《工业机器人基础知识》
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工业机器人基础知识
塑料橡胶制造业
工业机器人在塑料橡胶制造领 域的应用包括注塑、吹塑、挤
出等成型工艺。
其他制造业
工业机器人在其他制造业领域 的应用如食品包装、纺织印染
、木材加工等。
工业机器人市场现状及趋势
市场现状
全球工业机器人市场规模不断扩大，亚洲地区成为最大市场，中国是全球最大的 工业机器人市场之一。
发展趋势
随着人工智能技术的不断发展，工业机器人将越来越智能化，具备更高的自主性 和学习能力；同时，协作机器人（Cobots）将成为未来发展的重要方向，实现 人机协同作业，提高生产效率和质量。
导航技术
利用传感器感知环境信息，结合 地图构建和定位技术，实现工业 机器人在复杂环境中的自主导航 和避障。
机器视觉与图像处理技术
机器视觉
通过图像传感器获取环境信息，利用 计算机视觉算法对图像进行处理和分 析，提取出有用的特征和信息，为工 业机器人的决策和行动提供依据。
图像处理技术
包括图像增强、滤波、边缘检测、特 征提取等算法，用于提高图像质量、 减少噪声干扰、提取目标特征等。
及时更换磨损件
根据机器人的使用情况，定期更换易损件，如轴承、齿轮等，以 保证机器人的正常运行。
软件更新与备份
定期更新机器人软件，以修复潜在漏洞并提高性能；同时备份重 要数据，以防数据丢失。
维修工具及配件选择建议
专用维修工具
选择适用于工业机器人的专用维修工具，如专用螺丝刀、扳手、测 量仪表等，以确保维修质量和效率。
原厂配件
优先选用原厂生产的配件，以确保与机器人原有部件的兼容性和稳 定性。
高品质替代品
若无法获取原厂配件，可选用经过认证的高品质替代品，但需确保其 与机器人原有部件的匹配性和可靠性。
工业机器人基础知识培训
工业基础知识培训一、教学内容二、教学目标1.使学生了解工业的基本概念、分类及应用领域，理解工业的基本组成和工作原理；2.培养学生对工业的编程与操作能力；3.培养学生对工业的维护与保养意识。
三、教学难点与重点重点：工业的基本组成、工作原理、编程与操作。
难点：工业的编程与操作。
四、教具与学具准备教具：工业模型、教学PPT、教学视频。
学具：笔记本电脑、学习手册。
五、教学过程1.实践情景引入：展示一段工业在生产线上的工作视频，引导学生思考工业的作用和应用领域。
2.知识点讲解：(1)工业的定义、分类及应用领域；(2)工业的基本组成：本体、控制器、执行器、传感器等；(3)工业的工作原理：电动机原理、传感器原理、控制器原理等；(4)工业的编程与操作：示教编程、离线编程等；(5)工业的维护与保养：日常维护、周期性维护等。
3.例题讲解：以一个简单的工业编程为例，讲解编程的步骤和方法。
4.随堂练习：学生分组进行练习，尝试编写简单的工业程序。
5.板书设计：将工业的基本组成、工作原理、编程与操作等重要知识点板书在黑板上，方便学生理解和记忆。
6.作业设计：(1)请列举出你所知道的工业的应用领域；(2)请简述工业的基本组成和工作原理；(3)请尝试编写一个简单的工业程序。
7.课后反思及拓展延伸：通过本节课的学习，学生应该对工业有了基本的了解，能够在实际工作中运用所学知识，对工业的编程与操作有一定的掌握。
在课后，学生可以通过查阅相关资料，深入了解工业的相关知识，不断提高自己的实际操作能力。
重点和难点解析一、教学内容二、教学难点与重点重点：工业的基本组成、工作原理、编程与操作。
难点：工业的编程与操作。
三、教具与学具准备教具：工业模型、教学PPT、教学视频。
学具：笔记本电脑、学习手册。
四、教学过程1.实践情景引入：展示一段工业在生产线上的工作视频，引导学生思考工业的作用和应用领域。
这一步骤的目的是激发学生的学习兴趣，同时让学生对工业的实际应用有一个直观的认识。
工业机器人基础知识
机器人的定义机器人的定义美国国家标准局（NBS ）的定义：“机器人是一种机器人是一种 能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置”。
国际标准化组织(ISO)的定义：“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务。
”机器人具有以下特性：机器人具有以下特性：（1）一种机械电子装置；）一种机械电子装置；（2）动作具有类似于人或其他生物体的功能；）动作具有类似于人或其他生物体的功能；（3）可通过编程执行多种工作，有一定的通用性和灵活性；）可通过编程执行多种工作，有一定的通用性和灵活性；（4）有一定程度的智能，能够自主地完成一些操作。
