润滑性能好、寿命长等特点。 B）缺点 1油液容易泄漏。这不仅影响工作的稳定性与定位精度，而且会造成环境污染。

2因油液粘度随温度而变化，且在高温与低温条件下很难应用。 3因油液中容易混入气泡、水分等，使系统的刚性降低，速度特性及定位精度变坏。 4需配备压力源及复杂的管路系统，因此成本较高。 C)适用范围液压驱动方式大多用于要求输出力较大而运动速度较低的场合。在机器人液压驱动系统中，近年来以电液伺服系统驱动最具有代表性。 B气压驱动的特点气压驱动在工业机械手中用的较多。使用的压力通常在0.4-0.6Mpa，最高可达1Mpa。 a）优点 1快速性好，这是因为压缩空气的黏性小，流速大，一般压缩空气在管路中流速可达180m/s，而油液在管路中的流速仅为2.5-4.5 m/s。 2气源方便，一般工厂都有压缩空气站供应压缩空气，亦可由空气压缩机取得。 3废气可直接排入大气不会造成污染，因而在任何位置只需一根高压管连接即可工作，所以比液压驱动干净而简单。 4通过调节气量可实现无级变速。 5由于空气的可压缩性，气压驱动系统具有较好的缓冲作用。

工业机器人用电机驱动系统

工业机器人用电机驱动系统机器人电动伺服驱动系统是利用各种电动机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构。对工业机器人关节驱动的电动机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。特别是像机器人末端执行器（手爪）应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。这是伺服电动机在工业机器人中应用的先决条件。一、机器人对关节驱动电机的主要要求规纳如下 1.快速性电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。响应指令信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高，快速响应性能愈好，一般是以伺服电动机的机电时间常数的大小来说明伺服电动机快速响应的性能。 2.起动转矩惯量比大在驱动负载的情况下，要求机器人的伺服电动机的起动转矩大，转动惯量小。 3.控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。 4.调速范围宽。能使用于1：1000～10000的调速范围。 5.体积小、质量小、轴向尺寸短。 6.能经受得起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减速运行，并能在短时间内承受过载。目前，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机在工业机器人中得到广泛应用，一般负载1000N（相当100kgf）以下的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机，步进电动机和DC伺服电动机。其中，交流伺服电动机、直流伺服电动机、直接驱动电动机（DD）均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、高速度的机器人驱动系统中。步进电动机驱动系统多适用于对精度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。交流伺服电动机由于采用电子换向，无换向火花，在易燃易爆环境中得到了广泛的使用。机器人关节驱动电动机的功率范围一般为0.1～10kW。工业机器人驱动系统中所采用的电动机。

工业机器人的驱动方式

题目 1、工业串联机器人常用的驱动方式、传动系统、传感器类型比较 2、智能移动机器人的驱动方式、传动系统、传感器类型比较 3、现在机器人的控制系统、控制结构概述机器人问世已有几十年但没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展另一原因主要是因为机器人涉及到了人的概念成为一个难以回答的哲学问题。也许正是由于机器人定义的模糊才给了人们充分的想象和创造空间。美国机器人协会 RIA) 一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的通过程序动作来执行各种任务并具有编程能力的多功能操作机。美国家标准局一种能够进行编程并在自动控制下完成某些操作和移动作业任务或动作的机械装置。 1987年国际标准化组织(ISO)对工业机器人的定义 “工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能能完成各种作业的可编程操作机。日本工业标准局一种机械装置在自动控制下能够完成某些操作或者动作功能。英国貌似人的自动机具有智力的和顺从于人的但不具有人格的机器。中国我国科学家对机器人的定义是 “机器人是一种自动化的机器这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力是一种具有高度灵活性的自动化机器”。尽管各国定义不同但基本上指明了作为“机器人”所具有的二个共同点 (1) 是一种自动机械装置可以在无人参与下自动完成多种操作或动作功能即具有通用性。 (2)可以再编程程序流程可变即具有柔性(适应性。机器人是20世纪人类伟大的发明比尔?盖茨预言机器人即将重复PC机崛起的道路彻底改变这个时代的生活方式。机器人学集中了机械工程、材料科学、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多学科的最新研究成果代表了机电一体化的最高成就是当代科学技术发展最活跃的领域之一。概述驱动方式现代工业机器人的驱动方式主要有三种气动驱动、液压驱动和电动驱动。气动驱动机器人气动驱动系统以压缩空气为动力源。气动驱动机器人具有气源方便系统结构简单动作快速灵活不污染环境以及维护方便、价格便宜、适合在恶劣工况高温、有毒、多粉尘条件下工作等特点。常用于冲床上下料小零件装配、食品包装及电子元件输送等作业中。由于气体可压缩遇阻时具有容让性因此也常用作机器人手爪的驱动源。气动驱动系统的组成 1 气源气动机器人可直接使用工厂压缩空气站的气源或自行设置气源

