工业机器人常见的关节类型
1. 旋转关节（Revolute joint）：工业机器人中最常见的关节类型，它可以使机械臂沿着一条旋转轴进行运动。
2. 滑动关节（Prismatic joint）：滑动关节可以使机械臂沿着一个直线轴进行运动。
3. 角度限制关节（Limited rotation joint）：该关节类型使机械臂的摆臂限定在特定的角度范围内，通常由机械位置限位器、电气位置限位器或编码器等设备实现。
4. 弹性关节（Compliant joint）：这种关节具有可调节刚度和柔韧性的特性，可以使机械臂在接触到物体时具有某种程度的弹性。
5. 复合关节（Compound joint）：该关节将两个关节组合在一起，以实现更广泛的机械运动范围。
6. 连杆式关节（Linkage joint）：该关节类型采用连杆来实现机械臂的运动，通常用于复杂的运动控制。
7. 人工关节（Artificial joint）：人工关节是一种仿生学设计，它采用类似人类关节的结构和运动方式，能够实现精细的机器人运动。
1.1工业机器人的分类 工业机器人对现在新兴产业的发展和传统产业的转型都起着至关重要的作用。现在越来越广泛的应用于各行各业，随着工业机器人市场的火爆，其种类也是花样百岀。关于工业机器人的分类，国际上并没有制左统一的标准，有的按负载重量分，有的按控制方式分，有的按结构分，有的按应用领域分，按机器人的发展等级可大致分为以下几种，见表1° 1.1.1根据机械结构（坐标形式）分类 工业机器人按其几何结构形式来分，可归为两大类：串联机器人与并联机器人。 串联机器人是开式运动链，它是由一系列连杆通过转动关节或移动关节串联而成。关节 由驱动器驱动，关节的相对运动导致连杆的运动，使手爪到达一定的位姿。如图1・1所示。
图1・1 KUKA六轴关节机器人 并联机器人可以沱义为动平台和立平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机器人，如图1・2所示。 图1・2 IRB 360 FlexPicker并联机器人 1.1.1.1串联机器人 串联机骼人的机构运动特征是用其坐标特性来描述的。按基本动作机构，工业机器人通常可分为柱坐标机器人、球坐标机器人、笛卡尔坐标机器人和多关节型机器人。 1.柱坐标机器人 当水平臂或杆架安装在一垂直柱上，而该柱又安装在一个旋转基座上，这种结构可称为柱坐标机器人，如图1 ・3所示。柱坐标机器人具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间 呈圆柱体。其运动特点如下：
•手臂可伸缩（沿r方向） •滑动架（或托板）可沿柱上下移动（z轴方向） •水平臂和滑动架组合件可作为基座上的一个整体而旋转（绕z轴） 一般旋转不允许超过360°,因为有液压、电气或气动联接机构或连线造成的这种约束。 根据机械上的要求，其手臂伸出长度有一最小值和最大值，所以机器人总的体积或其工作包络范围呈圆柱体。 2.球坐标机器人 球坐标机器人的空间位這分别由旋转、摆动和平移3个自由度确定。由于机械和驱动连 线的限制，机器人的工作包络范围是球体的一部分，如图1斗所示。 图1-4球坐标机器人示意图 貝工作特点如下： •手臂可伸出缩回范围R.类似于可伸缩的望远镜套筒