）有一定程度的智能，能够自主地完成一些操作。
机器人的分类机器人的分类按照日本工业机器人学会（JIRA ）的标准，可将机器人分为六类：）的标准，可将机器人分为六类：第一类：人工操作机器人。
由操作员操作的多自由度装置；第一类：人工操作机器人。
由操作员操作的多自由度装置；第二类：固定顺序机器人。
按预定的不变方法有步骤地依此执行任务的设备，按预定的不变方法有步骤地依此执行任务的设备，其执行顺序难其执行顺序难以修改；以修改；第三类：可变顺序机器人。
同第二类，但其顺序易于修改。
第三类：可变顺序机器人。
同第二类，但其顺序易于修改。
第四类：示教再现（playback ）机器人。
操作员引导机器人手动执行任务，记录下这些动作并由机器人以后再现执行，即机器人按照记录下的信息重复执行同样的动作。
并由机器人以后再现执行，即机器人按照记录下的信息重复执行同样的动作。
第五类：数控机器人。
操作员为机器人提供运动程序，并不是手动示教执行任务。
第五类：数控机器人。
操作员为机器人提供运动程序，并不是手动示教执行任务。
第六类：智能机器人。
机器人具有感知外部环境的能力，第六类：智能机器人。
工业机器人基础知识
1．工业机器人技术及关键基础部件（1）机器人关键基础部件定义、分类及市场占有率；机器人关键基础部件是指构成机器人传动系统，控制系统和人机交互系统，对机器人性能起到关键影响作用，并具有通用性和模块化的部件单元。
机器人关键基础部件主要分成以下三部分：高精度机器人减速机，高性能交直流伺服电机和驱动器，高性能机器人控制器等。
目前在高精度机器人减速机方面，市场份额的75%均两家日本减速机公司垄断，分别为提供RV摆线针轮减速机的日本Nabtesco和提供高性能谐波减速机的日本Harmonic Drive.包括 ABB, FANUC, KUKA,MOTOMAN在内国际主流机器人厂商的减速机均由以上两家公司提供，与国内机器人公司选择的通用机型有所不同的是，国际主流机器人厂商均与上述两家公司签订了战略合作关系，提供的产品大部分为在通用机型基础上根据各厂商的特殊要求进行改进后的专用型号。
国内在高精度摆线针轮减速机方面研究起步较晚，仅在部分院校，研究所有过相关研究。
目前尚无成熟产品应用于工业机器人。
近年来国内部分厂商和院校开始致力高精度摆线针轮减速机的国产化和产业化研究，如浙江恒丰泰，重庆大学机械传动国家重点实验室，天津减速机厂，秦川机床厂，大连铁道学院等。
在谐波减速机方面，国内已有可替代产品，如北京中技克美，北京谐波传动所，但是相应产品在输入转速，扭转高度，传动精度和效率方面与日本产品还存在不小的差距，在工业机器人上的成熟应用还刚刚起步。
在伺服电机和驱动方面，目前欧系机器人的驱动部分主要由伦茨，Lust，博世力士乐等公司提供，这些欧系电机及驱动部件过载能力，动态响应好，驱动器开放性强，且具有总线接口，但是价格昂贵。
而日系品牌工业机器人关键部件主要由安川，松下，三菱等公司提供，其价格相对降低，但是动态响应能力较差，开放性较差，且大部分只具备模拟量和脉冲控制方式。
国内近年来也开展了大功率交流永磁同步电机及驱动部分基础研究和产业化，如哈尔滨工业大学，北京和利时，广州数控等单位，并且具备了一点的生产能力，但是其动态性能，开放性和可靠性还需要更多的实际机器人项目应用进行验证。
工业机器人的基础知识
器人Unimate（见图1-1），使工业机器人的历史真正拉开了帷幕。
图1-1 Unimate 机器人
2）初级阶段（20世纪60—70年代） 1961年，德沃尔的Unimation公司为通用汽车生产线安装了第一台用于生产的工
业机器人，它主要用于生产门窗把手、换挡旋钮、灯具和其他汽车内饰用五金件。 1978年，日本山梨大学牧野洋发明SCARA机器人（见图1-2），该机器人具有
将串联机器人和并联机器人有机结合起来的工业机器人，称为混联机 器人。混联机器人既有并联机器人刚度好的优点，又有串联机器人工作范 围大的优点，进一步扩大了机器人的应用范围。
2．按操作机坐标形式分类
工业机器人按操作机坐标形式的不同，可分为直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、 球坐标机器人和多关节机器人等。
四个轴和四个运动自由度，特别适合于装配工作，如今被广泛应用于汽车工业、电 子产品工业、药品工业和食品工业等领域。
图1-2 SCARA机器人
3）迅速发展阶段（20世纪80—90年代）
1981年，通用汽车公司第一次将CONSIGHT机器视觉系统成功地应用在了一个 恶劣的制造环境中，利用三台工业机器人以每小时1400个的速度分拣出六种不同的 铸件。
工业机器人基础
