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第1章 工业机器人概论PPT课件
控制系统
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第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
■工业机器人示教器
示教器是人机交互的一个接口，也称示教盒或示教编程器，主要由液晶屏和可供 触摸的操作按键组成。操作时由控制者手持设备，通过按键将需要控制的全部信 息通过与控制器连接的电缆送入控制柜中的存储器中，实现对机器人的控制。示 教器是机器人控制系统的重要组成部分，操作者可以通过示教器进行手动示教， 控制机器人到达不同位姿，并记录各个位姿点坐标，也可以利用机器人语言进行 在线编程，实现程序回放，让机器人按编写好的程序完成轨迹运动。
随着工业机器人的应用越来越广泛，我国也在积极推动我国机器人产业的发展。
尤其是进入“十三.五”以来，国家出台的《机器人产业发展规划（2016-2020）》对机
器人产业进行了全面规划，要求行业、企业搞好系列化、通用化、模块化设计，积极
推进工业机器人产业化进程。
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第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
4
第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
1.1 工业机器人定义及其发展 工业机器人定义 定义虽不同，但有一定的共性： 工业机器人是由仿生机械结构，电机、减速机和控制系统组成的，用于从 事工业生产，能够自动执行工作指令的机械装置。它可以接受人类指挥， 也可以按照预先编排的程序运行，现代工业机器人还可以根据人工智能技 术制定的原则和纲领行动。 一般情况下，工业机器人应该具有四个特征： 1. 特定的机械结构； 2. 从事各种工作的通用性能； 3. 具有感知、学习、计算、决策等不同程度的智能； 4. 相对独立性。
量22.5万台，亚洲的销量占到2/3，中国市场的机器人销量近45500台，增长35%。到目
前为止，全球的主要机器人市场集中在亚洲、澳洲、欧洲、北美，其累计安装量已超
《工业机器人认识》PPT课件
机器人运动控制系统软件的特点 1）机器人工作任务是要求机器人的末
端执行器（例如焊接机器人的焊钳或焊 枪）进行空间点位运动或轨迹运动。 2）机器人的控制中经常使用复杂控制 技术 3）用人工智能的方法进行控制、决策、 管理和操作
.
52
1.4.4 工业机器人运动控制程序的编程方 式 1. 示教盒示教方式
工业机器人的分类
. 40
工业机器人的分类
. 41
1.2 工业机器人的类型
1. 搬运机器人
. 42
1.3 工业机器人的结构
目前的工业机器人多为6轴关节型机器人。
6轴关节型机器人有 三个“关节”：“肩关 节”、“肘关节”、“腕 关节”。而6轴是指： 转腰轴、摆臂（肩） 轴、摆肘轴、转腕轴、 摆腕轴和转手轴
34精选ppt工业机器人的分类工业机器人的分类35精选ppt工业机器人的分类工业机器人的分类36精选ppt工业机器人的分类工业机器人的分类五种基本坐标式机器人37精选ppt工业机器人的分类工业机器人的分类38精选ppt工业机器人的分类工业机器人的分类39精选ppt工业机器人的分类工业机器人的分类40精选ppt工业机器人的分类工业机器人的分类41精选ppt1212工业机器人的类型工业机器人的类型搬运机器人42精选ppt1313工业机器人的结构工业机器人的结构目前的工业机器人多为6轴关节型机器人
.
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机 器 人 的 控 制 过 程
.
