机器人结构和分类
工业机器人结构分类
工业机器人结构分类工业机器人是一种利用电气、液压、气动等技术制造出的能够执行自动化生产加工的机器。
它可以完全代替人类完成重复性、高精度、危险等工作。
在大型工厂中，工业机器人已经成为生产制造的重要组成部分。
要深入了解工业机器人，首先需要了解它的结构分类。
下面就围绕工业机器人的结构分类，分步骤进行阐述。
1.根据轴数分类工业机器人按照轴数的不同，可以分为单轴机器人、双轴机器人、三轴机器人、四轴机器人、五轴机器人和六轴机器人。
单轴和双轴机器人功能较为简单，一般只能执行具有单一方向的运动。
三轴和四轴机器人可以实现空间内更加自由的运动，可以完成较复杂的加工任务。
五轴和六轴机器人更加灵活，可以完成更为高级的任务。
2.根据结构形式分类工业机器人按照结构形式的不同，可以分为平移式机器人、关节式机器人、悬臂式机器人、平面式机器人和柔性机器人。
平移式机器人只能在平面内运动，加工范围较窄，一般用于简单的操作。
关节式机器人具有关节可动的特点，可以实现更为自由的运动，用途十分广泛。
悬臂式机器人的基础形式为一条或多条臂杆，可以在空间中进行操作。
平面式机器人是机器人中最简单的形式，只能在平面内进行运动。
柔性机器人是近年来兴起的一种机器人形式，其柔韧结构可以进行复杂的形变，适用范围极为广泛。
3.根据驱动方式分类工业机器人按照驱动方式的不同，可以分为液压机器人、气动机器人、电动机器人和混合驱动机器人。
液压机器人适用于承载大荷载的工作，处理效率高。
气动机器人适用于短距离、快速操作。
电动机器人相对于液压和气动机器人能够实现更为精准的调节和位置控制。
混合驱动机器人可以将不同方式的驱动方式进行组合，从而让机器人具有更为灵活的性能。
以上就是工业机器人结构分类的一些基本信息，这些分类形式在实际操作生产中具有重要的应用，对于掌握工业机器人的基本知识十分关键。
通过对工业机器人分类的了解，相信大家可以更好地应用和操作机器人，提高生产效率和生产质量。
机器人的组成结构(PPT52页)
• 机器人一环境交互系统 机器人一环境交互系统是实现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
度，即重复度。
培训专用
工作空间（Working space）：机器人手腕 参考点或末端操作器安装点（不包括末端 操作器）所能到达的所有空间区域，一般 不包括末端操作器本身所能到达的区域。
培训专用
工业机器人的机械结构
工业机器人的机械本体类似于具备上肢机能的机械手 ，由 手部、腕部、臂、机身(有的包括行走机构)组成。
培训专用
• 正弦波电动机(交流无刷伺 服电动机)：顾名思义，它 是由正弦波电流驱动的。对 三相情况，电流相位差 120。，而且这三相电流是 随转子位置不同而不同的， 也就是说，转子的位置检测 需更精确，驱动电路也比梯 形波电动机的更复杂，但却 代表着无刷电动机最高水平， 因为它能保持恒定转矩输出
培训专用
加入速度反馈。一般直流电动机和位置反馈、速度反馈形成 一个整体，即通常所说的直流伺服电机。由于采用闭环伺 服控制，所以能实现平滑的控制和产生大的力矩
• 当今大部分机器人都采用直流伺服电机驱动机器人的各个关节, 但它们也有一些缺点，如转速不能太高
• 近年来，新发展起来的无刷直（交）流伺服电动机克服了 上述缺点，并保留了直流伺服电动机的优点，因此无刷电 动机逐渐取代了直流伺服电动机
培训专用
相关术语及性能指标
简述机器人的组成和分类
简述机器人的组成和分类机器人是一种由人工智能技术驱动的自动化设备，它在不同领域具有广泛的应用。
本文将简述机器人的组成和分类。