关节型工业机器人操作机的基本构造 关节型工业机器人是一种具有多个关节的机器人，它的基本构造由机械结构、电气控制系统和操作系统组成。 机械结构是关节型工业机器人的基本构成部分之一。它由多个关节连接而成，每个关节都具有自由度，可以实现多轴运动。关节通常由电机、减速器、编码器等组成，通过控制系统驱动，实现机器人的各种运动。机械结构的设计和制造需要考虑机器人的载荷、工作空间、速度、精度等因素，以满足不同应用场景的需求。 电气控制系统是关节型工业机器人的另一个重要组成部分。电气控制系统包括电机驱动器、传感器、控制器等。电机驱动器通过对电机施加电流和电压来控制关节的运动。传感器用于获取机器人周围环境的信息，如位置、力量、视觉等。控制器则用于处理传感器反馈的信息，并根据预设的程序和算法控制机器人的运动。电气控制系统的稳定性和精度对机器人的运动性能和工作效率起着至关重要的作用。 操作系统是关节型工业机器人的核心。操作系统负责控制机器人的各个关节，实现机器人的运动轨迹规划、路径规划和碰撞检测等功能。操作系统通常由上位机和下位机组成，上位机用于编写机器人的控制程序和算法，下位机用于实时控制机器人的运动。操作系统的设计和开发需要考虑机器人的应用需求、算法复杂度和实时性等
因素，以保证机器人能够稳定、高效地完成各种任务。 关节型工业机器人的基本构造包括机械结构、电气控制系统和操作系统。机械结构提供机器人的运动自由度，电气控制系统实现关节的驱动和传感器反馈的信息处理，操作系统负责控制机器人的运动轨迹规划和路径规划等功能。这些组成部分共同协作，使关节型工业机器人能够在各种工业应用场景中发挥重要作用，提高生产效率和质量。
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。 工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。 工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行 机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。 工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。 示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。 具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。
上图为常见的六轴关节机器人的机械结构,六个伺服电机直接通过谐波减速器、同步带轮等驱动六个关节轴的旋转,注意观察一、二、三、四轴的结构，关节一至关节四的驱动电机为空心结构，关节机器人的驱动电机采用空心轴结构应该不常见，空心轴结构的电机一般较大。采用空心轴电机的优点是：机器人各种控制管线可以从电机中心直接穿过，无论关节轴怎么旋转，管线不会随着旋转，即使旋转，管线由于布置在旋转轴线上，所以具有最小的旋转半径。此种结构较好的解决了工业机器人的管线布局问题。对于工业机器人的机械结构设计来说，管线布局是难点之一，怎样合理的在狭小的机械臂空间中布置各种管线（六个电机的驱动线、编码器线、刹车线、气管、电磁阀控制线、传感器线等），使其不受关节轴旋转的影响，是一个值得深入考虑的问题。 在这三种手腕部的结构中,以第一种(RBR型)结构应用最为广泛,它适应于各种工作场合,后两种结构应用范围相对较窄,比如说3R型的手腕结构主要应用在喷涂行业等。关节设计: 对于国外的工业机器人主要制造国家来说,六轴关节机器人的研发设计及制造已经有好几十年的历史了,整个工业机器人的研发制造体系较为完善,他们的技术相对来说比较成熟,他们在相互竞争中可以相互模仿、改善、不断推陈出新,他们的技术对于国内来说,近乎完美.而国内目前这个行业还处在黎明前的黑暗阶段,虽然有不少公司有这个研发意图,或者正在研发途中,不管怎么说,浮出水面公布自己正在研发或者研发成功的公司应该说是极少数,即使宣布自己研发成功,也只是初步试验成功,真正产业化、商品化还有一段相当漫长的路要走.而更多的公司还停留在项目立项、技术评估、投入风险分析的阶段.由于国内做这个行业的很少,相关的结构也没有什么可参考的,技术储备不足,少数的单位或个人有机会能够拆拆别人的机器,拆个一知半解,更多的人只能在旁边看看了(比如说我,想拆都没机会^_^),还好了,网络资源丰富,今搜集到不少机械结构方面的图片,分享给大家参考,希望咱们做机械设计的(我应该也算是个机械工程师啊^_^毕竟我也是做机械的)少走点弯路,做出更好的机器. 六轴关节机器人的腕部关节设计较为复杂,因为在腕部同时集成了三种运动.小型的六轴关节机器人的腕部关节主要采用谐波减速器.下面的图片较为详细的描述了常见的六轴关节机器人的腕部结构。