工业机器人的基础知识
1.1 工业机器人的定义及特点
用来进行搬运机械部件或工件的、可编程序的多功能操作器，或通过 改变程序可以完成各种工作的特殊机械装置。
工业机器人有以下几个特点：
1．可编程
生产自动化的进一步发展是柔性自动化。工业机器人可随其工作环境 变化的需要而再编程。因此，它在小批量、多品种、均衡、高效的柔性制 造过程中能发挥很好的作用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。
1）高性能 2）机械结构向模块化、可重构化发展 3）本体结构更新加快 4）控制技术的开放化、PC化和网络化 5）多传感器融合技术的实用化 6）多智能体协调控制技术
图1-1 Unimate 机器人
2）初级阶段（20世纪60—70年代） 1961年，德沃尔的Unimation公司为通用汽车生产线安装了第一台用于生产的工
业机器人，它主要用于生产门窗把手、换挡旋钮、灯具和其他汽车内饰用五金件。 1978年，日本山梨大学牧野洋发明SCARA机器人（见图1-2），该机器人具有
将串联机器人和并联机器人有机结合起来的工业机器人，称为混联机 器人。混联机器人既有并联机器人刚度好的优点，又有串联机器人工作范 围大的优点，进一步扩大了机器人的应用范围。
2．按操作机坐标形式分类
工业机器人按操作机坐标形式的不同，可分为直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、 球坐标机器人和多关节机器人等。
四个轴和四个运动自由度，特别适合于装配工作，如今被广泛应用于汽车工业、电 子产品工业、药品工业和食品工业等领域。
图1-2 SCARA机器人
3）迅速发展阶段（20世纪80—90年代）
1981年，通用汽车公司第一次将CONSIGHT机器视觉系统成功地应用在了一个 恶劣的制造环境中，利用三台工业机器人以每小时1400个的速度分拣出六种不同的 铸件。
工业机器人基础
工业机器人的基础知识
1.1 工业机器人的定义及特点
用来进行搬运机械部件或工件的、可编程序的多功能操作器，或通过 改变程序可以完成各种工作的特殊机械装置。
工业机器人有以下几个特点：
1．可编程
生产自动化的进一步发展是柔性自动化。工业机器人可随其工作环境 变化的需要而再编程。因此，它在小批量、多品种、均衡、高效的柔性制 造过程中能发挥很好的作用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。
1）高性能 2）机械结构向模块化、可重构化发展 3）本体结构更新加快 4）控制技术的开放化、PC化和网络化 5）多传感器融合技术的实用化 6）多智能体协调控制技术
2023工业机器人基础知识考核试题
工业机器人基础知识考核试题一、选择题1.要将两块钢板永久性固定在一起，可进行（）处理。
［单选题］*A、焊接√B、涂胶C、码垛D、装配2.急停开关是一种（）开关。
［单选题］*A、旋转按钮式√B、自动式C、转换开关D、以上都对3.是（）安全标志图标。
［单选题］*A、机器人移动√B、机器人制动C、拧松螺栓有倾翻风睑4.机器人仿真轨迹路径中的（）点，根据需要可设定在机械原点处。
［单选题］*A.轨迹起始接近点B.轨迹结束离开点C.安全位置√D.轨迹任意点5.机器人的（）是机器人末端的最大速度。
［单选题］*A.工作速度B.运动速度C.最大工作速度√D.最佳工作速度6.使用示教盒操作机器人时,按下使能键，哪种模式下无法获得使能？（）［单选题］*A启动√B.手动C.示教D增量7.关于机器人操作，下列说法错误的是（λ［单选题］*A、不要佩戴手套操作示教盒B、工作结束时，应将机器人置于零位位置或安全位置C、操作人员只要保持在机器人工作范围外，可不佩戴防具VD、操作人员必须经过培训上岗8.工作范围是指机器人（）或手腕中心所能到达的点的集合。
［单选题］*A、机械手B、手臂末端VC、手臂D、行走部分9.假若工业机器人的夹具有重约1.5KG,那么需要在有效载荷的重量参数设置为（工［单选题］*A、1.5√B、2C、3D、410.机器人的定义中，突出强调的是（I［单选题］*A.具有人的形象B.像人一样思维C.模仿人的功能VD.感知能力很强11.使用示教盒操作机器人时，按下使能键，哪种模式下无法获得使能？（）［单选题］*A、手动B、自动√C、增量D、示教12.使用"增量"模式"小"在线性运动下的精度为（I［单选题］*A、0.05cmB、5mmC x ImmD、0.05mm√13.ABB机器人在"基坐标"系下操纵杆左右运动控制Y轴运动方向，上下运动控制X轴运动方向，旋转运动控制（）运动方向，其中箭头方向指向各轴运动的正方向;［单选题］*A、Y轴B、X轴C、Z轴√D、都可以14.选择单轴运动"轴4・6”模式后，进入“手动操纵"选项卡，可以观察到操纵杆左右运动控制（）,上下运动控制轴5,旋转运动控制轴6,其中箭头方向指向各轴运动的正方向.［单选题］*A、轴4√B、轴5C、轴6D、都可以15.如果对使用操纵杆按位移幅度来控制机器人运动的速度不熟练，还可以使用（）模式来控制机器人运动。