一、机器人的组成机器人通常由以下几个组成部分构成：1. 机械结构：机器人的机械结构是其身体的具体形态，包括机器人的外形、骨架和关节等。
机械结构的设计决定了机器人的运动能力和适应能力。
2. 传感器系统：传感器系统使机器人能够感知和获取周围环境的信息。
常见的传感器包括摄像头、激光雷达、声音传感器等，它们可以帮助机器人实时地感知到周围的物体、人和环境。
3. 控制系统：控制系统是机器人的大脑，负责接收和处理传感器获取的信息，并作出相应的决策和行动。
控制系统通常由硬件和软件组成，硬件包括主控芯片和执行器，软件则负责算法和逻辑的实现。
4. 电源系统：电源系统为机器人提供能量，使其能够正常运转。
电源可以是电池、充电宝或者连接外部电源等形式，不同的机器人根据其应用场景和能耗需求选择不同的电源方案。
二、机器人的分类根据机器人的用途和功能，可以将机器人分为以下几类：1. 工业机器人：工业机器人主要用于工业生产中的自动化操作，如焊接、装配、搬运等。
它们通常具有较大的工作空间和承重能力，并且能够高效地完成重复性、精密性的任务。
2. 服务机器人：服务机器人用于提供人类生活和服务的支持，如清洁机器人、导览机器人、护理机器人等。
它们可以与人类进行交流，并执行一些特定的任务，提高人类的生活质量和便利性。
3. 军事机器人：军事机器人主要应用于军事领域，用于战场侦查、侦察、救援等任务。
军事机器人通常具有高度的机动性、防护能力和作战能力，可以在危险环境下执行任务，减少对士兵的伤害风险。
4. 医疗机器人：医疗机器人主要用于医疗领域的辅助治疗和手术操作。
如手术机器人可以通过微创手术的方式减少手术切口，提高手术的精确性和安全性，为患者带来更好的治疗效果。
5. 家庭机器人：家庭机器人是为了满足家庭生活需求而设计的机器人，如智能扫地机器人、智能助理机器人等。
机器人结构和分类
t
2）定位方式 ） 定位方式决定了机构的精度 接近开关：0.1 – 1 mm 接近开关： 机械挡板： 机械挡板：0.01 – 0.1 mm 编码器： 减速比(1:120) ≈ 1” 编码器：0.036°/减速比 ° 减速比
2. 防振： 防振：
振动问题影响运动精度（轨迹精度、定位精度） 振动问题影响运动精度（轨迹精度、定位精度） 机器人的振动： 机器人的振动：机械结构共振和速度冲击振动
4-6 个自由度 自由度 6 个以上 ② 动作形态
直角坐标 坐标形式 多关节型 圆柱坐标 极坐标
电动 驱动方式 ③ 驱动方式 气动 液压 弧焊： 弧焊：CO2/MAG/MIG/ TIG/Plasma/Laser 点焊：交流/直流 直流/凸焊 点焊：交流 直流 凸焊 ④ 用途 切割： 切割：Plasma/Laser/ 水/火焰 火焰 涂胶 装配 搬运 ……
一般电弧焊工件的外形轮廓尺寸分布
单位： 单位：mm 长度 ≤ 250 方向 长 (L) 宽 (W) 高 (H) 15% 40% 70% 250 – 500 – 1000 – 500 1000 1500 ≥ 1500 40% 30% 10% 5% 20% 10% 5% 3% 5% 2%
30% 15%
R
φ2
T θ
3）直角坐标型机器人： ）直角坐标型机器人： 运动范围： 运动范围：立方体 特点： 特点：结构简单 活动范围大 运动直观性强 缺点： 缺点：占地面积大 定位精度较低 动作灵活性较差 用途： 用途：大型机器人 φ
X
Z
Y T
4）多关节型机器人： ）多关节型机器人： 机器人 运动范围： 运动范围：近似于球体 特点： 特点：通用性强 动作灵活 活动范围大 缺点：运动直观性差 缺点： 运动控制较复杂 用途： 用途：通用型 S L T U R B
第二章_机器人的机械结构分析
关节型搬运机器人