工业机器人的基本结构 工业机器人是一种用于自动化生产的机器人系统，它具有复杂的结构和多样的功能。下面将介绍工业机器人的基本结构。 工业机器人主要由机械结构、传感器、控制系统和执行器四个主要部分组成。 一、机械结构 工业机器人的机械结构是机器人的骨架，它决定了机器人的外形和运动能力。机械结构包括机器人的机身、关节、连杆、末端执行器等部分。 1. 机身：机身是机器人的主体部分，承载着各个关节和执行器。一般采用铝合金、钢材或碳纤维等材料制作，具有较强的刚性和轻量化特性。 2. 关节：关节是连接机身和连杆的部分，用于实现机器人的运动。根据运动方式的不同，关节可以分为旋转关节和直线关节。旋转关节可以使机器人在水平方向上旋转，而直线关节可以使机器人在垂直方向上进行上下运动。 3. 连杆：连杆是连接关节和末端执行器的部分，它们通过关节的旋转和直线运动，使机器人能够完成各种复杂的任务。连杆一般采用铝合金或钢材制作，具有一定的刚性和强度。
4. 末端执行器：末端执行器是机器人的“手”，用于实现机器人的具体操作。常见的末端执行器包括夹爪、焊枪、刀具等，不同的末端执行器适用于不同的工作任务。 二、传感器 传感器是工业机器人的感知器官，用于获取周围环境的信息，帮助机器人做出相应的动作。常见的传感器包括视觉传感器、力传感器、位置传感器等。 1. 视觉传感器：视觉传感器可以通过拍摄和分析图像，实现对物体的识别、定位和测量。它可以帮助机器人在不同的工作环境中准确定位和操作物体。 2. 力传感器：力传感器可以测量机器人施加在物体上的力和力矩，帮助机器人控制力的大小和方向，实现精确的操作和装配。 3. 位置传感器：位置传感器可以测量机器人各个关节的位置和姿态，提供给控制系统进行运动控制。常见的位置传感器有编码器、陀螺仪等。 三、控制系统 控制系统是工业机器人的大脑，负责对机器人进行运动控制和任务规划。它由硬件和软件两部分组成。
工业机器人基本构成 工业机器人是指在工业生产中用于执行各种任务的机器人。它是由多个组成部分构成的复杂系统。下面将详细介绍工业机器人的基本构成。 1. 机械结构：工业机器人的机械结构通常由臂部、关节、手腕等组成。臂部是机器人的主体部分，可以用于执行各种动作。关节是连接臂部的关节，通过关节的转动使机器人能够完成各种姿势的变化。手腕是机器人的末端，可以用于抓取、放置物体等操作。机械结构的设计直接影响机器人的灵活性和精度。 2. 传感器系统：工业机器人通常配备有各种传感器，用于感知周围环境和工作对象的状态。常见的传感器包括视觉传感器、力传感器、触觉传感器等。视觉传感器可以用于识别和定位物体，力传感器可以用于测量机器人与物体之间的力，触觉传感器可以模拟人手的触感。传感器系统为机器人提供了实时的环境信息，使其能够根据需要做出相应的动作。 3. 控制系统：工业机器人的控制系统是整个系统的核心部分，用于控制机器人的运动和执行任务。控制系统通常由控制器、编码器和驱动器等组成。控制器是机器人的大脑，负责接收传感器的信号并做出相应的决策，编码器用于测量机器人的位置和速度，驱动器用于控制机器人的电机和执行器。控制系统的设计和优化是确保机器