机器人的主要驱动方式及其特点

一目前机器人的主要驱动方式及其特点根据能量转换方式，将驱动器划分为液压驱动、气压驱动、电气驱动和新型驱动装置。在选择机器人驱动器时，除了要充分考虑机器人的工作要求，如工作速度、最大搬运物重、驱动功率、驱动平稳性、精度要求外，还应考虑到是否能够在较大的惯性负载条件下，提供足够的加速度以满足作业要求。 A 液压驱动特点液压驱动所用的压力为5~ 320kgf/cm2. a）优点 1能够以较小的驱动器输出较大的驱动力或力矩，即获得较大的功率重量比。 2可以把驱动油缸直接做成关节的一部分，故结构简单紧凑，刚性好。 3由于液体的不可压缩性，定位精度比气压驱动高，并可实现任意位置的开停。 4液压驱动调速比较简单和平稳，能在很大调整范围内实现无级调速。 5使用安全阀可简单而有效的防止过载现象发生。 6液压驱动具有润滑性能好、寿命长等特点。 B）缺点 1油液容易泄漏。这不仅影响工作的稳定性与定位精度，而且会造成环境污染。 2因油液粘度随温度而变化，且在高温与低温条件下很难应用。 3因油液中容易混入气泡、水分等，使系统的刚性降低，速度特性及定位精度变坏。

4需配备压力源及复杂的管路系统，因此成本较高。 C）适用范围液压驱动方式大多用于要求输出力较大而运动速度较低的场合。在机器人液压驱动系统中，近年来以电液伺服系统驱动最具有代表性。 B 气压驱动的特点气压驱动在工业机械手中用的较多。使用的压力通常在 0.4-0.6Mpa，最高可达1Mpa。 a）优点 1快速性好，这是因为压缩空气的黏性小，流速大，一般压缩空气在管路中流速可达180m/s，而油液在管路中的流速仅为2.5-4.5 m/s。 2气源方便，一般工厂都有压缩空气站供应压缩空气，亦可由空气压缩机取得。 3废气可直接排入大气不会造成污染，因而在任何位置只需一根高压管连接即可工作，所以比液压驱动干净而简单。 4通过调节气量可实现无级变速。 5由于空气的可压缩性，气压驱动系统具有较好的缓冲作用。 6可以把驱动器做成关节的一部分，因而结构简单、刚性好、成本低。 b)缺点 1因为工作压力偏低，所以功率重量比小、驱动装置体积大。 2基于气体的可压缩性，气压驱动很难保证较高的定位精度。 3使用后的压缩空气向大气排放时，会产生噪声。 4因压缩空气含冷凝水，使得气压系统易锈蚀，在低温下易结冰。

机器人的主要驱动方式及其特点教学文案

机器人的主要驱动方式及其特点

2因油液粘度随温度而变化，且在高温与低温条件下很难应用。 3因油液中容易混入气泡、水分等，使系统的刚性降低，速度特性及定位精度变坏。 4需配备压力源及复杂的管路系统，因此成本较高。 C)适用范围液压驱动方式大多用于要求输出力较大而运动速度较低的场合。在机器人液压驱动系统中，近年来以电液伺服系统驱动最具有代表性。 B气压驱动的特点气压驱动在工业机械手中用的较多。使用的压力通常在0.4- 0.6Mpa，最高可达1Mpa。 a）优点 1快速性好，这是因为压缩空气的黏性小，流速大，一般压缩空气在管路中流速可达180m/s，而油液在管路中的流速仅为2.5-4.5 m/s。 2气源方便，一般工厂都有压缩空气站供应压缩空气，亦可由空气压缩机取得。 3废气可直接排入大气不会造成污染，因而在任何位置只需一根高压管连接即可工作，所以比液压驱动干净而简单。 4通过调节气量可实现无级变速。 5由于空气的可压缩性，气压驱动系统具有较好的缓冲作用。