26
工业机器人的控制方式
1. 示教再现控制
通过示教器把作业内容变制成程序，输入到 记忆装置中。给出启动命令后，系统从存储 单元中读出信息并送到控制装置，控制装置 发出控制信号，由驱动机构控制机械手在一 定精度范围内按照存储单元中的内容完成各 种动作。
端执行器（例如焊接机器人的焊钳或焊 枪）进行空间点位运动或轨迹运动。 2）机器人的控制中经常使用复杂控制 技术 3）用人工智能的方法进行控制、决策、 管理和操作
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1.4.4 工业机器人运动控制程序的编程方 式 1. 示教盒示教方式
工业机器人的分类
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工业机器人的分类
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1.2 工业机器人的类型
1. 搬运机器人
. 42
1.3 工业机器人的结构
目前的工业机器人多为6轴关节型机器人。
6轴关节型机器人有 三个“关节”：“肩关 节”、“肘关节”、“腕 关节”。而6轴是指： 转腰轴、摆臂（肩） 轴、摆肘轴、转腕轴、 摆腕轴和转手轴
34精选ppt工业机器人的分类工业机器人的分类35精选ppt工业机器人的分类工业机器人的分类36精选ppt工业机器人的分类工业机器人的分类五种基本坐标式机器人37精选ppt工业机器人的分类工业机器人的分类38精选ppt工业机器人的分类工业机器人的分类39精选ppt工业机器人的分类工业机器人的分类40精选ppt工业机器人的分类工业机器人的分类41精选ppt1212工业机器人的类型工业机器人的类型搬运机器人42精选ppt1313工业机器人的结构工业机器人的结构目前的工业机器人多为6轴关节型机器人
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机 器 人 的 控 制 过 程
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工业机器人的控制方式
1. 示教再现控制
通过示教器把作业内容变制成程序，输入到 记忆装置中。给出启动命令后，系统从存储 单元中读出信息并送到控制装置，控制装置 发出控制信号，由驱动机构控制机械手在一 定精度范围内按照存储单元中的内容完成各 种动作。
工业机器人教材PPT课件
示教输入
编程输入
穿孔带输入 穿孔卡输入 磁带输入
键盘输入
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三、工业机器人智能传感器
CHENLI 2021/3/7
1．接近觉传感器
接近觉传感器能使机器人手爪感知与物体的接 近程度，当近到一定距离时能使高速搜索物体的手 爪向控制系统发出减速信号，以减少手爪和物体的 冲击。
接近觉传感器有光学、超声波和电磁等几种， 一般装在手爪上。
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CHENLI 2021/3/7
焊接机器人
一、焊接机器人系统的组成 焊接机器人系统一般由以下几个部分组
成：机器人操作机、变位机、控制器、焊 接系统、焊接传感器、中央控制计算机和 相应的安全设备等。
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CHENLI 2021/3/7
机器人操作机是焊接机器人系统的执行机构 变位机作为机器人焊接生产线及运动形式
① 直角坐标式 ② 圆柱坐标式 ③ 球坐标式 ④ 多关节式
CHENLI 2021/3/7
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3．机器人运动功能
CHENLI 2021/3/7
① 点位控制型：用于搬运和装卸物件，点焊及具 有固定位置零件的装配工作。
② 连续轨迹控制型：主要用于电弧焊和喷涂等. 4．机器人程序输入方式
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CHENLI 2021/3/7
一汽“红旗”轿车机器人焊接线
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CHENLI 2021/3/7
搬运、码垛机器人
自动搬运工作站由搬运机器人和周边设备组成。 搬运机器人可用于搬运重达几公斤至1 t以上的
CHENLI 2021/3/7
工业机器人
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CHENLI 2021/3/7
到目前为止，工业机器人是最成熟、应用最 广泛的一类机器人，全世界目前已经销售110万台， 这是1999年的统计，已经进行使用的是75万台。 日本在工业机器人领域的发展是首位的，成为机 器人的王国； 美国发展得也很迅速，目前在新安装的台数方面 已经超过了日本； 中国刚开始进入产业化的阶段，已经研制出多种 工业机器人样机，已有小批量在生产中使用。
工业机器人PPT
Copyright © SLC 2009. All rights reserved.