人运动精度和稳定性的关键。 4. 电源与供电系统：工业机器人需要稳定的电源来提供动力。电源系统通常由电源装置和供电线路组成。电源装置负责将外部电源的电能转换为机器人所需的电能，并提供稳定的电压和电流。供电线路用于将电能传输到机器人的各个部分。电源与供电系统的设计需要考虑到机器人的功率需求和供电的可靠性。 5. 程序与算法：工业机器人的操作需要事先编写好的程序和算法。程序用于描述机器人的动作和任务流程，算法用于实现机器人的自主决策和路径规划。程序和算法的设计需要考虑到机器人的任务需求和工作环境的特点。优化的程序和算法可以提高机器人的工作效率和精度。 工业机器人的基本构成包括机械结构、传感器系统、控制系统、电源与供电系统以及程序与算法。这些组成部分相互配合，使机器人能够完成各种复杂的工业任务。随着科技的不断发展，工业机器人的构成也在不断演进，越来越多的先进技术被应用于机器人系统中，为工业生产带来了巨大的改变和提升。
工业机器人的关节结构 工业机器人是一种用于完成各种生产任务的自动化设备，其关节结构起着至关重要的作用。关节结构是机器人身体的基础组成部分，它决定了机器人的运动能力、承载能力和精度等方面的特性。本文将围绕工业机器人的关节结构展开讨论。 一、旋转关节 旋转关节是工业机器人最常见的关节结构之一。它允许机器人在水平方向上进行旋转运动。旋转关节通常由电机、减速装置和传动装置组成。电机提供动力，减速装置降低电机输出的转速，传动装置将转动力矩传递给机器人的臂部或末端执行器。旋转关节的结构紧凑，运行稳定，适用于需要大范围旋转的应用场景。 二、转动关节 转动关节是工业机器人另一种常见的关节结构。它允许机器人在垂直方向上进行转动运动。转动关节通常由电机、减速装置和传动装置组成，类似于旋转关节的结构。转动关节的运动轴线与地面垂直，可以实现上下方向的运动，适用于需要抬升和放置物体的应用场景。 三、直线关节 直线关节是工业机器人的另一种关节结构。它允许机器人在水平方向上进行直线运动。直线关节通常由电机、减速装置和导轨组成。电机提供动力，减速装置降低电机输出的转速，导轨提供导向和支
撑作用。直线关节的特点是运动平稳、精度高，适用于需要准确定位和移动物体的应用场景。 四、倾斜关节 倾斜关节是一种特殊的关节结构，它可以实现工业机器人的倾斜运动。倾斜关节通常由电机、减速装置和传动装置组成，类似于旋转关节的结构。倾斜关节的运动轴线与地面倾斜，可以实现倾斜和旋转的复合运动，适用于需要斜面操作的应用场景。 五、并联关节 并联关节是一种特殊的关节结构，它由多个关节组成并联连接。并联关节的特点是具有较高的承载能力和刚度，可以实现复杂的运动轨迹和重量搬运任务。并联关节常见的结构包括球节关节、万向关节和伸缩关节等。这些关节可以灵活地组合和布置，提高机器人的运动自由度和适应性。 六、其他关节结构 除了上述常见的关节结构，还有一些其他类型的关节结构。例如，滑动关节可以实现机器人的平移运动；柔性关节可以模拟人体肌肉的柔韧性；回转关节可以实现机器人的旋转和抓取功能。这些关节结构的应用范围较为特殊，适用于特定的工业领域和任务需求。 总结起来，工业机器人的关节结构是实现机器人运动和功能的基础。旋转关节、转动关节、直线关节、倾斜关节和并联关节等不同类型
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。
机器人的结构形式及各类结构的特点 摘要：如今机器人已被广泛应用于机械、印刷机械、汽车工业、食品生产工业、药品生产工业、电子工业、机器制造业和化妆品生产等行业，不同领域因其需要的多样性和特殊性，也导致机器人在结构形式上存在多样性和特殊性。 关键字：结构形式，结构坐标系 2011302590173 刘亚辉 遥感信息工程学院