关节型焊接机器人
第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
5、平面关节型 (Selective Compliance Assembly Robot Arm ，简称SCARA) 仅平面运动有耦合性，控制较通用关节型简单。运动灵活 性更好，速度快，定位精度高，铅垂平面刚性好，适于装 配作业。
SCARA型装配机器人
有较大的作业空间，结构紧凑较复杂，定位精度较低。
极坐标型机器人模型
2018/11/2
Unimate
机器人
第二章
机ห้องสมุดไป่ตู้人的机械结构
机器人的构型
4、关节坐标型 (3R) 对作业的适应性好，工作空间大，工作灵活，结构紧凑， 通用性强，但坐标计算和控制较复杂，难以达到高精度。
2018/11/2
关节型机器人模型
2、圆柱坐标型 (R2P)
结构简单紧凑，运动直观，其运动耦合性较弱，控制也较 简单，运动灵活性稍好。但自身占据空间也较大，但转动 惯量较大，定位精度相对较低。
圆柱坐标型机器人模型
2018/11/2
Verstran 机器人
Verstran 机器人
第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
3、极坐标型（也称球面坐标型）(2RP)
• 电动式
电源方便，响应快，驱动力较大，可以采用多种灵活的控制方案。
2018/11/2
第二章
机器人的机械结构
二、机器人的分类
1.按机器人的控制方式分类 （1）非伺服机器人 非伺服机器人按照预先编好的程序顺序进行工作， 使用限位开关、制动器、插销板和定序器来控制机器 人的运动。 （2）伺服控制机器人 通过传感器取得的反馈信号与来自给定装置的综合信 号比较后，得到误差信号，经放大后用以激发机器人 的驱动装置，进而带动手部执行装置以一定规律运动， 到达规定的位置或速度等，这是一个反馈控制系统。
工业机器人组成及分类
• 连续轨迹控制这种控制方式不仅要求机器人以一定精度达到目标点 而对运动的轨迹也有一定精度要求。运动轨迹是空间的连续曲线， 机器人在空间的整个运动过程都要控制，比较复杂。这种控制常用 于焊接、喷漆和检测等。
（二）按用途分
1、焊接机器人
2、搬运机器人
手部
手腕
执行 机构
手臂
机座
手部:又称抓取机构或夹持器，用于直接抓取工件或工具。此外，
在手部安装的某些专用工具，如:焊枪、喷枪、电钻、螺钉螺帽拧 緊器等可视为专用的特殊手部。 手腕：手腕是连接手臂和末端执行器的部件，用以调整末端执行 器的方位和姿态。 手臂：手臂是支撑手腕和末端执行器的部件。它由动力关节和连 杆组成。用以承受工件或工具载荷，改变工件或工具的空间位置， 并将它们送至预定的位置。
一、工业机器人的组成
控制系统 驱动系统 感知反馈系统
执行机构
天使之城
（一）控制系统
（1）控制系统的作用 控制系统是工业机器人的指挥中心。他控制工
业机器人按规定的程序动作。控制系统还可存储各 种指令（如动作顺序、运动轨迹、运动速度以及动 作的时间节奏等），同时还向各个执行元件发出指 令。必要时，控制系统汉对自己的行为加以监视， 一旦有越轨的行为，能自己排查出故障发生的原因 并及时发出报警信号。
驱动形式
电气
液压
气动
（三）感知反馈系统
通过速度、位置、触党、视觉等传感器检测机 器人的运动位置、运动速度和工作状态，并随时反 馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通 过控制系统进行调整，使执行系统精度达到设定的 位置状态。相当于人的感官和神经
（四）执行机构