第2页
2009年2月
Siemens China
二.工业机器人的组成
工业机器人由三大部分五个子系统组成。 三大部分是:机械部分、传感部分和控制部分 五个子系统是:执行机构、驱劢系统、传劢系统、控制系统 及智能系统。 各部分关系如下图所示：
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第 11 页
2009年2月
Siemens China
Thanks !
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2009年2月
Siemens China
Siemens China
三.工业机器人分类与性能
3.球坐标型
球坐标型操作机它有两个转动关 节和一个移动关节，末端操作器的安 装轴线之位姿由(θ，φ， r)坐标予以 表示。该种型式的工业机器人，空间 尺寸较小，工作范围较大。
4.关节型
关节型操作型它有三个转动关节，即机 身上部相对于下部的转动，肩关节的转动 和肘关节的转动。腕关节的转动属于末端 操作器的自由度。该种结构的工业机器人， 空间尺寸相对较小，工作范围相对较大， 还可以绕过机座周围的障碍物，是目前应 用较多的一种机型。
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第6页
2009年2月
Siemens China
四.工业机器人用途
搬运机器人
焊接机器人
装配机器人
喷漆机器人
第7页 2009年2月
切削加工机器人
工业机器人认知(PPT39页)
6、工业机器人能连接WIFI吗？
7、有网络学习资源吗，怎么能找到？
培训专用
1 、填空
课堂测试
（ 1 ）国际工业机器人技术日趋成熟，基本沿着两个路径在发展：一是模仿人
的 _______ ，实现多维运动，在应用上比较典型的是点焊、弧焊机器人；二是模 仿人的 _______ ，实现物料输送、传递等搬运功能，例如搬运机器人。
防性保养，更换齿轮润滑油。工业机器人正常运行每3年或10000小时后，必须在进 行1次预防保养，特别是针对在恶劣工况与长时间在负载极限或运行极限下工作 的机器人，需要每年进行一次全面预防性保养。下面对机器人在日常保养、三个 月保养、一年保养的工作任务进行介绍。 1、日常保养
1）检查设备的外表有没有灰尘附着； 2）外部电缆磨损，压损，各接头是否固定良好，有无松动； 3）冷却风扇是否正常工作； 4）各操作按钮动作是否正常； 5）机器人动作是否正常。 2、三个月保养（包括日常保养）
培训专用
机器人各接口连接 不同机器人的连接接口有所差别，请按照工业机器人说明书进行连接。例如
IRB4600机器人本体上有上臂接口和底座接口，上臂接口主要是有压缩空气接口、 用户电缆CP、用户电缆CS等。
机器人本体与控制柜的连接
主要是电动机动力电缆与转数计数器电缆、用户电缆的连接。将电动 机动力电缆与转数计数器电缆、用户电缆的两端分别与相应的控制柜接口 和机器人本体底座接口相连接。
培训专用
（ 2 ）按照机器人的技术发展水平，可以将工业机器人分为三代 _______ 机器
人、 _______ 机器人和 _______ 机器人。
（ 3 ）目前在我国应用的工业机器人主要分 _______ 、 _______ 和国产三种。
2 、选择
7、有网络学习资源吗，怎么能找到？
培训专用
1 、填空
课堂测试
（ 1 ）国际工业机器人技术日趋成熟，基本沿着两个路径在发展：一是模仿人
的 _______ ，实现多维运动，在应用上比较典型的是点焊、弧焊机器人；二是模 仿人的 _______ ，实现物料输送、传递等搬运功能，例如搬运机器人。
防性保养，更换齿轮润滑油。工业机器人正常运行每3年或10000小时后，必须在进 行1次预防保养，特别是针对在恶劣工况与长时间在负载极限或运行极限下工作 的机器人，需要每年进行一次全面预防性保养。下面对机器人在日常保养、三个 月保养、一年保养的工作任务进行介绍。 1、日常保养
1）检查设备的外表有没有灰尘附着； 2）外部电缆磨损，压损，各接头是否固定良好，有无松动； 3）冷却风扇是否正常工作； 4）各操作按钮动作是否正常； 5）机器人动作是否正常。 2、三个月保养（包括日常保养）
培训专用
机器人各接口连接 不同机器人的连接接口有所差别，请按照工业机器人说明书进行连接。例如
IRB4600机器人本体上有上臂接口和底座接口，上臂接口主要是有压缩空气接口、 用户电缆CP、用户电缆CS等。
机器人本体与控制柜的连接
主要是电动机动力电缆与转数计数器电缆、用户电缆的连接。将电动 机动力电缆与转数计数器电缆、用户电缆的两端分别与相应的控制柜接口 和机器人本体底座接口相连接。
培训专用
（ 2 ）按照机器人的技术发展水平，可以将工业机器人分为三代 _______ 机器
人、 _______ 机器人和 _______ 机器人。
（ 3 ）目前在我国应用的工业机器人主要分 _______ 、 _______ 和国产三种。
2 、选择
工业机器人PPT_图文
机械手 机器人走迷宫
机器人举例（视频）
机器爬虫
机器恐龙
工业机器人应用
第一节 工业机器人概述
一、工业机器人的含义 二、工业机器人的组成 三、工业机器人的特点 四、工业机器人的分类 五、工业机器人发展简况及趋向