《工业机器人技术基础》(第1章)
ABB公司将在上海建设其全球最先进的机器人工厂，该工厂预计将于 2020年底投入运营。新的上海工厂将采用大量机器学习、数字化和协作解 决方案，使其成为机器人行业中最先进、自动化与柔性化程度最高的工厂， 实现用机器人制造机器人。此外，新的研发中心还将帮助加快人工智能领 域的发展。
2．工业机器人的发展趋势
工业机器人 技术基础
第1章 工业机器人概述
目录
CONTENT
1.1 工业机器人的基础知识 1.2 工业机器人的基本组成与技术参数 1.3 工业机器人的典型应用
学习 目标
1 掌握工业机器人的定义及特点。 2 了解工业机器人的历史与发展。 3 掌握在不同分类方式下，工业机器人的结
构与特征。 4 掌握工业机器人的基本组成及技术参数。 5 了解工业机器人的典型应用。
1992年，瑞士ABB公司推出开放式控制系统——S4。S4旨在改善对用户至关重 要的两个领域——人机界面和机器人的技术性能。
1994年，Motoman公司（即现在的安川电机）推出的机器人控制系统 MRC，使同步控制两台机器人成为可能。MRC可以从普通PC编辑工业机 器人作业，且具有控制多达21个轴的能力。
4．涉及学科广泛
工业机器人技术实质上是机械学和微电子学的结合——机电一体化技术。
1.1.2 工业机器人的历史与发展趋势
1．工业机器人的历史
1）萌芽阶段（20世纪40—50年代） 1954年，美国发明家德沃尔对工业机器人的概念进行了定义，并申请了专利。 1959年，德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出世界第一台工业机
4）智能化阶段（21世纪初至今） 2011年，日本发那科公司的R-1000iA机器人利用LVC（学习减振装置）对机器人
运动轨迹加以优化，减小了振动，将动作周期缩短约20%，从而实现更高速的动作。 2018年，发那科公司与首选网络公司合作，首次将人工智能应用于其伺服调谐、
2．工业机器人的发展趋势
工业机器人 技术基础
第1章 工业机器人概述
目录
CONTENT
1.1 工业机器人的基础知识 1.2 工业机器人的基本组成与技术参数 1.3 工业机器人的典型应用
学习 目标
1 掌握工业机器人的定义及特点。 2 了解工业机器人的历史与发展。 3 掌握在不同分类方式下，工业机器人的结
构与特征。 4 掌握工业机器人的基本组成及技术参数。 5 了解工业机器人的典型应用。
1992年，瑞士ABB公司推出开放式控制系统——S4。S4旨在改善对用户至关重 要的两个领域——人机界面和机器人的技术性能。
1994年，Motoman公司（即现在的安川电机）推出的机器人控制系统 MRC，使同步控制两台机器人成为可能。MRC可以从普通PC编辑工业机 器人作业，且具有控制多达21个轴的能力。
4．涉及学科广泛
工业机器人技术实质上是机械学和微电子学的结合——机电一体化技术。
1.1.2 工业机器人的历史与发展趋势
1．工业机器人的历史
1）萌芽阶段（20世纪40—50年代） 1954年，美国发明家德沃尔对工业机器人的概念进行了定义，并申请了专利。 1959年，德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出世界第一台工业机
4）智能化阶段（21世纪初至今） 2011年，日本发那科公司的R-1000iA机器人利用LVC（学习减振装置）对机器人
运动轨迹加以优化，减小了振动，将动作周期缩短约20%，从而实现更高速的动作。 2018年，发那科公司与首选网络公司合作，首次将人工智能应用于其伺服调谐、
工业机器人基础知识
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1. 1 认识工业机器人
• 四轴并联机器人又名蜘蛛手机器人、DELTA 机器人, 四个关节呈并联 结构, 运行速度快, 用于食品、药品分拣等应用领域, 如图1-8 所示。
• 3. 按机器人应用分类 • “中国制造2025” 战略规划的提出, 使制造业向数字化、网络化、智