工业机器人的驱动方式.资料

题目1、工业串联机器人常用的驱动方式、传动系统、传感器类型比较 2、智能移动机器人的驱动方式、传动系统、传感器类型比较 3、现在机器人的控制系统、控制结构概述机器人问世已有几十年但没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展另一原因主要是因为机器人涉及到了人的概念成为一个难以回答的哲学问题。也许正是由于机器人定义的模糊才给了人们充分的想象和创造空间。美国机器人协会RIA)一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的通过程序动作来执行各种任务并具有编程能力的多功能操作机。美国家标准局一种能够进行编程并在自动控制下完成某些操作和移动作业任务或动作的机械装置。 1987年国际标准化组织(ISO)对工业机器人的定义“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能能完成各种作业的可编程操作机。日本工业标准局一种机械装置在自动控制下能够完成某些操作或者动作功能。英国貌似人的自动机具有智力的和顺从于人的但不具有人格的机器。中国我国科学家对机器人的定义是“机器人是一种自动化的机器这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力是一种具有高度灵活性的自动化机器”。尽管各国定义不同但基本上指明了作为“机器人”所具有的二个共同点(1) 是一种自动机械装置可以在无人参与下自动完成多种操作或动作功能即具有通用性。 (2)可以再编程程序流程可变即具有柔性(适应性。机器人是20世纪人类伟大的发明比尔?盖茨预言机器人即将重复PC机崛起的道路彻底改变这个时代的生活方式。机器人学集中了机械工程、材料科学、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多学科的最新研究成果代表了机电一体化的最高成就是当代科学技术发展最活跃的领域之一。概述驱动方式现代工业机器人的驱动方式主要有三种气动驱动、液压驱动和电动驱动。气动驱动机器人气动驱动系统以压缩空气为动力源。气动驱动机器人具有气源方便系统结构简单动作快速灵活不污染环境以及维护方便、价格便宜、适合在恶劣工况高温、有毒、多粉尘条件下工作等特点。常用于冲床上下料小零件装配、食品包装及电子元件输送等作业中。由于气体可压缩遇阻时具有容让性因此也常用作机器人手爪的驱动源。气动驱动系统的组成 1气源气动机器人可直接使用工厂压缩空气站的气源或自行设置气源

SCARA机器人驱动方式及参数初定

SCARA机器人驱动方式及参数初定SCARA机器人有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向。另一个关节是移动关节，用于完成末端件在垂直于平面的运动。手腕参考点的位置是由两旋转关节的角位移φ1和φ2，及移动关节的位移z决定的，即p=f(φ1,φ2,z)。这类机器人的结构轻便、响应快，例如Adept1·用于平面定位，垂直方向进行装配的作业。 SCARA系统在x,y方向上具有顺从性，而在Z轴方向具有良好的刚度，此特性特别适合于装配工作，例如将一个圆头针插入一个圆孔，故SCARA系统首先大量用于装配印刷电路板和电子零部件；SCARA的另一个特点是其串接的两杆结构，可以伸进有限空间中作业然后收回，适合于搬动和取放物件，如集成电路板等。如今SCARA机器人还广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。它的主要职能是搬取零件和装配工作。它的第一个轴和第二个轴具有转动特性，第三和第四个轴可以根据工作的需要的不同，制造成相应多种不同的形态，并且一个具有转动、另一个具有线性移动的特性。由于其具有特定的形状，决定了其工作范围类似于一个扇形区域。 SCARA机器人可以被制造成各种大小，最常见的工作半径在100毫米至1000毫米之间，此类的SCARA机器人的净载重量在1千克至200千克之间。 SCARA机器人之所以能够在平面内灵活定位，依靠的是三个轴线相互平行的旋转关节。同理，之所以能够在垂直方向上定位是因为拥有一个移动自由度。SCARA机器人的1个移动自由度和3个旋转自由度使其能满足要求的情况下完成一系列复杂的运动。一、SCARA机器人的驱动方式 SCARA机器人的驱动方式可分为液压，气动和电动三种基本类型。 1、液压驱动液压传动机械手有很大的抓取能力，抓取力可高达上百公斤，液压力可达7MPa，液压传动平稳，动作灵敏，但对密封性的要求高，不宜在高或低温现场工作，需配备一套液压系统。液压驱动有以下特点：