一、工业机器人的含义
工业机器人是能模仿人体某些器官的功能( 主要是动作功能)、有独立的控制系统、可以改 变工作程序和编程的多用途自动操作装置。 工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调 、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣 环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处 理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和 简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门 中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。
按照結构坐標系來分，可以分為 ：直角坐標型 、圓柱坐標型、球坐標型、全關節型。
二、焊接机器人的优點
穩定和提高焊接質量，保証其均勻性。 提高勞動生產率，一天可24小時連續生產。 改善工人勞動條件，可在有害環境下工作。 降低對工人操作技術的要求。 縮短產品改型換代的准備周期，減少相應的設
、大型结构件等喷漆生产线，以保证产
品的加工质量、提高生产效率、减轻操
作人员劳动强度。
二、特点
喷涂机器人在使用环境和动作要求上有 如下的特点:
① 工作环境包含易爆的喷涂剂蒸气; ② 沿轨迹高速运动，途经各点均为作
业点; ③ 多数和被喷涂件都搭载在传送带上
，边移动边喷涂，所以它需要一些特殊 性能。
2、机械本体
（1）机械本体的作用 机械本体用来支承手部、腕部和臂部，驱动装置及
其他装置也固定在机械本体上。 （2）行走机构
对用可以行走的工业机器人，它的机械本体是可以 移动的；否则，机械本体直接固定在基座上。行走机 构用来移动工业机器人。有的行走机构是模仿人的双 腿，有的只不过是轨道和车轮机构而已。 （3）驱动系统
工业机器人简介ppt课件
● 自由度
一个简单的刚体一般有六 个自由度，沿着坐标轴的三 个平移运动；绕着坐标轴的 三个旋转运动。
当两物体间由于建立接关 系而不能进行的移动或转动 则一物体相对另外一个物体 就失去一个自由度。
刚体的六个自由度
02工业机器人的结构与特点
● 自由度
例如，要把一个球放到空 间某个给定位置，有三个自 由度就足够了(见图a)。又如， 要对某个旋转钻头进行定位 与定向，就需要五个自由度， 这个钻头可表示为某个绕着 它的主轴旋转的圆柱体(见 图b)。
scara机器人传动示意图
03搬运机器人-SCARA
● 基本结构
设计中大臂和小臂均采用谐波减速器和推力 向心交叉短圆柱滚子轴承结构,其刚度高,能承 受轴向压力与径向扭矩，缩短传动链,简化结 构设计。
末端的主轴相对线速度大，对质量与惯性敏 感，传动要求同时实现绕Z轴的直线运动和回 转运动。
采用步进电机3→同步齿形带→丝杠螺母→ 主轴,实现绕Z轴的直线运动;采用步进电机4→ 同步齿形带→花键→主轴,实现绕Z轴的回转运 动。
03搬运机器人-SCARA
● 轨迹规划
轨迹规划一般有2种常用的方法,既可在关节 空间中进行,也可在笛卡尔空间中进行。
03搬运机器人-SCARA
● 轨迹规划-关节空间的轨迹规划
机器人各关节在关节空间的路径用关节角的 时间函数描述。
SCARA机器人具有4个关节,因此需要分别 求出经过所有路径点的4个平滑函数。
01背景
机器人相关刊物：
《机器人》、《机器人技术》、《Robotics Rcsearch》 、《Robotica》和 《Robotics and Automation》
02
工业机器人的结构与特点
工业机器人概述ppt课件
22
③内撑式机械夹持器
内撑式机械夹持器采用四连 杆机构传递撑紧力，如图8-13 所示。
其撑紧方向与上述两种方式 的外夹式相反。钳爪3从工件内 孔撑紧工件，为使撑紧后能准 确地用内孔定位，多采用三个 钳爪(图中只画了两个)。
图8-13 内撑连杆杠杆式夹持器 1-驱动器 2-杆 3-钳爪
直角坐标型工业机器人 圆柱坐标型工业机器人 球坐标型工业机器人 多关节型工业机器人 平面关节型工业机器人
8
1）按操作机构坐标形式分类
①直角坐标型工业机器人
运动部分由三个相互垂直的直 线 移 动 组 成 如 图 8-3 所 示 ， 其 工 作空间图形为长方体。各个轴向 的移动距离，可在各个坐标轴上 直接读出，直观性强；易于位置 和姿态的编程计算，定位精度最 高，控制无耦合，结构简单。
图8-l 工业机器人
2
综合上述定义 ，工业机器人有以下三个重要特性： 1) 是一种机械装置，可搬运材料、零件、工具或完成多
种操作和动作功能，即具是有通用性。 2) 可以再编程并具有多样程序流程，这为人-机联系提供
了可能，也使具有独立的柔软性。 3) 有一个自动控别系统，可以在无人的参与下，自动完
成操作作业和动作。
确定一个工业机器人操作机位置时所 需要的独立运动参数的数目称为工业机器 人的运动自由度。
自由度数取决于作业目标所要求的动 作。对于进行二维平面作业需三个自由度； 若要具有随意的位姿，则至少需要六个自 由度；而对于回避障碍作业的工业机器人 则需要有比六个自由度更多的冗余自由度。