能化方向发展, 工业机器人作为智能制造领域的重要载体, 已广泛应用 于汽车及其零部件制造业、机械加工行业、3C 行业、橡胶及塑料工 业、食品、医药、陶瓷卫浴、木材与家具制造业等领域, 见表1-1。机 器人产品也已涉及焊接、装配、搬运、上下料、冲压、铸锻、注塑、 折弯、码垛、喷涂等应用。短短40 年内, 机器人技术得到了迅速发展 。
• 1. 1. 3 工业机器人的组成
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1. 1 认识工业机器人
• 工业机器人由机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统组成, 如图 1-1 所示。
• 机械系统即机器人的身体, 包括机座、臂部、手腕、末端执行器、行 走机构等; 驱动系统即机器人的肌肉, 主要有电气驱动、液压驱动和气 压驱动三种类型; 控制系统即机器人的大脑, 由计算机控制软件和硬件 组成; 感知系统即机器人神经系统, 由内部传感器和外部传感器组成。
• 1. 1. 4 工业机器人的分类
• 关于工业机器人的分类, 国际上没有制定统一的标准, 一般按照应用领 域、机械结构特征、自由度数等进行分类。
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1. 1 认识工业机器人
• 工业机器人还处在起步发展阶段, 需要进行不断完善和发展, 本书主要 介绍如下几种分类方法。
• 1. 按机器人的技术等级分类 • (1) 示教再现机器人(第一代工业机器人) • 能够按照人类预先示教的轨迹、行为、顺序和速度重复作业, 操作员
1. 1 认识工业机器人
• 四轴并联机器人又名蜘蛛手机器人、DELTA 机器人, 四个关节呈并联 结构, 运行速度快, 用于食品、药品分拣等应用领域, 如图1-8 所示。
• 3. 按机器人应用分类 • “中国制造2025” 战略规划的提出, 使制造业向数字化、网络化、智
能化方向发展, 工业机器人作为智能制造领域的重要载体, 已广泛应用 于汽车及其零部件制造业、机械加工行业、3C 行业、橡胶及塑料工 业、食品、医药、陶瓷卫浴、木材与家具制造业等领域, 见表1-1。机 器人产品也已涉及焊接、装配、搬运、上下料、冲压、铸锻、注塑、 折弯、码垛、喷涂等应用。短短40 年内, 机器人技术得到了迅速发展 。
• 1. 1. 3 工业机器人的组成
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1. 1 认识工业机器人
• 工业机器人由机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统组成, 如图 1-1 所示。
• 机械系统即机器人的身体, 包括机座、臂部、手腕、末端执行器、行 走机构等; 驱动系统即机器人的肌肉, 主要有电气驱动、液压驱动和气 压驱动三种类型; 控制系统即机器人的大脑, 由计算机控制软件和硬件 组成; 感知系统即机器人神经系统, 由内部传感器和外部传感器组成。
• 1. 1. 4 工业机器人的分类
• 关于工业机器人的分类, 国际上没有制定统一的标准, 一般按照应用领 域、机械结构特征、自由度数等进行分类。
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1. 1 认识工业机器人
• 工业机器人还处在起步发展阶段, 需要进行不断完善和发展, 本书主要 介绍如下几种分类方法。
• 1. 按机器人的技术等级分类 • (1) 示教再现机器人(第一代工业机器人) • 能够按照人类预先示教的轨迹、行为、顺序和速度重复作业, 操作员
(完整版)工业机器人技术基础
其缺点是：功能编辑比较困难；难以使用传感器； 只能进行简单的轨迹编辑；示教时需要占用机器人，效 率低；编程的质量取决于编程者的熟练程度与经验。
21
• (2)离线编程
离线编程可以脱离机器人，直接在计算机上使用 离线编程软件，编辑所需的轨迹程序。其优点是：效 率高，编程时可不用机器人，机器人可进行其他工作 ；可预先优化操作方案和运行周期时间；可用传感器 探测外部信息，从而使机器人做出相应的响应；控制 功能中可以包括现有的CAD和CAM的信息，可以使用仿 真软件预先模拟运行程序，从而不会出现危险；可以 利用CAD软件编辑复杂的轨迹程序。
但离线编程中所需要的能补偿机器人系统误差的 功能、坐标系数据仍难以得到；仿真软件并不能完全 仿真真实的工作环境，还需要到现场进行调试。
22
3.1 示教编程
3.1.1 示教编程基础知识
（1） 机器人的运动方式
机器人的运动方式分为PTP方式和CP方式。 ➢ PTP方式为点到点方式（即机器人以全速从起始点运动
