工业机器人基本主要构成部分
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。
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。
工业机器人组成及工作原理
(2)有效负载(Payload) 有效负载是指机器人操作机在工作时臂端可能搬运 的物体重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作机的负荷能力。
控制信息
• 顺序信息：各种动作单元（包括机械手和外围设备） 按动作先后顺序的设定、检测等。
• 位置信息：作业之间各点的坐标值，包括手爪在该 点上的姿态，通常总称为位姿（POSE）。
• 时间信息：各顺序动作所需时间，即机器人完成各 个动作的速度。
二、工业机器人的技术参数
表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、 运动精度、运动特性、动态特性等。
例：电装（DENSO）机械手
• 系统组成感知系统1感受系统由内部传感器4
模块和外部传感器模块
组成, 用以获取内部和
外部环境状态中有意义
的信息。
2
智能传感器的使用提高
了机器人的机动性、适
应性和智能化的水准。
3
智能传感器的使用提高了
机器人的机动性、适应性
和智能化的水准。
对于一些特殊的信息, 传 感器比人类的感受系统 更有效。
“自主控制”方式：是机器人控制中最高级、最复杂的控制方 式，它要求机器人在复杂的非结构化环境中具有识别环境和自 主决策能力，也就是要具有人的某些智能行为。
示教再现
– 示教－再现 即分为示教－存储－再现-操作四步进行。 • 示教：方式有两种：(1) 直接示教－手把手； (2) 间接示教－示教盒控制。 • 存储：保存示教信息。 • 再现：根据需要，读出存储的示教信息向机器人发 出重复动作的命令。
机器人基本构成
机器人基本构成机器人系统通常分为三大部分：机械部分、传感部分和控制部分；六个子系统：驱动系统、机械系统、感知系统、人机交互系统、机器人环境交互系统、控制系统等组成（如图1所示）。
图1 机器人系统的基本构成1.机械系统机械系统又称操作机或执行机构系统，由一系列连杆、关节或其他形式的运动部件组成，通常包括机座、立柱、腰关节、臂关节、腕关节和手爪等，构成多自由度机械系统。
工业机器人机械系统由机身、手臂和末端执行器组成，机身可具有行走机构，手臂一般有上臂、下臂和手腕组成，末端执行器直接装在手腕上，可以是两手指或多手指手爪，可以是喷漆枪、焊枪等作业工具。
2.驱动系统驱动系统主要指驱动机械系统的机械装置，根据驱动源不同可分为电动、液压、气动三种或三者结合一起的综合系统；驱动系统可以直接与机械系统相连，或通过皮带、链条、齿轮等机械传动机构间接相连。
3.感知系统感知系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，获取内部和外部环境状态信息，确定机械部件各部分的运行轨迹、状态、位置和速度等信息，使机械部件各部分按预定程序和工作需要进行动作。
智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化水平。
人类感知系统对外部信息获取比较灵巧，但一些特殊信息传感器感知更有效。
4.控制系统控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构完成规定的运动和功能。
若不具备信息反馈特种，则为开环控制系统；具备信息反馈特征则为闭环控制系统。
根据控制原理可分为程序控制系统，适应性控制系统，人工智能控制系统；根据控制运动形式分为点位控制和轨迹控制。
5.交互系统机器人-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。
机器人可以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、设备、零件存储装置等集成为一个可执行复杂任务的功能单元。
人机交互系统是操作人员参与机器人控制并与机器人进行联系的装置，如计算机终端、指令控制台、信息显示板及危险信号报警器等。
工业机器人的基本组成及技术参数
2
智能传感器的使用提高 了机器人的机动性、适 应性和智能化的水准。 智能传感器的使用提高了 机器人的机动性、适应性 和智能化的水准。
3
机器人系统组成分析
驱动系统
机械结构系统 感受系统 机器人－环境交互系统
人机交互系统 控制系统
4、机器人－环境交互系统
1、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。 2、工业机器人与外部设备集成为一个功能单元
o
o
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。
3．工作范围:
指机器人末端操作器所能到达的区 域。
4．工作速度：
指机器人各个方向的移动速度或 转动速度。这些速度可以相同，可以 不同。
（d）平面型
关节坐标式
习 题
1. 简述工业机器人的定义。
2. 简述工业机器人的主要应用场合。 这些场合有什么特
点？ 3. 说明工业机器人的基本组成及各部分之间的关系。 4. 简述工业机器人各参数的定义: 自由度、 重复定位精 度、工作范围、工作速度、承载能力。 5. 工业机器人按坐标形式分为哪几类? 各有什么特点？
机构运动简图
（a）表示手指（末端执行器）； （b）表示垂直、升降运动； （c）表示水平伸缩运动； （d）表示回转运动； （e）表示俯仰运动。
注意：不同的书上，运动简图的符号表示可能不一样。
直角坐标式
圆柱坐标式
球坐标式
3 6 2 4
3
4 6 5
5
1
2
1
（a）直接驱动型
（b）平行连杆型
简述工业机器人的基本组成部分。
简述工业机器人的基本组成部分。
x
工业机器人的基本组成部分包括：
1、机器人本体：由控制系统、传动系统、机械结构等组成。
2、动力源：通常使用电力驱动，也可使用其他动力源，如气动、液压等。
3、机器视觉系统：包括定位系统、检测系统等，实现物体的视觉定位和检测。
4、传感器：能够探测外部环境的变化，并将变化信息输入到控制系统中。
5、机器手臂：主要由多个关节组成，实现机器人的操作空间的控制。