工业机器人操作机常采用回转副或移
图8-7 平面关节型工业机器人
13
2)按控制方式分类 ① 点位控制工业机器人
采用点到点的控制方式，它只在目标点处准确控制工 业机器人手部的位姿，完成预定的操作要求，而不对点与 点之间的运动过程进行严格的控制。
③内撑式机械夹持器
内撑式机械夹持器采用四连 杆机构传递撑紧力，如图8-13 所示。
其撑紧方向与上述两种方式 的外夹式相反。钳爪3从工件内 孔撑紧工件，为使撑紧后能准 确地用内孔定位，多采用三个 钳爪(图中只画了两个)。
图8-13 内撑连杆杠杆式夹持器 1-驱动器 2-杆 3-钳爪
直角坐标型工业机器人 圆柱坐标型工业机器人 球坐标型工业机器人 多关节型工业机器人 平面关节型工业机器人
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1）按操作机构坐标形式分类
①直角坐标型工业机器人
运动部分由三个相互垂直的直 线 移 动 组 成 如 图 8-3 所 示 ， 其 工 作空间图形为长方体。各个轴向 的移动距离，可在各个坐标轴上 直接读出，直观性强；易于位置 和姿态的编程计算，定位精度最 高，控制无耦合，结构简单。
图8-l 工业机器人
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综合上述定义 ，工业机器人有以下三个重要特性： 1) 是一种机械装置，可搬运材料、零件、工具或完成多
种操作和动作功能，即具是有通用性。 2) 可以再编程并具有多样程序流程，这为人-机联系提供
了可能，也使具有独立的柔软性。 3) 有一个自动控别系统，可以在无人的参与下，自动完
成操作作业和动作。
确定一个工业机器人操作机位置时所 需要的独立运动参数的数目称为工业机器 人的运动自由度。
自由度数取决于作业目标所要求的动 作。对于进行二维平面作业需三个自由度； 若要具有随意的位姿，则至少需要六个自 由度；而对于回避障碍作业的工业机器人 则需要有比六个自由度更多的冗余自由度。
工业机器人操作机常采用回转副或移
图8-7 平面关节型工业机器人
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2)按控制方式分类 ① 点位控制工业机器人
采用点到点的控制方式，它只在目标点处准确控制工 业机器人手部的位姿，完成预定的操作要求，而不对点与 点之间的运动过程进行严格的控制。
工业机器人介绍详解ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
智慧化
例：智慧XX “物化成人” “灵魂”——信息化技术
“灵魂”附于制造业——智能制造 智能制造——泛在制造——智能机器人
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
机器人与人的深度融合
人类与机器的联合，即嵌入我们大脑的知识和技巧将与 我们创造的容量更大，速度更快，知识分享能力更强的智能 相结合。
我们的智能会逐渐非生物化，其智能程度将远远高于今 天的智能——一个新的文明正在冉冉升起，它将使我们超越 人类的生物极限，大大加强我们的创造力。
在这个新世界中，人类与机器、现实与虚拟的区别将变 的模糊，我们可以任意的装扮成不同的身体，扮演一系列不 同的角色。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
习主席说： 以物质生产，物质服务为主的经济发展模
式向以信息生产、信息服务为主的经济发展模 式转变。
一场革命 ——信息化 信息技术已经成为率先渗透到经济社会 生活各领域的先导技术。 两股洪流——无人化，智慧化 三个技术高地——机器人，数字制造， 人工智能。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
白领机器人
知识工业自动化 运用机器人进行复杂分析，精确判断，创造性 的解决问题，越来越多的知识工作由机器人（软件 机器人）来完成。 将会出现机器人工程师、机器人设计师、机器 人管理员等。
工业机器人机械结构的认知——课件
式中 F——机器人自由度数; l——机构连杆数; n——结构的关节总数; fi——第i个关节的自由度数。
任务二 工业机器人机械结构的认知
并联机器人具有无累积误差、精度高、刚度大、承载能力强、速度高 、动态响应好、结构紧凑、工作空间较小等特点。根据这些特点,并联 机器人在需要高刚度、高精度或者大负载而不需要很大空间的场合得 到了广泛应用。
任务二 工业机器人机械结构的认知
图1-2-10 3R操作机工作空间示意
任务二 工业机器人机械结构的认知
结论: 1)Wp(p)中的任意点为全方位可达点。 2)在C1和C4圆上的任意点,只可实现沿该圆的切线方向的运动。 3)末杆H越长,即h越大,C1越大,C4越小,总工作空间越大;但相应灵活工作 空间则由于C2的增大和C3的减小而减小。 4)工作空间同时受关节的转角限制。
任务二 工业机器人机械结构的认知
图1-2-2 工业机器人的关节类型及其自由度的表示方法 a)移动关节 b)转动关节 c)球面关节 d)虎克铰关节
任务二 工业机器人机械结构的认知
