工业机器人课件-工业机器人的基本组成

控制系统的主要包括主控制器和人机交互系统。
• 机器人控制器作为工业机器人最为核心的零部件之一， 对机器人的性能起着决定性的影响，在一定程度上影 响着机器人的性能。
• 机器人控制器包括运动控制卡、IO接口及模块化的软 件设计，可以针对不同的机器人本体结构、机器人应 用功能进行配置。
控制系统的结构
是根据程序和反馈信息 控制机器人动作的中心。分 为开环系统和闭环系统。
(4) 感知系统
感知系统通过力、位置、触觉、视觉等传感器检测 机器人的运动位置和工作状态，并随时反馈给控制 系统，以便使执行机构以一定的精度达到设定的位 置。相当于人的感官和神经。
控制系统
内部传感器（位形检测）
1处理器
关节控制器
1. 滑槽杠杆式手部
2.齿轮齿条式手部
4. 斜 楔 杠 杆 式
3.滑块杠杆式手部
5.移动型连杆式手部
6.齿轮齿条式手部
7.内涨斜块式手部
8.连杆杠杆式手部
手指类型：
常见的另两种手部:
滚 动
轴
承
钢 板
座
电磁式吸盘
圈
气吸式吸盘
多
孔
齿
钢
轮
板
双吸头吸盘
多吸头吸盘
吸取瓦楞板
双吸头吸盘
双吸头架式吸 盘
多吸头板式吸 盘
驱动 执行 装置 机构
外部传感器（环境检测）
工作对象
传感器
在机器人与机电一体化系统中有各种不同的物理量(如 位移、压力、速度等)需要测量与控制。机器人的传感器包 括内部传感器和外部传感器
内部传感器——伺服编码器
• 编码器是将电机转动的角度信号转换为控制器可以接收的电信号的， 并反馈给控制器从而进行闭环控制。其中最常用的是光电式编码器
交流伺服电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据 反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度 决定于编码器的精度（线数）。
交流伺服电机
驱动放大器
(3) 控制系统。控制系统是机器人的大脑和小脑，支配着机 器人按规定的程序运动，并记忆人们给予的指令信息(如动 作顺序、运动轨迹、运动速度等)，同时按其控制系统的信 息对执行机构发出执行指令。
控制系统 感知系统
手 部 （腕臂腰 操部部部 作 器 ）
（ 固基 定 或 移座 动 ）
电 驱 动 装 置
液 压 驱 动 装 置
气 压 驱 动 装 置
关 节 处伺 理服 器控 制 器
内外 部部 传传 感感 器器
(1) 执行机构
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、螺钉螺帽拧紧器等，可视 为专用的特殊手部。
腕部：是连接手部和手臂的部件，用以调整手部 的姿态和方位。
手臂：是支承手腕和手部的部件，由动力关节和 连杆组成，用以承受工件或工具的负荷，改变工 件或工具的空间位置，并将它们送至预定的位置
腰部：连接臂和基座的部件，通常是回转部件， 腰部的回转运动再加上臀部的平面运动，既能使 胸部作空间运动。腰部是执行机构的关键部件， 它的创造误差、运动精度和平稳性，影响机器人 的定位精度。
机器人工 作原理
机器人的基本工作原理是示教再现；示教也称导引，即由用 户导引机器人，一步步按实际任务操作一遍，机器人在导引过 程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数＼工艺 参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序。完成示教 后，只需给机器人一个启动命令，机器人将精确地按示教动作， 一步步完成全部操作；
基座：整个机器人的支持部分，起着支承和连接 的作用。
手部
小臂（上臂） 腕部
大臂 （下臂）
腰部 基座
（2）机器人执行机构的运动 １．手臂的运动 (1)直线移动（手臂的移动） (2)径向伸展（手臂的伸展） (3)回转运动（手臂的旋转） ２．手腕的运动 (1)手腕旋转 (2)手腕俯仰 (3)手腕侧摆
工业机器人手部(手爪)结构
电动驱动器的类型很多，可分为以下几种类型输。出力矩大，但控制性差，
惯性大，适用于中型和重
普通交流电机驱动
型机器人
电驱动 交流、直流伺服电机驱动
步进电机伺服驱动
可以闭环控制，输出力矩 小，控制性好，适用于中
小型机器人
开环控制，用于对速度和 位置要求不高的机器人
交流伺服电机工作原理：
交流伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电 形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动
工业机器人的基本组成
机器人是一个机电一体化的设备。从控制观点来看，机器人系统可以 分成四大部分：机器人执行机构、传动装置、驱动装置、控制系统、
感知反馈系统。
处理器
关节控制器
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驱动 执行 装置 机构
控制系统
内部传感器（位形检测） 外部传感器（环境检测）
感知反馈系统
工作对象
机 器 人本体
执行机构
驱动装置
波长,频率,相位,偏振态等光学性质的变化,从而形成不同的调制---抗干扰 能力
视觉传感器
机器视觉CCD： 一个典型的机器视觉系统包括：光源、镜头、 CCD 相机（机身与镜头）、
图像采集卡、图像处理软件等。 机器视觉检测系统采用CCD照相机将被检测的目标转换成图像信号，传送给专
用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像处 理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、长度，再 根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格 / 不合格、有 / 无等，实现自动识别功能。 应用：在系统中主要进行图象的颜色识别、形状识别、尺寸位置精度检测。
其它手部:
工业机器人腕部结构
➢腕部影响手部的姿态（方位）
工业机器人臂部结构
➢臂部确定手部的位置
(2) 驱动系统。驱动系统是按照控制系统发来 的控制指令进行信息放大，驱动执行机构运 动的传动装置，相当于人的肌肉、筋络。常 用的有液压、气压、电气驱动形式。
电动驱动器类型和特点
电动驱动器的能源简单，速度变化范围大，效率高，转动惯性小，速度和 位置精度都很高，但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。
• 光电编码器是利用光电原理把机械角位移变成电信号，可以非常方 便的测量电机轴的角位移或角速度。
外部传感器
• 称重传感器：电阻应变式称重传感器，用于检测工件重量。 • 机械开关：普通接近开关，用于检测运动部分是否到位。 • 光电开关：包括对射式、反射板式、漫反射式红外线光电开关，用于检测工
件位置。 • 磁性开关：用于检测运动部分是否到位。 • 接近开关 • 材质传感器：用于检测工件材质。 • 位移传感器：滑动电阻式位移传感器，用于检测孔深。 • 颜色传感器：包括颜色传感器和色标传感器，用于检测工件颜色。 • 温度传感器 • 形状传感器 • 光纤传感器—光在调制区内,外界信号与光的相互作用,可能引起光的强度,