6、操作系统：能够根据任务程序和参数设定，实现机器人的自动控制。
工业机器人概述
工业机器人概述摘要：工业机器人由操作机(机械本体) 、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动生产设备。
关键词：工业机器人；由来；发展；应用领域0引言工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人，是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的专门系统。
它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
因其灵活性高、输出功率大、定位精确的特点，工业机器人被广泛应用于制造业的各个环节。
高质、稳定的运转工作，工业机器人为所在行业的高效生产和稳定质量起到重要作用。
图1工业机器人1工业机器人的由来1920年捷克作家卡雷尔•查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词，剧中机器人“ Robot ”这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表，特征和功能的机器，是一种人造的劳力。
它是最早的工业机器人设想。
20世纪40年代中后期，机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。
50年代以后，美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手，如图0.2所示, 这是一种主从型控制系统，主机械手的运动。
系统中加入力反馈，可使操作者获知施加力的大小，主从机械手之间有防护墙隔开，操作者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的监视，主从机械手系统的出现为机器人的产生为近代机器人的设计与制造作了铺垫。
1954 年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。
该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。
这就是所谓的示教再现机器人。
现有的机器人差不多都采用这种控制方式。
1959年UNIMATION公司的第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。
UNIMATION勺VAL (very advantage Ianguage)语言也成为机器人领域最早的编程语言在各大学及科研机构中传播，也是各个机器人品牌的最基本范本。
工业机器人技术3 工业机器人的基本组成及技术参数
1.主要技术参数
以FANUC机器人LR Mate 200iD为例，其主要技术参数 表如表所示。
表1-3-1LR Mate 200iD 主要技术参数
知识准备
二、工业机器人主要技术参数
1.主要技术参数
1.2.作业空间和安装要求
由于垂直串联等结构的机器人工 作范围是三维空间的不规则球体，为 了便于说明，产品样本中一般需要提 供如图 所示的详细作业空间图。
•
运动速度影响机器人的工作效率和运动周期，它与机器人所提取的重力和位置精度均有密切的关系。运
动速度提高，机器人所承受的动载荷增大，必将承受着加减速时较大的惯性力，从而影响机器人的工作平稳性
和位置精度。
•
就目前的技术水平而言，通用机器人的最大直线运动速度大多在1000mm/s以下，最大回转速度一般不
超过120°/s。
讨论问题
工业机器人由哪些部分组成的？ 工业机器人的主要技术参数有哪些？
小结
本堂课我们学习了工业机器人的基本组成，介绍了工业 机器人的重要基本参数，为机器人的本体结构和手部结构
的学习奠定了基础。
谢谢观看
知识准备
二、工业机器人主要技术参数
3.自由度
3.1机器人的关节
在机器人机构中，两相邻的连杆之间有一个公共
的轴线，两杆之同允许沿该轴线相对移动或绕该轴
线相对转动，构成一个关节。
机器人关节的种类决定了机器人的运动自由度，
转动关节、移动关节、球面关节和虎克铰关节是机
器人机构中经常使用的关节类型。
球这面种虎这关关克种节 节铰 关转做移对：具关节动相动移S有节有关对，关动：23节转允节，个个T：动许：移，自自R，两P动允由由，表转连距许度度它示角杆离两。允，为之为个许它θ间d连，两允，有杆这相许这3之种邻种两种间关连独相关有节杆立邻节2有绕的连有种1着相杆1相个个关对沿对自自节转关移由由轴动节动度度线，轴，。。线做相
- 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)。
工业机器人基本主要构成部分
工业机器人广泛使用在产业制造上，汽车制造、电器、食品等，能替代反复机器式操纵工作，是靠本身动力和控制才能来实现种种功用的一种机器。
它能够承受人类指挥，也能够按照事先编排的程序运转。
如今我们讲讲工业机器人基本主要构成部分。
1.主体
主体机械即机座和实行机构，包括大臂、小臂、腕部和手部，构成的多自由度的机械系统。
有的机器人另有行走机构。
工业机器人有6个自由度乃至更多腕部通俗有1～3个活动自由度。
2.驱动系统
工业机器人的驱动系统，按动力源分为液压，气动和电动三大类。
依据需求也可由这三种范例组合并复合式的驱动系统。
或者通过同步带、轮系、齿轮等机械传动机构来间接驱动。
驱动系统有动力装置和传动机构，用以实行机构发生相应的动作，这三类根本驱动系统的各有特点，现在主流的是电动驱动系统。
由于低惯量，大转矩交、直流伺服电机及其配套的伺服驱动器(交换变频器、直流脉冲宽度调制器)的普遍接纳。
这类系统不需能量转换，运用方便，控制灵敏。
大多数电机后面需安装精细的传动机构：减速器。
其齿运用齿轮的速率转换器，将电机的反转数减速到所要的反转数，并得到较大转矩的装置，从而降低转速，添加转矩,当负载较大时，一味提升伺服电机的功率是很不划算的，能够在适宜的速率范畴内通过减速器来进步输出扭矩。
伺服电机在低频运转下容易发热和出现低频振动，长时间和重复性的工作不利于确保其准确性、牢靠地运转。
精细减速电机的存在使伺服电机在一个适宜的速率下运转，加强机器体刚性的同时输出更大的力矩。
如今主流的减速器有两种：谐波减速器和RV减速
3.控制系统。