• 根据机器人不同的工作要求，主要有下面两种编程方法 ：
• (1)示教编程 示教编程是机器人最基本和最简单的编程方法，目
前，相当数量的机器人仍采用示教方式编程，机器人示 教后可以立即应用。顾名思义，就是我们通常所说的手 把手示教，由人直接通过示教盒控制机器人的手臂按照 我们所要求的轨迹运动， 其优点是：简单方便；不需要 环境模型；对实际的机器人进行示教时，可以修正机械 结构带来的误差。
再现操作盒 控制柜
示教编程器
16
（3） 焊接系统
焊接系统是焊接机器人 完成作业的核心装备，主要 由焊枪、焊接控制器及水、 电、气等辅助部分组成。焊 接控制器是由微处理器及部 分外围接口芯片组成的控制 系统，它可根据预定的焊接 监控程序，完成焊接参数输 入、焊接程序控制及焊接系 统故障自诊断，并实现与本 地计算机及手控盒的通讯联 系。
21
• (2)离线编程
离线编程可以脱离机器人，直接在计算机上使用 离线编程软件，编辑所需的轨迹程序。其优点是：效 率高，编程时可不用机器人，机器人可进行其他工作 ；可预先优化操作方案和运行周期时间；可用传感器 探测外部信息，从而使机器人做出相应的响应；控制 功能中可以包括现有的CAD和CAM的信息，可以使用仿 真软件预先模拟运行程序，从而不会出现危险；可以 利用CAD软件编辑复杂的轨迹程序。
但离线编程中所需要的能补偿机器人系统误差的 功能、坐标系数据仍难以得到；仿真软件并不能完全 仿真真实的工作环境，还需要到现场进行调试。
22
3.1 示教编程
3.1.1 示教编程基础知识
（1） 机器人的运动方式
机器人的运动方式分为PTP方式和CP方式。 ➢ PTP方式为点到点方式（即机器人以全速从起始点运动
• 根据机器人不同的工作要求，主要有下面两种编程方法 ：
• (1)示教编程 示教编程是机器人最基本和最简单的编程方法，目
前，相当数量的机器人仍采用示教方式编程，机器人示 教后可以立即应用。顾名思义，就是我们通常所说的手 把手示教，由人直接通过示教盒控制机器人的手臂按照 我们所要求的轨迹运动， 其优点是：简单方便；不需要 环境模型；对实际的机器人进行示教时，可以修正机械 结构带来的误差。
再现操作盒 控制柜
示教编程器
16
（3） 焊接系统
焊接系统是焊接机器人 完成作业的核心装备，主要 由焊枪、焊接控制器及水、 电、气等辅助部分组成。焊 接控制器是由微处理器及部 分外围接口芯片组成的控制 系统，它可根据预定的焊接 监控程序，完成焊接参数输 入、焊接程序控制及焊接系 统故障自诊断，并实现与本 地计算机及手控盒的通讯联 系。
工业机器人基础知识
工业机器人基础知识目录CONTENTS 1. 工业机器人的发展历程及现状2. 工业机器人的类型及技术参数3. 机器人的坐标系统01 埃斯顿企业简介01工业机器人的发展历程及现状ROBOTICS 011954年乔治·德沃尔申请了一个“可编程关节式转移物料装置”的专利约瑟夫·恩格尔伯格与德沃尔合作成立了世界上第一个机器人公司Unimation1959年研制出第一台工业机器人Unimate，并在1961年将其应用到汽车生产线上，用于将铸件中的零件取出。
Unimation是Universal和Automation的组合。
1960年被称为机器人元年；德沃尔和恩格尔伯格被称为工业机器人之父。
世界第一台工业机器人发明专利第一台安装在通用汽车公司的机器人根据国际机器人联盟IFR发布的数据，工业机器人年度装机量突破42 万台，至2019年底全球工业机器人装机总量达到274.7万台，预计未来三年将以13%的速度持续增长。
在产业结构调整及制造业智能化转型升级的背景下，亚太地区机器人市场需求强劲。
2019年，全球机器人市场规模达到294亿美元（含工业机器人及服务机器人）。
60%20%3% 17%亚太地区 北美地区 欧洲地区其他地区2019年全球机器人市场规模（亿美元）7.3 58.6 51.1 177100200亚太地区 欧洲地区北美地区 其他地区2019年全球机器人市场结构（亿美元）135159120 140 160 180服务机器人工业机器人 [百分 比][百分 比]服务机器人 工业机器人TOP10厂商市场占有率较高，占据中国工业机器人市场的62%左右，相对2018年头部企业进一步集中，“四大家族”约占中国市场的39%。
T op11~20梯队中，国产品牌汇川、广数、台达等聚焦细分行业与重点客户，2019年销量有明显增长。
2020年受疫情影响，将会有更多机器人企业面临“资金荒”，行业将面临更严峻的洗牌，市场格局或将发生更大的变化。
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2.3 坐标系