一、引言 机器人按ISO 8373定义为：位置可以固定或移动，能够实现自动控制、可重复编程、多功能多用处、末端操作器的位置要在3个或3个以上自由度内可编程的工业自动化设备。这里自由度就是指可运动或转动的轴。工业机器人按其结构形式及编程坐标系主要分类为关节型机器人、移动机器人、水下机器人和直角坐标机器人等。按主要功能特征及应用分为移动机器人、水下机器人、洁净机器人、直角坐标机器人、焊接机器人、手术机器人和军用机器人等。机器人学涉及到机器人结构，机器人视觉，机器人运动规划，机器人传感器，机器人通讯和人工智能等许多方面，不同用处的机器人涉及到不同的学科，下面仅对这些机器人的结构和应用进行简单介绍。 机器人按照结构坐标系特点方式分类可分为：直角坐标机器人，圆柱坐标型机器人，极坐标机器人，多关节机器人等。 机器人按照机身结构特点可分为：升降回转型机身结构，俯仰型机身结构，直移型机身结构，类人机器人机身结构等。 二、各种结构坐标系 1、直角坐标系机器人 直角坐标型机器人结构如图所示，它主要是以直线运动轴为主，各个运动轴通常对应直角坐标系中的X轴，Y轴和Z轴，一般X轴和Y轴是水平面内运动轴，Z轴是上下运动轴。在一些应用中Z轴上带有一个旋转轴，或带有一个摆动轴和一个旋转轴。在绝大多数情况下直角坐标机器人的各个直线运动轴间的夹角为直角。 直角坐标型机械手可以在三个互相垂直的方向上作直线伸缩运动，这类机械手各个方向的运动是独立的，计算和控制比较方便，但占地面积大，限于特定的应用场合，有较多的局限性。 2、圆柱坐标机器人 圆柱坐标型机器人的结构如下图所示，R、θ和x为坐标系的三个坐标，其中R、是手臂的径向长度，θ是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置。如果机器人手臂的径向坐标R保持不变，机器人手臂的运动将形成一个圆柱表面。
工业机器人的分类，你知道几种？ 导语：一般直角坐标型工业机器人的手臂可以垂直上下移动（Z轴方向），并可以沿着滑架和横梁上的导轨进行水平二维平面的移动（X、Y方向）。显然直角坐标型工业机器人有三个移动关节，即3个自由度。 导读：一般直角坐标型工业机器人的手臂可以垂直上下移动（Z 轴方向），并可以沿着滑架和横梁上的导轨进行水平二维平面的移动（X、Y方向）。显然直角坐标型工业机器人有三个移动关节，即3个自由度。 1、直角坐标型工业机器人 手部空间的位置变化是通过沿着三个相互垂直的轴线移动来实现，常用于生产设备的上下料和高精度的装配和检测作业。一般直角坐标型工业机器人的手臂可以垂直上下移动（Z轴方向），并可以沿着滑架和横梁上的导轨进行水平二维平面的移动（X、Y方向）。显然直角坐标型工业机器人有三个移动关节，即3个自由度。 优点：
·结构简单； ·编程容易，在X、Y、Z三个方向的运 动没有耦合，便于控制系统的设计； ·直线运动速度快，定位精度高，蔽障性能较好； 缺点和问题： ·动作范围小，灵活性较差； ·导轨结构较复杂，维护比较困难，导轨暴露面大，不如转动关节密封性好； ·结构尺寸较大，占地面积较大； ·移动部分惯量较大，增加了对驱动性能的要求； GND@ZLA4_LDBYHDCY（（BEKH
2、圆柱坐标型工业机器人 圆柱坐标型工业机器人结构示意图如图所示，有两个移动关节和一个转动关节，末端操作器的安装轴线的位姿由（z，r，θ）坐标予以表示，其主体具有3个自由度：腰部转动、升降运动、手臂伸缩运动。 优点： ·控制精度较高，控制较简单，结构紧凑； ·对比直角坐标形式，在垂直和经向的两个往复运动可以采用伸缩套简式结构，在腰部转动时可以把手臂缩回，从而减少转动惯量，改善了力学负载。 ·空间尺寸较小，工作范围较大，末端操作器可获得较高的运动速度。 缺点和问题： ·由于机身结构的原因，手臂不能到达底部，末端操作器离z轴愈远，减小了机器人的工作范围，其切向线位移的分辨精度就愈低。