(1)直角坐标机器人的自由度 如图1-2-3所示,直角坐标系机器人臂部有 3个自由度。其移动关节各轴线相互垂直,使臂部可沿X、Y、Z轴方向 移动,构成直角坐标机器人的3个自由度。这种形式的机器人主要特点 是结构刚度大,关节运动相互独立,操作灵活性差。
任务二 工业机器人机械结构的认知
3.工件坐标系 工件坐标系是用户自定义的坐标系,用户坐标系也可以定义为工 件坐标系。可根据需要定义多个工件坐标系,当配备多个工作台 时,选择工件坐标系操作更为简单。
任务二 工业机器人机械结构的认知
4.工具坐标系 工具坐标系是原点位于机器人末端的工具中心点(Tool Center Point,TCP)处的坐标系,原点及方向都是随着末端位置与角度不断 变化的。该坐标系实际是将基坐标系通过旋转及位移变化而来的 。因为工具坐标系的移动以工具的有效方向为基准,与机器人的 位置、姿势有关,所以不改变工具姿势,进行相对于工件的平行移 动最为适宜。
任务二 工业机器人机械结构的认知
并联机器人具有无累积误差、精度高、刚度大、承载能力强、速度高 、动态响应好、结构紧凑、工作空间较小等特点。根据这些特点,并联 机器人在需要高刚度、高精度或者大负载而不需要很大空间的场合得 到了广泛应用。
任务二 工业机器人机械结构的认知
图1-2-10 3R操作机工作空间示意
任务二 工业机器人机械结构的认知
结论: 1)Wp(p)中的任意点为全方位可达点。 2)在C1和C4圆上的任意点,只可实现沿该圆的切线方向的运动。 3)末杆H越长,即h越大,C1越大,C4越小,总工作空间越大;但相应灵活工作 空间则由于C2的增大和C3的减小而减小。 4)工作空间同时受关节的转角限制。
任务二 工业机器人机械结构的认知
图1-2-2 工业机器人的关节类型及其自由度的表示方法 a)移动关节 b)转动关节 c)球面关节 d)虎克铰关节
任务二 工业机器人机械结构的认知
(1)直角坐标机器人的自由度 如图1-2-3所示,直角坐标系机器人臂部有 3个自由度。其移动关节各轴线相互垂直,使臂部可沿X、Y、Z轴方向 移动,构成直角坐标机器人的3个自由度。这种形式的机器人主要特点 是结构刚度大,关节运动相互独立,操作灵活性差。
任务二 工业机器人机械结构的认知
3.工件坐标系 工件坐标系是用户自定义的坐标系,用户坐标系也可以定义为工 件坐标系。可根据需要定义多个工件坐标系,当配备多个工作台 时,选择工件坐标系操作更为简单。
任务二 工业机器人机械结构的认知
4.工具坐标系 工具坐标系是原点位于机器人末端的工具中心点(Tool Center Point,TCP)处的坐标系,原点及方向都是随着末端位置与角度不断 变化的。该坐标系实际是将基坐标系通过旋转及位移变化而来的 。因为工具坐标系的移动以工具的有效方向为基准,与机器人的 位置、姿势有关,所以不改变工具姿势,进行相对于工件的平行移 动最为适宜。
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1.1 工业机器人
工业机器人是一种由程序预先确定其运动方式的机电 一体化机械装置。
到目前为止，工业机器人是最成熟的一类机器人。至 04年底全球的工业机器人数量为848000—1120000套， 日本几乎占一半，而我国的机器人仅仅占全球数量的 0.6%。
工业机器人目前已经应用在冲压、压力铸造、热处理、 焊接、涂装、塑料制品成型、机械加工、简单装配以 及核工业等领域。
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工业4.0
工业机器人作为自动化技术的集大成者，是工业 4.0的重要组成单元，当前，机器人产业的发展， 对工业机器人编程与操作的技能型人才的需求越 来越紧迫，按照工业和信息化部关于工业机器人 的发展规划，到2020年，国内工业机器人装机量 将达100万台，需要至少20万与工业机器人应用相 关的从业人员，并且以每年20%到30%的速度持续 递增，当前开展工业机器人技术专业人才培养是 亟需解决的重要问题。
1．自由度 自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。 2．重复定位精度 工业机器人的运动精度主要包括定位精度和重
复定位精度。定位精度是指工业机器人的末端 执行器的实际到达位置与目标位置之间的偏差。 重复定位精度(又称为重复精度)是指在同一环 境、同一条件、同一目标动作及同一条指令下， 工业机器人连续运动若干次重复定位至同一目 标位置的能力。
性； 4）有一定程度的智能，能够自主地完成一些操作。
.
10
机器人概述
3. 1940年，一位科幻作家首次使用ROBOTS （机器人学），并提出了“机器人学三原则”， 这三个原则如下：
1）机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不幸； 2）机器人应执行人们下达的命令，除非这些命令
与第一原则相矛盾； 3）机器人应能保护自己的生存，只要这种保护行
工业机器人的控制方式
2. 位置控制
1）点位控制 点位控制方式只控制机器人运动的起点和终点位置，
而不关心这两点之间的运动轨迹。 如：定位焊、上下料、搬运 2）连续路径控制 连续路径控制方式不仅要求机器人以一定的精度达
到目标点，而且对移动轨迹也有一定精度要求。 如：喷漆、弧焊
.