相当于人的肢体。一种具有和人手臂相似的动 作功能，可在空间抓放物体就执行其他操作的 机械装置。 通常包括:机座、手臂、手腕和末端执行器(手 部)。
工业机器人的组成和分类
工业机器人的组成和分类工业机器人是由以下几个主要部分组成的：1. 机器体：机器体是机器人的主体部分，通常由金属材料制成，具有足够的强度和刚度来支持机器人的运动和操作。
2. 关节：关节是连接机器体的活动部件，用于实现机器人的多自由度运动。
关节通常由电机、减速器和传动机构组成，可以控制机器人的运动范围和速度。
3. 末端执行器：末端执行器是机器人的“手”，用于实现具体的操作任务。
末端执行器可以是夹持器、焊枪、喷涂枪等工具，也可以是传感器，用于检测和测量物体的属性。
4. 控制系统：控制系统是机器人的大脑，用于控制机器人的运动和操作。
控制系统通常由电脑、控制器和传感器组成，可以接收和处理来自外部的指令，并实时监测机器人的状态和环境。
5. 传感器：传感器是用于感知机器人周围环境的装置，可以获取物体位置、形状、颜色等信息，以及环境的温度、湿度、压力等参数。
传感器的数据可以帮助机器人做出合理的决策和动作。
根据机器人的功能和应用领域，工业机器人可以分为以下几类：1. 搬运机器人：主要用于物料搬运和装卸作业，通常配备有夹持器或吸盘等设备，可以自动将物体从一个位置搬运到另一个位置。
2. 焊接机器人：用于焊接金属零件和构件，可以通过程序控制实现高精度的焊接操作，提高焊接效率和质量。
3. 组装机器人：主要用于产品的组装和安装，可以根据拼装工艺和要求，自动进行零部件的装配。
5. 包装机器人：用于产品的包装和封装，可以自动将产品装入包装盒或袋中，并进行封口和封装操作。
6. 检测机器人：用于对产品进行质量检测和测量，可以通过传感器获取产品的尺寸、重量、外观等数据，并进行分析和比对。
工业机器人根据其功能和应用的不同，可以完成各种各样的工业操作和生产任务，提高生产效率和质量，并减少对人力资源的依赖。
机器人本体的五大组成
机器人本体的五大组成
机器人本体包括：驱动系统、机械系统、传感系统、控制系统和系统接口五大部分组成，下面来分类讲一下机器人本体包括哪几部分。
1、机械系统：机器人的机械本体机构基本上分为两大类，一类是操作本体机构，它类似人的手臂和手腕，另一类为移动型本体结构，主要实现移动功能。
2、驱动系统：工业机器人驱动系统又叫伺服单元的作用是使驱动单元驱动关节并带动负载按预定的轨迹运动。
已广泛采用的驱动方式有：液压伺服驱动、电机伺服驱动，气动伺服驱动，市场上主流的伺服电机厂家有安川、三菱、松下等。
3、控制系统：各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出。
机器人通常采用主计算机与关节驱动伺服计算机两级计算机控制，计算机控制系统包括电机驱动软件和轨迹控制软件。
4、传感系统：除了关节伺服驱动系统的位置传感器(称作内部传感器)外，还需要搭配视觉、力觉、触觉、接近等多种类型的传感器(称作外部传感器)。
5、输出/输入系统接口：为了与周边系统及相应操作进行联机与应答，会开放各种通信接口和人机通信装置。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Z
2）极坐标型机器人： 运动范围：球体
R
φ2
特点：占地面积小
活动范围大 动作较灵活 缺点：定位精度较低 用途：早期机器人
φ1
T θ
点焊、搬运
3）直角坐标型机器人： 运动范围：立方体 特点：结构简单 活动范围大 运动直观性强 缺点：占地面积大 定位精度较低
X
Z
Y
动作灵活性较差
用途：大型机器人
φ
T
4）多关节型 机器人：
第二章 机器人分类及结构
1. 2.
3.
4.
5.