《工业机器人》复习题

《工业机器人》一、填空题 1、按坐标形式分类，机器人可分为、、球坐标型和四种基本类型。 2、作为一个机器人，一般由三个部分组成，分别是、和。 3、机器人主要技术参数一般有、、、重复定位精度、、承载能力及最大速度等。 4、自由度是指机器人所具有的的数目，不包括的开合自由度。 5、机器人分辨率分为和，统称为。 6、重复定位精度是关于的统计数据。 7、根据真空产生的原理真空式吸盘可分为、和等三种基本类型。 8、机器人运动轨迹的生成方式有、、和空间曲线运动。 9、机器人传感器的主要性能指标有、、、重复性、、分辨率、响应时间和抗干扰能力等。 10、自由度是指机器人所具有的的数目。 11、机器人的重复定位精度是指。 12、机器人的驱动方式主要有、和三种。 13、机器人上常用的可以测量转速的传感器有测速发电机和增量式码盘。 14、机器人控制系统按其控制方式可以分为控制方式、控制方式和控制方式。 15、按几何结构分划分机器人分为：串联机器人、并联机器人。二、单项选择题(请在每小题的四个备选答案中，选出一个最佳答案。) 1、工作范围是指机器人或手腕中心所能到达的点的集合。 A 机械手 B 手臂末端 C 手臂 D 行走部分。

2、机器人的精度主要依存于、控制算法误差与分辨率系统误差。 A传动误差 B 关节间隙 C机械误差 D 连杆机构的挠性 3、滚转能实现360°无障碍旋转的关节运动，通常用来标记。 A R B W C B D L 4、RRR型手腕是自由度手腕。 A 1 B 2 C 3 D 4 5、真空吸盘要求工件表面、干燥清洁，同时气密性好。 A 粗糙 B 凸凹不平 C 平缓突起 D平整光滑 6、同步带传动属于传动，适合于在电动机和高速比减速器之间使用。 A 高惯性 B 低惯性 C 高速比 D 大转矩 7、机器人外部传感器不包括传感器。 A 力或力矩 B 接近觉 C 触觉 D 位置 8、手爪的主要功能是抓住工件、握持工件和工件。 A 固定 B 定位 C 释放 D 触摸。 9、机器人的精度主要依存于、控制算法误差与分辨率系统误差。 A传动误差 B 关节间隙 C机械误差 D 连杆机构的挠性 10、机器人的控制方式分为点位控制和。 A 点对点控制 B点到点控制 C 连续轨迹控制 D 任意位置控制 11、焊接机器人的焊接作业主要包括。 A 点焊和弧焊 B 间断焊和连续焊 C 平焊和竖焊 D气体保护焊和氩弧焊 12、作业路径通常用坐标系相对于工件坐标系的运动来描述。 A 手爪 B 固定 C 运动 D工具 13、谐波传动的缺点是。 A扭转刚度低 B 传动侧隙小 C惯量低 D 精度高 14、机器人三原则是由谁提出的。（D） A 森政弘 B 约瑟夫·英格伯格 C 托莫维奇 D 阿西莫夫 15、当代机器人大军中最主要的机器人为：（A） A 工业机器人 B 军用机器人 C 服务机器人 D 特种机器人 16、手部的位姿是由哪两部分变量构成的？（B）

机器人控制原理_百度文库概要

第二章机器人系统简介 2.1 机器人的运动机构(执行机构机器人的运动机构是机器人实现对象操作及移动自身功能的载体,可以大体分为操作手(包括臂和手和移动机构两类。对机器人的操作手而言,它应该象人的手臂那样,能把(抓持装工具的手依次伸到预定的操作位置,并保持相应的姿态,完成给定的操作;或者能够以一定速度,沿预定空间曲线移动并保持手的姿态,并在运动过程中完成预定的操作。移动机构应能将机器人移动到任意位置,并保持预定方位姿势。为此,它应能实现前进、后退、各方向的转弯等基本移动功能。在结构上它可以象人、兽、昆虫,具有二足、四足或六足的步行机构, 也可以象车或坦克那样采用轮或履带结构 2.1.1 机器人的臂结构机器人的臂通常采用关节——连杆链形结构,它由连杆和连杆间的关节组成。关节,又称运动副,是两个构件组成相对运动的联接。在关节的约束下,两连杆间只能有简单的相对运动。机器人中常用的关节主要有两类: (1 滑动关节 (Prismatic joint: 与关节相连的两连杆只能沿滑动轴做直线位移运动,移动的距离是滑动关节的主要变量,滑动轴一般和杆的轴线重合或平行。 (2转动关节 (Revolute joint: 与关节相连的两连杆只能绕关节轴做相对旋转运动,其转动角度是关节的主要变量,转动轴的方向通常与轴线重合或垂直。杆件和关节的构成方法大致可分为两种:(1 杆件和手臂串联连接,开链机械手 (2 杆件和手臂串联连接,闭链机械手。