28
工业机器人的技术参数
工业机器人的分类
. 40
工业机器人的分类
. 41
1.2 工业机器人的类型
1. 搬运机器人
. 42
1.3 工业机器人的结构
目前的工业机器人多为6轴关节型机器人。
6轴关节型机器人有 三个“关节”：“肩关 节”、“肘关节”、“腕 关节”。而6轴是指： 转腰轴、摆臂（肩） 轴、摆肘轴、转腕轴、 摆腕轴和转手轴
.
49
2. 工业 机器人运 动控制系 统的组成
. 50
（1）控制计算机
（2）示教盒
（3）操作面板
（4）硬盘和软盘存储器
（5）数字和模拟量输入输出
（6）打印机接口
（7）传感器接口
（8）轴控制器
（9）辅助控制设备
（10）通信接口
（11）网络接口
.
51
1.4.3 机器人运动控制系统软件
为不与第一或第二原则相矛盾。 机器人界将这三个原则作为开发机器人的准则。
.
11
为什么要发展机器人
发展机器人的三个理由：
1）机器人可以干人不愿意干的工作，它把人 从有毒的、有害的、高温的或危险的环境中 解放出来。
2）机器人可以干人干不好的工作。 3）机器人可以干人干不了的工作。
.
12
机器人的产生及发展
.
13
机器人的产生及发展
5. 1967年日本从美国引进“沃尔萨特兰” （Versatran）工业机器人。
6. 1968年日本从美国引进Unimate机器人。 20世纪70年代日本机器人技术迅速发展， 并超越美国成为当今世界第一的“机器人 王国”。
.
14
机器人的产生及发展
7. 机器人的发展经历了三个阶段： 1）第一代机器人——示教再现型机器
. 53
. 54
2. 引导示教方式 3. 机器人编程语言与离线编程技术
. 55
1.4.5（三维）动画 模拟及应用
1）使机器人的运动编程成为 “可视”的过程
2）可离线编程
. 57
. 58
1.4.7 机器人外部滑动轴的控制
. 59
.
18
1.1 工业机器人
目前，国际上的工业机器人主要分为日 系和欧系。日系中主要有安川、OTC。 松下、FUNAC、不二越及川崎等公司的 产品。欧系中主要有德国的KUKA、 CLOOS，瑞士的ABB，意大利的COMAU 及奥地利的IGM等公司的产品。
.
19
工业机器人的基本组成
工业机器人的本体结构是一只类似于人体上 肢功能的关节型机械手，其系统构成简单表 述如图所示。
工业机器人认识
. 1
. 2
. 3
. 4
. 5
. 6
. 7
工业4.0
随着工业4.0概念的提出，以智能工厂智慧 制造为主题的第四次工业革命已经悄然来 临，工业4.0是德国政府提出的一个高科技 战略计划。“工业4.0”概念包含了由集中式 控制向分散式增强型控制的基本模式转变 ，目标是建立一个高度灵活的个性化和数 字化的产品与服务的生产模式。
成，获取内部和外部环境状态中有意义的信 息。 4．机器人一环境交互系统 工业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。
.
24
工业机器人的基本组成
5．人一机交互系统 人一机交互系统是使操作人员参与机 器人控制与机器人进行联系的装置。 6．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去完成规定的运动 和功能。
.
25
机 器 人 的 控 制 过 程
.
26
工业机器人的控制方式
1. 示教再现控制
通过示教器把作业内容变制成程序，输入到 记忆装置中。给出启动命令后，系统从存储 单元中读出信息并送到控制装置，控制装置 发出控制信号，由驱动机构控制机械手在一 定精度范围内按照存储单元中的内容完成各 种动作。
.
27
人 2）第二代机器人——“带感觉”的机器
人 3）第三代机器人——智能型机器人
.
15
我国工业机器人的发展
1. 70年代的萌芽期，80年代的开发期， 90年代的实用化期。
2. 1972年开始研制，1986年“七五”机器 人攻关计划，1987年“863”高技术计划。
. 16
工业机器人类型
1.1 工业机器人 1.2 工业机器人的类型 1.3 工业机器人的结构 1.4 工业机器人的运动控制系统
.
33
工业机器人的技术参数
5．承载能力 工业机器人的承载能力又称为有效负载，
它是指机器人在工作时臂端可能搬运的 物体质量或所能承受的力。
. 34
工业机器人的分类
. 35
工业机器人的分类
. 36
工业机器人的分类
五种基本坐标式机器人
. 37
工业机器人的分类
. 38
工业机器人的分类
. 39
1. 在第二次世界大战中，武器专家发明了武器瞄准 用得伺服系统，由此为机器人的制造提供了技术。
2. 1954年，世界上第一台机器人诞生于美国，一台 试验样机。
3. 1958年，Unimation公司的Unimate机器人，真正 意义上的第一台机器人。
4. 1962年，美国机械与制造公司，“沃尔萨特兰” （Versatran）工业机器人， 它和Unimate机器人至今 仍在使用。
关节运动 S轴（腰） L轴（臂） U轴（肘） R轴（腕横摆） B轴（腕俯仰） T轴（腕回转）
参数范围 ±360°
+70°, -90° +45°,-125°
±360° ±120° ±360°
.