一.填空。 1.机器人常用的两种关节是什么？P7 移动关节、转动关节 2.在技术设计中，机器人需要确定哪些基本参数？P17 机器人的自由度数目、作业范甬、承載能力、运动速度及定位精度等 3.机器人常用的直线运动驰动装豐有哪些？P21 齿轮齿条装置、普通丝杠、滚珠丝杠、液压（气压）缸 4.机器人常用的旋转运动传动装置有哪几种？P22-25 齿轮链、同步带传动装置、谐波齿轮、摆线针轮传动减速器 5.机器人机械系统主要由哪几部分组成？P9 机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统 6.工业机器人按照臂部关节沿坐标轴的运动形式的不同町分为几类？P7 直角坐标型、圆柱坐标型、球（极）坐标型、关节坐标型、SCARA型 7.机器人常用的驱动方式有哪几种？P19 液压驱动、气压驱动、电气驱动 8.根据夹持原理不同，工业机器人手部分为哪几种？P38 机械钳爪式、吸附式 9.简述工业机器人的组成部分及其作用。P9-11 工业机器人系统包拆机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统。其中，机械系统用于执厅机械运动和任务，相当于人的身；控制系统用于驱动机械系统动作，相为于人的肌肉：控制系统用于控制执行机构，完成规定的工作，相当于人的人脑：感知系统用于获取机器人内外部信息，相当于人的五官。 10.简述方向余弦矩阵的基本特点。P51 方向余弦矩阵是止交矩阵，即矩阵中每行和每列中元素的平方利为1，两个不同列或不同行中对应元素的乘枳之和为0。 11.简述常见工业机器人的控制方式。P99-100 点位控制和连续轨迹控制、力（力矩）控制方式、智能控制方式、示教•再现控制 12.工业机器人系统总体设计主要包括哪几方面的内容？P16-19 系统分析、技术设计。其中，技术设计包括机器人基本参数的确定、机器人运动形式的选择、拟定检测传感系统框图、确定控制系统总方案，绘制框图、机械纟人构役计。 13.什么是机器人运动学逆解的多垂性？P73 在求解机器人逆运动学问题的过程中通常需要接反三角函数方程，这町能会出现多个解的情况，这种现象称为运动学逆解的多重性。 14.简述点位控制和连续轨迹控制，并举例说明他们在工业上的运用。P99-100 点位控制和连续轨迹控制。其中，点位控制要求机器人末端以一定的姿态尽快且无超调地实现相邻点之间的运动，但对相邻点之间的运动轨迹不做具体要求；主要运用于从卅在印刷电路板上安插元件、点悍、搬运及上/卜料等作业的工业机器人。连续轨迹控制要求机器人末端沿预定轨迹运动，即在运动轨迹上任总特定数量的点处停留：主要运用于从爭弧焊、喷漆、切割等作业的工业机器人。 15.内部传感器由几部分组成？P118 内部传感器通常由位置、速度及加速度传感器等组成。 16.外部传感器进一步可分为什么？P119 外部传感器进一步町分为木端操作器利坏境传感器。 17.常见的位置和位移传感器P121
[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。 如图2-17所示滚珠丝杠螺母里的滚珠经过研磨的导槽循环往复传递运动与动力。滚珠丝杠的传动效率可以达到90% 4. 液(气)压缸 液(气)压缸是将液压泵(空压机)输出的压力能转换为机械能、做直线往复运动的执行元件,使用液(气)压缸可以容易地实现直线运动。液(气)压缸主要由缸筒、缸盖、活塞、活塞杆和密封装置等部件构成,活塞和缸筒采用精密滑动配合,压力油(压缩空气)从液(气)压缸的一端进入,把活塞推向液(气)压缸的另一端,从而实现直线运动。通过调节进入液(气)压缸液压油(压缩空气)的流动方向和流量可以控制液(气) 压缸的运动方向和速度。