以操作对象为理想刚体为例,物体的位置和姿态各需要 3 个独立变量来描述。我们将确定物体在坐标系中位姿的独立坐标数目称为自由度(DOF (degree of freedom 。而机器人的自由度是由有关节数和每个关节所具有的自由度数决定的(每个关节可以有一个或多个自由度,通常为 1 个。机器人的自由度是独立的单独运动的数目,是表示机器人运动灵活性的尺度。(由驱动器能产生主动动作的自由度称为主动自由度,不能产生驱动力的自由度称为被动自由度。通常开链机构仅使用主动自由度机器人自由度的构成,取决于它应能保证完成与目标作业相适应的动作。分析可知,为使机器人能任意操纵物体的位姿,至少须 6DOF ,通常用三个自由度确定手的空间位置(手臂,三个自由度确定手的姿态 (手。比较而言,人的臂有七个自由度,手有二十个自由度,其中肩 3DOF ,肘 2 DOF ,碗 2DOF 。这种比 6 还多的自由度称为冗余自由度。人的臂由于有这样的冗余性,在固定手的位置和姿态的情况下,肘的位置不唯一。因此人的手臂能灵活回避障碍物。对机器人而言,冗余自由度的设置易于增强运动的灵活性,但由于存在多解,需要在约束条件下寻优,计算量和控制的难度相对增大。典型的机器人臂结构有以下几种: (1直角坐标型 (Cartesian/rectanglar/gantry (3P 由三个线性滑动关节组成。三个关节的滑动方向分别和直角坐标轴 x,y,z 平行。工作空间是个立方体 (2圆柱坐标型 (cylindrical(R2P 由一个转动关节和两个滑动关节组成。两个滑动关节分别对应于圆柱坐标的径向和垂直方向位置,一个旋转关节对应关于圆柱轴线的转角。

工业机器人常用电机驱动系统的分类与要求

工业机器人常用电机驱动系统的分类与要求机器人电动伺服驱动系统是利用各种电动机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构。对工业机器人关节驱动的电动机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。特别是像机器人末端执行器（手爪）应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。这是伺服电动机在工业机器人中应用的先决条件。一、机器人对关节驱动电机的主要要求规纳如下 1．快速性电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。响应指令信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高，快速响应性能愈好，一般是以伺服电动机的机电时间常数的大小来说明伺服电动机快速响应的性能。 2．起动转矩惯量比大在驱动负载的情况下，要求机器人的伺服电动机的起动转矩大，转动惯量小。 3．控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。 4．调速范围宽。能使用于1：1000～10000的调速范围。 5．体积小、质量小、轴向尺寸短。

6．能经受得起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减速运行，并能在短时间内承受过载。目前，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机在工业机器人中得到广泛应用，一般负载1000N（相当100kgf）以下的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机，步进电动机和DC伺服电动机。其中，交流伺服电动机、直流伺服电动机、直接驱动电动机（DD）均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、高速度的机器人驱动系统中。步进电动机驱动系统多适用于对精度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。交流伺服电动机由于采用电子换向，无换向火花，在易燃易爆环境中得到了广泛的使用。机器人关节驱动电动机的功率范围一般为0.1～10kW。工业机器人驱动系统中所采用的电动机。二、电机大致可细分为以下几种： 1．交流伺服电动机包括同步型交流伺服电动机及反应式步进电动机等。 2．直流伺服电动机包括小惯量永磁直流伺服电动机、印制绕组直流伺服电动机、大惯量永磁直流伺服电动机、空心杯电枢直流伺服电动机。 3．步进电动机包括永磁感应步进电动机。速度传感器多采用测速发电机和旋转变压器；位置传感器多用光电码盘和旋转变压器。近年来，国外机器人制造厂家已经在使用一种集光电码盘及旋转变压器功能为一体的混合式光电位置传感器，伺服电动机可与位置及速度检测器、制动器、减速机构组成伺服电动机驱动单元。