机器人基本结构 机器人分类 各类机器人的结构特点 机器人的腕部结构 机器人机构运行
一、机器人系统的基本结构
机 械 手 总 成 基座 传动机构 机械手机构 末端执行器 内 部 传 感 器 驱动/控制器 控 制 器 软 硬 件 系统软件 机器人语言 控制算法软件 功能软件
END
3. 机械手概念图
S：Turning/Sweep L：Lower Arm
U：Upper Arm
R：Wrist Roll
B：Bend/ Pitch
T：Wrist Twist
示教盒
本体
控制柜
焊接机器人系统原理图
长 (L)
宽 (W) 高 (H)
15%
40% 70%
水平面（长×宽）：85-90% ≤1000mm × 1000mm 垂直面（高）： 85% ≤500mm
二、机器人的腕部结构
1. 焊接机器人的腕部动作：
焊接机器人的腕部与焊枪是刚性连接的
可视为一体式结构 由于焊接操作(特别是电弧焊)的特殊性，要求机器人腕部 设计考虑以下三个方面： 1）焊枪姿态控制的灵活性 2）实现曲线焊缝的灵活性 3）实现焊枪摆动的灵活性 现在的 3 轴 最初的 2 轴
机器人结构属于空间结构，主要运动形式：移动、转动
机器人自由度：机器人机构能够独立运动（包括移动和转 动）的关节（杆件）的数目。 6 自由度： 3 个自由度：空间定位 3 个自由度：姿态控制
各种运动机构的表示符号
序号 运动方式 正面 运动机能符号 侧面
1 2
3 4 5
平行移动 垂直移动
回转1 回转2 摆动1
环境及任务
外部 传感 器
示教盒
人
1. 焊接机器人的基本构成：
执行机构：本体
控制系统
焊接机器人 驱动系统
控制柜、示教盒 焊接电源
外围设备
变位机 工装
其他
2. 机器人分类：
自动重复型 控制功能 智能型 自主式 ① 控制系统 编程方式 示教再现 数控 点位 运动控制 连续轨迹
4-6 个自由度 自由度 6 个以上
运动范围：近似于球体 特点：通用性强 动作灵活 活动范围大 S L T U R B
缺点：运动直观性差
运动控制较复杂 用途：通用型
一般电弧焊工件的外形轮廓尺寸分布
单位：mm 长度 ≤ 250 方向 250 – 500 – 1000 – 500 1000 1500 ≥ 1500 40% 30% 10% 5% 30% 15% 20% 10% 5% 3% 5% 2%
7. 驱动方式：交流伺服
AC Servo
8. 定位方式：绝对编码器 ABS 9. 存储容量：200,000 步 + 10,000 条指令
② 机器人的动作形态和坐标系：
1）圆柱坐标型机器人： 运动范围：圆柱体 特点：占地面积小 活动范围大
R
φ
T
结构紧凑
定位精度高 缺点：负载能力dv/dt↑→ F↑
t
2）定位方式
定位方式决定了机构的运动/位置精度 接近开关：0.1 – 1 mm 机械挡板：0.01 – 0.1 mm 编码器：0.036°（2500线，4分频）
2. 防振：
振动问题影响运动精度（轨迹精度、定位精度）
机器人的振动：机械结构共振和速度冲击振动
6 7
8
摆动2 行走
固定基础
Motoman MA1400机器人的主要技术参数
1. 抓重：表明机器人的负载能力 3 Kg
2. 自由度：可控制的轴数
6轴
3. 重复定位精度：运动控制水平 ± 0.08mm 4. 运动速度：本体机构设计 220°/s - 610°/s （各轴） 5. 运动范围：本体机构设计 最大工作半径 1434 mm 6. 机器人本体重量 ：130Kg
② 动作形态
直角坐标 多关节型
坐标形式
圆柱坐标 极坐标
电动
③ 驱动方式 气动
液压
弧焊：CO2/MAG/MIG/ TIG/Plasma/Laser 点焊：交流/直流/凸焊 ④ 用途 切割：Plasma/Laser/ 水/火焰 涂胶 装配 搬运
……
3. 机器人结构形式及特点：
① 机器人的运动自由度：
2. 机器人的腕部结构：
三、机器人的机构运行
机器人运行的最基本要求： 运动平稳、重复定位精度高 以上要求主要涉及： 机器人机械结构设计、控制器（控制和驱动）设计
1. 定位与缓冲：
影响机器人运动稳定性： 惯性冲击力、定位方式、结构刚性、控制系统品质
1）惯性冲击力
F = W · Δt /g = W· ΔV/ dv/dt /g F：惯性冲击力 W：机器人运动构件总重量 ΔV：运动速度变化量