由于机器人是耦合的非线性动力学系统，严格来说，各关节的控制必须考虑各关节之m/s），由速度项引起的非线性作用也可以忽略。另外，工业机器人常用直流伺服电动机作为关节驱动器，由于直流伺服电动机转矩不大，在驱动负载时通常需要减速器，其减速比往往接近100，而负载的变化（如由于机器人关节角度的变化，转动惯量发生变化）折算到电动机轴上时要除以减速比的二次方，因此电动机轴上负载变化很小，可以看做定常系统。各关节之间的耦合作用，也会因减速器的存在而受到极大的削弱，于是工业机器人系统就变成了一个由多关节（多轴）组成的各自独立的线性系统。下面分析以直流伺服电动机为驱动器的单关节控制问题。 图1 直流伺服电动机驱动机器人关节的简化模型 直流伺服电动机驱动机器人关节的简化模型如图1所示。图中符号含义分别如下：u为电枢电压（V）；v为励磁电压（V）；R为电枢电阻(Ω）；L为电枢电感（H）；i为电枢绕组电流（A）；τ1为电动机输出转矩（N · m) ；k t为电动机的转矩常数（N · m/A)；τ2为通过减速器向负载轴传递的转矩（N · m);J1为电动机轴的转动惯量（kg ·m2）；B1为电动机轴的阻尼系数（N · m /(rad/s));θ1为电动机轴转角（rad）；θ2为负载轴转角（rad）；z1为电动机齿轮齿数；z2为负载齿轮齿数；J2为负载轴的转动惯量（kg · m2）；B2为负载轴的阻尼系数（N · m /(rad/s)。 由图1可知，直流伺服电动机经传动比为n=z2/z1的齿轮箱驱动负载，这时负载轴的输出转矩将放大n倍，而转速则减至原来的1/n，即τ2=nτ1,ω1=nω2或θ1=nθ2。 另外，在高速工业机器人中往往不通过减速器而采用电动机直接驱动负载的方式。近年来低速大力矩电气伺服电动机技术不断进步，已可通过将电动机与机械部件（滚珠丝杠）直接连接，使开环传递函数的增益增大，从而实现高遠、高精度的位置控制。这种驱动方式称为直接驱动(direct drive)。 PID控制是自动化中广泛使用的一种反馈控制，其控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成，利用信号的偏差值、偏差的积分值、偏差的微分值的组合来构成操作量，操作量中包含了偏差信号的现在、过去、未来三方面的信息，是一种经典控制方式。 （1）比例单元。比例单元按比例反映系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例单元将立即产生调节作用以减少偏差。比例系数大，可以加快调节、减少误差，但是过大的比例系数会使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 （2）积分单元。积分单元可使系统消除稳态误差，提高无差度。只要有误差，积分调节就进行，直至无误差，此时积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数T I。T I越小，积分作用就越强；反之，T I越大，则积分作用越弱。加入积分调
工业机器人原理与应用 习题及答案 第1章习题答案： 1、国际上公认的4个工业机器人生产标杆企业分为ABB ，KUKA ，FANUC 和YASKAWA 。 2、工业机器人按照坐标分类可分为直角坐标型，球坐标型，圆柱坐标型，SCARA，和关节型。 3、工业机器人传统驱动方式有气压驱动，液压驱动和电力驱动。 4、工业机器人一般由机械系统，驱动系统，控制系统，感知系统和软件系统组成。 5、工业机器人的技术参数一般包含自由度，工作空间，负载，工作准确度和最大工作速度。 6、SCARA机器人有哪些特点？ 答：SCARA机器人具有3个转动关节和1个移动关节，其3个转动轴相互平行。其特点是可以在平面内进行定位并能在垂直该平面上做上下移动，在垂直平面内具有很好的刚度，在水平面内具有动作灵活、速度快且精度较高。 7、简述不同坐标型的工业机器人的优缺点？ 答： （1）直角坐标型机器人 直角坐标型机器人的三个关节均为移动关节，这三个移动关节相互垂直，坐标形式与笛卡尔坐标相当。其多数为龙门式，刚度好，精度高，运动求解简单，适合大负载搬运。但其运动范围为立方体，动作简单，灵活性较差，难与其他工业机器人协调工作。 （2）球坐标型机器人 球坐标型机器人有2个转动关节和1个移动关节，作业空间为空心球体。该类型机器人优点在于其结构紧凑，动作灵活，可以作上下俯仰动作并能抓取地面上或较低位置的工件，缺点是结构复杂且定位精度较差。 （3）圆柱坐标型机器人 圆柱坐标型机器人有1个转动关节和2个移动关节，其作业空间为圆柱形状，范围较大。其特点是结构简单，控制方便、位置精度较高，价格便宜。位置精度仅次于直角坐标型机器人，不过其无法抓取靠近其附近或地面的物体。 （4）SCARA机器人 SCARA机器人具有3个转动关节和1个移动关节，其3个转动轴相互平行。其特点是可以在平面内进行定位并能在垂直该平面上做上下移动，在垂直平面内具有很好的刚度，在水平面内具有动作灵活、速度快且精度较高。 （5）关节型机器人 关节型机器人是串联结构，类似人的手结构，一般由底座、臂部、腕部和手部组成。具有多个转动关节，因此作业范围大，能与其他工业机器人协调工作，且动作灵活，广泛应用于工业领域，但其运动精度不高。
第三章机器人的机械结构系统 3.4机器人手部结构 【内容提要】 本课主要学习工业机器人手部结构。介绍机器人手部的特点、手部分类、夹持类手部、吸附式手部、仿人手机器人手部。 知识要点： ✓机器人手部的特点 ✓机器人手部分类 ✓夹持手部 ✓吸附式手部 ✓仿人手机器人手部 重点： ✓掌握机器人手部分类 ✓掌握机器人夹持手部 ✓掌握机器人吸附式手部 难点： ✓机器人手部分类 ✓夹持手部 ✓吸附式手部 关键字： ✓手部、夹持手部、吸附式手部
【本课内容相关资料】 3.4机器人的手部机构 人类的手是最灵活的肢体部分，能完成各种各样的动作和任务。同样，机器人的手部是完成抓握工件或执行特定作业的重要部件，也需要有多种结构。 机器人的手部也叫做末端执行器，它是装在机器人腕部上，直接抓握工件或执行作业的部件。人的手有两种定义：一种是医学上把包括上臂、腕部在内的整体叫做手；另一种是把手掌和手指部分叫做手。机器人的手部接近于后一种定义。 机器人的手部是最重要的执行机构，从功能和形态上看，它可分为工业机器人的手部和仿人机器人的手部。目前，前者应用较多，也比较成熟。工业机器人的手部是用来握持工件或工具的部件。由于被握持工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态的不同，手部结构是多种多样的。大部分的手部结构都是根据特定的工件要求而专门设计的。 3.4.1机器人手部的特点 1.机器人手部的特点 （1）手部与腕部相连处可拆卸 手部与腕部有机械接口，也可能有电、气、液接头。工业机器人作业对象不同时，可以方便地拆卸和更换手部。 （2）手部是机器人末端执行器 它可以像人手那样具有手指，也可以不具备手指；可以是类人的手爪，也可以是进行专业作业的工具，比如装在机器人腕部上的喷漆枪、焊接工具等。 （3）手部的通用性比较差 机器人手部通常是专用的装置，例如，一种手爪往往只能抓握一种或几种在形状、尺寸、重量等方面相近似的工件；一种工具只能执行一种作业任务。 2.机器人手部的性质 机器人手部是—个独立的部件。假如把腕部归属于手臂，那么机器人机械系统三大件就是机身、手臂和手部。 手部对整个器人来说是完成作业好坏以及作业柔性好坏的关键部件之一，复杂感知能力的智能化手爪的出现增加了工业机器人作业的灵活性和可靠性。目前有一种弹钢的表演机器人的手部已经与人手十分相近，具有多个多关节手指，一个手指有二十余个自由度，每个自由度独立驱动。目前工业机器人手部的自由度还比较少，把具备足够驱动力量的多个驱动源和关节安装在紧凑的手部内部是困难的。 3.4.2机器人手部的分类 1.按手部的用途分类 手部按其用途划分，可分为手爪和工具两类。
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。