工业机器人驱动系统现状与展望

工业机器人驱动系统现状与展望发表时间：2018-10-14T10:42:05.803Z 来源：《电力设备》2018年第18期作者：王增喜 [导读] 摘要：随着我国社会经济发展进步，工业机器人技术不断发展，工业机器人在实际应用中已经从以往的手动操作逐渐发展为半自动化操作，当前已经基本实现全自动化操作。（1.清研华翊（天津）教育科技有限公司天津 300304；2.清华大学天津高端装备研究院天津 300304）摘要：随着我国社会经济发展进步，工业机器人技术不断发展，工业机器人在实际应用中已经从以往的手动操作逐渐发展为半自动化操作，当前已经基本实现全自动化操作。工业机器人的各项操作主要是通过多关节机械手等机构实现，在融入智能化以及自动化理念之后，实现机电一体化，有着非常高的可操作性，将其应用在制造业中，能够满足当前制造行业的发展需要，使生产效率以及生产安全性有显著提高。关键词：工业机器人；驱动系统；现状与展望 1工业机器人的发展 1.1机械结构当前制造业中所应用的机器人已经基本上能够按照预先设定的程序实现半自动化生产，操作人员只需要输入操作指令或者代码，机器人将会执行相应的操作程序，完成生产任务。工业机器人发展最初阶段，主要是模仿人的手臂设计，向其中加入驱动系统以及固定结构，这种工业机器人属于最为原始的机器人。之后随着科学技术的发展，人类的设计理念不断创新和完善，工业机器人设计中逐渐加入了自动化、智能化操作系统。目前制造业生产中所使用的工业机器人有3~6个自由度，驱动系统包含有传动装置以及液压动力装置等，操作系统主要是输入各项运行程序和指令。 1.2理论建设制造业生产过程中所用到的工业机器人操作程序相对较为简单，但是在设计阶段会用到非常多的专业性知识，比如机械原理、线性代数、机电一体化等，另外，悬臂式机器人还需要有动力学以及运动学等方面知识和先进控制方式、轨迹规划等。另外，深海科研以及登月计划等所用到的机器人也都属于工业机器人。 2机器人的驱动方式 2.1传统驱动 2.1.1液压驱动液压驱动是通过将油压泵产生的工作油的压力能转变成的机械能实现力的传递。液压驱动方式具有较高的功率重量比，低速时也能产生很大的驱动力，对于搬运重量大的物体具有很大优势；结构简单，体积小，可减小机器人的整体体积；液压驱动的油液具有不可压缩性，因此该驱动控制性能好，有较高的精度；对于极端恶劣的外部环境，也有很强的适应能力。虽然液压驱动方式具有以上优点，但是容易受液体泄漏的影响，不仅会破坏工作的稳定性，降低控制精度，还会引起环境污染。液压驱动的油液会受环境影响，粘稠度、纯净度等发生变化，进而会影响机器人的正常工作，因此液压驱动大多用于超大功率的机器人系统中。 2.1.2气压驱动气压驱动的工作原理与液压驱动类似，是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递。气压驱动器的结构简单，安全可靠，气源方便，经济性好，空气压缩后不会产生粘性过大的现象，因此气压驱动器能迅速变化，快速性好；气压驱动产生的废气不会污染环境。气压驱动方式通常用于搬运轻的物体和中、小负荷的工业机械手中。任立敏等人设计了一种具备柔性传动能力的气压驱动微型管道机器人，将气压马达作为机器人的外置动力源，与柔性长距离传输技术结合，驱动前端球形机器人在管道内清除污垢，解决了发电厂冷凝器蒸汽回流回路等微型管道的监测和维护问题。谭益松等人设计了一种用于管道清洁的气压驱动机器人，仿照尺蠖式运动，固定前端或后端，中间收缩的方式，完成机器人的前进后退运动，利用气压马达驱动合金刀旋转清理长距离复杂的管道内壁。 2.1.3电气驱动电气驱动是利用各种电动机产生力和力矩，直接或经过机械传动间接去驱动执行机构，以获得机器人的各种运动。电气驱动的成本较低且方便，适合用于大功率机器人。电气驱动又分为三类，交流伺服电机驱动、步进电机驱动和直流伺服电机驱动。直流电机具有无级调速的优点，但经济性差；交流电机一般不能进行无级调速。步进电机的定位精度高，且控制系统更加复杂，且速度不能太高。 2.2新型驱动 2.2.1磁致伸缩驱动磁致伸缩驱动主要是利用了磁致伸缩现象（即磁致伸缩材料磁化状态的改变导致其长度发生微小的变化），主要用于微小的驱动场合。张永顺等人研制了以超磁致伸缩薄膜为驱动器的仿生游动微型机器人，并进行了试验，通过改变驱动频率和磁场的大小，实现了机器人运动速度和运动方向的改变。 2.2.2压电驱动压电驱动器的压电材料是一种当它受到力作用时其表面上出现与外力成比例的电荷的材料，又称压电陶瓷。压电陶瓷具有响应速度快、位移线性好、体积小等优点。李勃等人[15]将压电陶瓷材料作为机器人的驱动功能元件，设计了一个智能化的微型多节蛇行游动机器人，该机器人动作敏捷灵巧，且整个系统体积小、重量轻、精度高。 2.2.3形状记忆合金驱动形状记忆合金（SMA）驱动原理是指一种具有记忆功能的特殊的合金，在受到外力作用时发生形变，当温度达到某一适当值时，该合金能自动恢复到形变前的形状。SMA制成的驱动元件，体积较小，结构简单，易于控制，因此有些研究人员将SMA应用于微型机器人中。魏中国等人介绍了形状记忆合金驱动原理，并分析了国外SMA的研究现状，为中国SMA驱动机器人的研究提供了基础。 2.2.4超声波驱动超声波驱动是利用了超声波的振动特性进行驱动的。超声波振动引起振动物体与移动物体的相对运动产生了摩擦力，以摩擦力作为驱