2.3.1 简介
机器人是由运动轴和连杆组成的，而其运动方式是在不同的坐标系下进 行的，为了掌 握机器人的示教方法，应首先了解机器人的坐标系及各运动轴 在不同坐标系的运动。
主要有： 关节坐标系 绝对坐标系(直角坐标系) 圆柱坐标系 工具坐标系 用户坐标系
关节坐标系 机器人每个轴均可以独立地正向或反向转动，关节坐标系是机器人各关节 上固定的坐标系，用于确定机器人的关节角。
图4-17 工具坐标系及各轴的运动
主运动轴 腕运动轴
表4-4 工具坐标系下机器人的运动方式
轴
运动方式
六轴联动
沿 X 轴方向运动 沿 Y 轴方向运动
沿 Z 轴方向运动
末端点位置不变， 机器人分别绕 X 、Y、Z 轴转动
5. 用户坐标系 用户坐标系是用户根据工作的需要，自行定义的坐标系，用户可根据需要
基坐标系 基坐标系是一个固定定义的直角坐标系，位于位于机器人基座。它是最便 于机器人从一个位置移动到另一个位置的坐标系。
世界坐标系 世界坐标系是固定定义的直角坐标系，默认世界坐标系与基坐标系重合。 世界坐标系可定义机器人单元，所有其他的坐标系均与世界坐标系直接或 间接相 关。它适用于微动控制、一般移动以及处理具有若干机器人或外轴 移动机器人的工作站 和工作单元。
最大值
对于结构固定的机器人 ，其最大行程为定值，因此 额定速度越高，运动循环时 间越短，工作效率也越高。 而机器人每个关节的运动过 程一般包括启动加速、匀速 运动和减速制动三个阶段。 如果机器人负载过大，则会 产生较大的加速度，造成启 动、制动阶段时间增长，从 而影响机器人的工作效率。 对此，就要根据实际工作周 期来平衡机器人的额定速度 。
2.2.3 额定速度
额定速度
机器人在保持运动 平稳性和位置精度 的前提下所能达到
的最大速度
额定负载
机器人在额定速度 和规定性能范围内 ，末端执行器所能 承受负载的允许值
合成速度
其某一关节运动的 速度称为单轴速度 ，由各轴速度分量
合成的速度
极限负载
在限制作业条件下，为了 保证机械结构不损坏，末 端执行器所能承受负载的
第二章 工业机器人基础知识
工作空间
➢ 工作空间也称工作范围、工作行程。工业机器人执行任务时，其手腕参
考点或末端操作器安装点（不包括末端操作器）所能掠过的空间，一般不 包括末端操作器本身所能到达的区域。
➢ 目前，单体工业机器人本体的工作范围可达3.5 m 左右。
• MOTOMAN-EA1900N弧焊专用机器人，属于垂直多关节型机器人。 • 图2-6 图2-7 为此种机器人的工作范围。
• 如图2-8所示，为重复定位精度的几种典型情况：图a为重复定位精度的测定； 图b为合理的定位精度，良好的重复定位精度；图c为良好的定位精度，很差 的重复定位精度；图d为很差的定位精度，良好的重复定位精度。
此图涉及到随机概率分布函 数的问题，不宜在中职和高
职阶段过多介绍
可以用扔飞镖的例子来说 明：
2．机器人自由度的选择
（1）一般自由度的选择
机器人的自由度是根据机器人的用途来设计的，人们希望机器人能以准确 的方位把它的末端执行部件或与它连接的工具移动到指定点。如果机器人的用 途是未知的，那么它应当具有6个自由度；机器人自由度数目越多，动作越灵 活，通用性越强，但是结构则更复杂，刚性也差；如果工具本身具有某种特别 结构，那么就可能不需要6个自由度。
轴
运动方式
六轴联动
沿 用户定义的X 轴方向运动 沿用户定义的Y 轴方向运动
沿用户定义的Z 轴方向运动
末端点位置不变， 机器人分别绕 X 、Y、Z 轴转动
2.3.3 TCP运动轨迹
TCP为加上工具后工具的末端点机器人的工作其实就是实现TCP点在空间中 完成预定或指定的运动轨迹TCP。 （工具控制点）固定功能: 除了关节坐标系外，在其他坐标系下都有TCP固定 功能，即在工具控制点位置保持不变的情况下，只改变工具的方向(姿态)。 在TCP固定功能下各轴的运动方式见下表。
2.2.1 自由度
1.机器人自由度定义 • 机器人的自由度是指当确定机器人手部
在空间的位置和姿态时所需要的独立运 动参数的数目，不包括手部开合自由度。 在三维空间中描述一个物体的位置和姿 态需要6个自由度，但自由度数目越多， 机器人结构就越复杂，控制就越困难， 所以目前机器人常用的自由度数目一般 不超过7个。 • 自由度是机器人的一个重要技术指标， 可用轴的直线移动、摆动或旋转动作的 数目来表示。
（2）冗余自由度
机器人的自由度多于为完成任务所必需的自由度时，多余的自由度称为冗 余自由度。设置冗余自由度，主要是使机器人具有一定的避障能力。