工业机器人控制系统的基本原理

工业机器人控制系统的基本原理 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

工业机器人控制系统 20世纪80年代以后，由于微型计算机的发展，特别是电力半导体器件的出现，使整个机器人的控制系统发生了很大的变化，使机器人控制器日趋完善。具有非常好的人机界面，有功能完善的编程语言和系统保护，状态监控及诊断功能。同时机器人的操作更加简单，但是控制精度及作业能力却有很大的提高。目前机器人已具有很强的通信能力，因此能连接到各种网络（CAN—BUS、PROFIBUS或ETHERNET）。形成了机器人的生产线。特别是汽车的焊接生产线、油漆生产线、装配生产线很多都是靠机器人工作的。特别是控制系统已从模拟式的控制进入了全数字式的控制。 90年代以后，计算机的性能进一步提高，集成电路（IC）的集成度进一步的提高，使机器人的控制系统的价格逐渐降低，而运算的能力却大大提高，这样，过去许多用硬件才能实现的功能也逐渐地使用软件来完成。而且机器人控制系统的可靠性也由最早几百小时提高到现在的6万小时，几乎不需要维护。一、控制系统基本原理及分类工业机器人的控制器在要求完成特定作业时，需要做下述几件事：示教：通过计算机来接受机器人将要去完成什么作业。也就是给机器人的作业命令，这个命令实质上是人发出的。计算：这一部分实际上就是机器人控制系统中的计算机来完成的，它通过获得的示教信息要形成一个控制策略，然后再根据这个

策略（也称之为作业轨迹的规划）细化成各轴的伺服运动的控制的策略。同时计算机还要担负起对整个机器人系统的管理，采集并处理各种信息。因此，这一部分是非常重要的核心部分。伺服驱动：就是通过机器人控制器的不同的控制算法将机器人控制策略转化为驱动信号，驱动伺服电动机，实现机器人的高速、高精度运动，去完成指定的作业。反馈：机器人控制中的传感器对机器人完成作业过程中的运动状态、位置、姿态进行实时地反馈，把这些信息反馈给控制计算机，使控制计算机实时监控整个系统的运行情况，及时做出各种决策。图1 机器人控制基本原理图控制系统可以有四种不同分类方法：控制运动方式、控制系统信号类型、控制机器人的数目以及人机的相互关系等分类。（1）、按控制运动方式进行分类可分为程序控制系统、自适应控制系统和组合控制系统。 A、程序控制系统：绝大多数商品机器人是属于这种控制系统，主要用于搬运、装配、点焊等点位控制，以及弧焊、喷涂机器人的轮廓控制。

工业机器人技术题库及答案

工业机器人技术题库及答案一、判断题第一章 1、工业机器人由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成。√ 2、被誉为“工业机器人之父”的约瑟夫·英格伯格最早提出了工业机器人概念。 × 3、工业机器人的机械结构系统由基座、手臂、手腕、末端操作器4大件组成。 × 4、示教盒属于机器人-环境交互系统。× 5、直角坐标机器人的工作范围为圆柱形状。× 6、机器人最大稳定速度高, 允许的极限加速度小, 则加减速的时间就会长一些。√ 7、承载能力是指机器人在工作范围内的特定位姿上所能承受的最大质量。× 第二章 1、工业机器人的机械部分主要包括末端操作器、手腕、手臂和机座。√ 2、工业机器人的机械部分主要包括末端操作器、手腕、手肘和手臂。× 3、工业机器人的手我们一般称为末端操作器。√ 4、齿形指面多用来夹持表面粗糙的毛坯或半成品。√ 5、吸附式取料手适应于大平面、易碎、微小的物体。√ 6、柔性手属于仿生多指灵巧手。√ 7、摆动式手爪适用于圆柱表面物体的抓取。√ 8、柔顺性装配技术分两种：主动柔顺装配和被动柔顺装配。√

9、一般工业机器人手臂有4个自由度。× 10、机器人机座可分为固定式和履带式两种。× 11、行走机构按其行走运动轨迹可分为固定轨迹和无固定轨迹两种方式。√ 12、机器人手爪和手腕最完美的形式是模仿人手的多指灵巧手。√ 13、手腕按驱动方式来分，可分为直接驱动手腕和远距离传动手腕。√ 第三章 1、正向运动学解决的问题是：已知手部的位姿，求各个关节的变量。× 2、机器人的运动学方程只局限于对静态位置的讨论。√ 第四章 1、用传感器采集环境信息是机器人智能化的第一步。√ 2、视觉获得的感知信息占人对外界感知信息的60% 。× 3、工业机器人用力觉控制握力。× 4、超声波式传感器属于接近觉传感器。√ 5、光电式传感器属于接触觉传感器。× 6、喷漆机器人属于非接触式作业机器人。√ 7、电位器式位移传感器，随着光电编码器的价格降低而逐渐被取代。√ 8、光电编码器及测速发电机，是两种广泛采用的角速度传感器。× 9、多感觉信息融合技术在智能机器人系统中的应用, 则提高了机器人的认知水平。 √ 第五章 1、机器人控制系统必须是一个计算机控制系统。√

工业机器人基础复习题

1、机器人安应用类型可以分为工业机器人、极限作业机器人和娱乐机器人。2﹑机器人按照控制方式可分为点位控制方式、连续轨迹控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。 3、工业机器人的坐标形式主要有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型和平面关节型。 4、直角坐标机器人的工作范围是长方形形状；圆柱坐标机器人的工作范围是圆柱体形状；球坐标机器人的工作范围是球面一部分状。 5、工业机器人的参考坐标系主要有关节坐标系、工具参考坐标系、全局参考系坐标系。 6、工业机器人的传动机构是向手指传递运动和动力，该机构根据手指的开合动作特点可以分为回转型和移动型。 7、吸附式取料手靠吸附力取料，根据吸附力的不同分为磁吸附和气吸附两种。 8、气吸附式取料手是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而工作。按形成压力差的方法，可分为真空吸盘吸附、气流负压气吸附、挤压排气负压气吸附几种。 9、手臂是机器人执行机构的重要部件，它的作用是支待手腕并将被抓取的工件运送到指定位置上，一般机器人的手臂有3个自由度，即手臂的伸缩升降及横向移动、回转运动和复合运动。 10、机器人的底座可分为固定式和移动式两种。 11、谐波齿轮传动机构主要有柔轮、刚轮和波发生器三个主要零件构成。 12、谐波齿轮通常将刚轮装在输入轴上，把柔轮装在输出轴上，以获得较大的齿轮减速比。 13、机器人的触觉可以分为接触觉、接近觉、压觉、滑觉和力觉五种。 14、机器人接触觉传感器一般由微动开关组成，根据用途和配置不同，一般用于探测物体位置，路径和安全保护。二、选择题 1、世界上第一台工业机器人是（B ） A、Versatran B、Unimate C、Roomba D、AIBO 2、通常用来定义机器人相对于其它物体的运动、与机器人通信的其它部件以及运动部件的参考坐标系是（ C ） A、全局参考坐标系 B、关节参考坐标系 C、工具参考坐标系 D、工件参考坐标系 3、用来描述机器人每一个独立关节运动参考坐标系是（ B ） A、全局参考坐标系 B、关节参考坐标系 C、工具参考坐标系 D、工件参考坐标系 4、夹钳式取料手用来加持方形工件，一般选择（A ）指端。 A、平面 B、V型 C、一字型 D、球型 5、夹钳式取料手用来加持圆柱形工件，一般选择（ B ）指端。 A、平面 B、V型 C、一字型 D、球型 6、夹钳式手部中使用较多的是（ D ） A、弹簧式手部 B、齿轮型手部 C、平移型手部 D、回转型手部 7、平移型传动机构主要用于加持（ C ）工件。

工业机器人电机驱动

对工业机器人关节驱动的电动机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。特别是像机器人末端执行器（手爪）应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。这是伺服电动机在工业机器人中应用的先决条件。机器人电动伺服驱动系统是利用各种电动机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构。对工业机器人关节驱动的电动机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。特别是像机器人末端执行器（手爪）应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。这是伺服电动机在工业机器人中应用的先决条件。一、机器人对关节驱动电机的主要要求规纳如下 1．快速性电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。响应指令信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高，快速响应性能愈好，一般是以伺服电动机的机电时间常数的大小来说明伺服电动机快速响应的性能。 2．起动转矩惯量比大在驱动负载的情况下，要求机器人的伺服电动机的起动转矩大，转动惯量小。 3．控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。 4．调速范围宽。能使用于1：1000～10000的调速范围。 5．体积小、质量小、轴向尺寸短。