从理论上讲，具有6个自由度的机器人在其工作空间内可达到任意位置和 姿态，但由于奇异位形存在，一些关节运动到相应位置时，会使机器人自由 度退化，失去一个或几个自由度；再加上在工作空间可能存在的障碍，机器 人就无法满足工作要求。具有冗余自由度的机器人就有能够克服奇异位形， 避开障碍、克服关节运动限制和改善动态特性的功能，它能充分提高机器人 的工作能力，在运动和动态性能方面具有无可比拟的优越性。如图2-5所示， 为手臂型七自由度关节式机器人。
轴
主运动轴
轴1
轴2
轴3
腕运动轴
轴4
轴5
轴6
运动方式 TCP平移运动方式 取决于坐标系
末端点位置不变， 机器人分别绕X、
Y、Z轴运动。
2.3.4 奇异点
1、奇异位形及其不良影响 也称特殊位形，是机器人机构的一个重要的运动学特性，它是指机械手的 工作空间中，手部参考点不能实现沿任意方向的微小位移或转动时相应机 械手的位形。
示教器
操作机
控制器
2.1.1 操作机（机器人本体）
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。
▲ 机器人操作机的每个关节 均
采用 1 个交流伺服马 手腕
达驱动
腕关节 小臂
连接法兰 皮带传动
伺服电机 减速器
2.2.3 承载能力
承载能力是指机器人在工作范围内 的任何位姿上所能承受的最大重量，通 常可以用质量、力矩或惯性矩来表示。
• 承载能力不仅取决于负载的质量，而 且与机器人运行的速度和加速度的大 小和方向有关。
• 一般低速运行时，承载能力强。为安 全考虑，将承载能力这个指标确定为 高速运行时的承载能力。通常，承载 能力不仅指负载质量，还包括机器人 末端操作器的质量。
定义多个坐 标系，如图 4-19所示。用户自定义可以方便的量测工作区间中各 点的位置并加以任务安 排，且更符合人的直观。在用户坐标系下，机器人末 端轨迹沿用户自己定义的坐标轴方 向运动，其运动方式见表 4-5。
图4-19 用户坐标系及各轴的运动
主运动轴 腕运动轴
表4-5 用户坐标系下机器人的运动方式
2.2.2 工作空间
➢ 工作空间也称工作范围、工作行程。工业机器人执行任务时，其手腕参考 点或末端操作器安装点（不包括末端操作器）所能掠过的空间，一般不包 括末端操作器本身所能到达的区域。
➢ 目前，单体工业机器人本体的工作范围可达3.5 m 左右。
• MOTOMAN-EA1900N弧焊专用机器人，属于垂直多关节型机器人。 • 图2-6 图2-7 为此种机器人的工作范围。
基本功能：示教、记忆、位置伺服、坐标设定等。 开发程度：封闭型、开放型和混合型。
目前基本上都是封闭型系统（如日系）或者混合型系统（如欧系） 控制方式：集中式控制和分布式控制
2.1.3 示教器
亦称示教编程器或示教盒，主要由液晶屏幕和操作按键组成。可由操作者手 持移动。它是机器人的人机交互接口，机器人的所有操作基本上都是通过它 来完成的。示教器实质上就是一个专用的智能终端。
图4-14 关节坐标系下各个轴的运动
主运动轴 腕运动轴
表4-1 关节坐标系下机器人的运动方式
轴
运动方式
轴1
轴 1 本体回转
轴2
轴2 下 臂前后摆动
轴3
轴 3上臂上下摆动
轴4
轴 4上臂回转
பைடு நூலகம்轴5
轴 5手腕上下摆动
轴6
轴 6 手腕回转
2. 绝对坐标系 如图4-15所示，绝对坐标系的原点定义为机器人的安装面和第一转动轴的 交点。 X轴 向前， z轴向上， y轴按右手规则定义。在绝对坐标系下，机器 人末端轨迹沿定义的 X 、Y 、 Z方向运动，其运动方式见表 4-2 。
图4-15工业机器人绝对坐标系
主运动轴 腕运动轴
表4-2 绝对坐标系下机器人的运动方式
轴
轴1 轴2 轴3 轴4 轴5 轴6
运动方式 沿 X 轴方向运动 沿 Y 轴方向运动 沿 Z 轴方向运动
未端点位置不变，机器人 分别绕 X 、Y、Z 轴转动
3. 世界坐标系 图4-16所示，世界坐标系默认与基坐标系重合，位于机器人底部，可通过 配置软件更 改。其运动方式见表4-30。
工具坐标系 工具坐标系是一个直角坐标系，位于工具上。它是与机器人工具固连的 笛卡尔坐标系，随机器人的运动而改变。通常是最适于对机器人进行编 程的坐标系。
用户坐标系 用户坐标系是一个直角坐标系，用来说明工件的位置。
2.3.2 分类介绍
1. 关节坐标系 机器人由多个运动关节组成，机械手的每一个轴都可以进行独立的操作， 各个关节都可以独立运动，如图 4-14所示。对运动范围大且不要求机器人 末端姿态的情况，建议选用关节坐标系。在关节坐标系下，每个轴可单独 运动，通过示教器上相应的键控制机器人的各个轴示教，其运动方式见表 4-1。
运动控制模块
③操作机
①示教器
S6 串 S0 口 S5
S6
通 信