48
1.4.2 工业机器人运动控制系统的组 成
1. 对焊接机器人运动控制系统的一般要求 1）记忆功能 2）示教功能 3）与外围设备联系功能 4）坐标设置功能 5）人机接口 6）传感器接口 7）位置伺服功能 8）故障诊断安全保护功能
.
29
. 30
. 31
工业机器人的技术参数
3．工作范围 机器人的工作范围是指机器人手臂末端
或手腕中心运动时所能到达的所有点的 集合。
. 32
工业机器人的技术参数
4．最大工作速度 最大工作速度，有的厂家指工业机器人
主要自由度上最大的稳定速度，有的厂 家指手臂末端最大的合成速度，通常都 在技术参数中加以说明。
.
43
6轴关节型工业机 器人的动作定义
.
44
6 轴 关 节 型 机 器 人
.
45
1.4工业机器人的运动控制系统
• 1.4.1 工业机器 人的运动 轴的构成
3-U
1.焊接机 器人运动 轴的定义
6-T 4-R 5-B
2-L
1-S
. 46
肘
腕
臂
腰
. 47
2.工业机器人的运动轴参数
6关节型工业机器人的关节运动参数
. 20
工业机器人的基本组成
工业机器人系 统具体来说由 三大部分六个 子系统组成。
. 21
工业机器人的基本组成
1．驱动系统 要使机器人运行起来，就需给各个
关节即每个运动自由度安置传动装置， 这就是驱动系统。
. 22
工业机器人的基本组成
2．机械结构系统
. 23
工业机器人的基本组成
3．感受系统 它由内部传感器模块和外部传感器模块组
机器人运动控制系统软件的特点 1）机器人工作任务是要求机器人的末
端执行器（例如焊接机器人的焊钳或焊 枪）进行空间点位运动或轨迹运动。 2）机器人的控制中经常使用复杂控制 技术 3）用人工智能的方法进行控制、决策、 管理和操作
1.1 工业机器人
工业机器人是一种由程序预先确定其运动方式的机电 一体化机械装置。
到目前为止，工业机器人是最成熟的一类机器人。至 04年底全球的工业机器人数量为848000—1120000套， 日本几乎占一半，而我国的机器人仅仅占全球数量的 0.6%。
工业机器人目前已经应用在冲压、压力铸造、热处理、 焊接、涂装、塑料制品成型、机械加工、简单装配以 及核工业等领域。
.
8
工业4.0
工业机器人作为自动化技术的集大成者，是工业 4.0的重要组成单元，当前，机器人产业的发展， 对工业机器人编程与操作的技能型人才的需求越 来越紧迫，按照工业和信息化部关于工业机器人 的发展规划，到2020年，国内工业机器人装机量 将达100万台，需要至少20万与工业机器人应用相 关的从业人员，并且以每年20%到30%的速度持续 递增，当前开展工业机器人技术专业人才培养是 亟需解决的重要问题。
1．自由度 自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。 2．重复定位精度 工业机器人的运动精度主要包括定位精度和重
复定位精度。定位精度是指工业机器人的末端 执行器的实际到达位置与目标位置之间的偏差。 重复定位精度(又称为重复精度)是指在同一环 境、同一条件、同一目标动作及同一条指令下， 工业机器人连续运动若干次重复定位至同一目 标位置的能力。
性； 4）有一定程度的智能，能够自主地完成一些操作。
.
10
机器人概述
3. 1940年，一位科幻作家首次使用ROBOTS （机器人学），并提出了“机器人学三原则”， 这三个原则如下：
1）机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不幸； 2）机器人应执行人们下达的命令，除非这些命令
与第一原则相矛盾； 3）机器人应能保护自己的生存，只要这种保护行
工业机器人的控制方式
2. 位置控制
1）点位控制 点位控制方式只控制机器人运动的起点和终点位置，
而不关心这两点之间的运动轨迹。 如：定位焊、上下料、搬运 2）连续路径控制 连续路径控制方式不仅要求机器人以一定的精度达
到目标点，而且对移动轨迹也有一定精度要求。 如：喷漆、弧焊
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工业机器人的技术参数
工业机器人的分类
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工业机器人的分类
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1.2 工业机器人的类型
1. 搬运机器人
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1.3 工业机器人的结构
目前的工业机器人多为6轴关节型机器人。
6轴关节型机器人有 三个“关节”：“肩关 节”、“肘关节”、“腕 关节”。而6轴是指： 转腰轴、摆臂（肩） 轴、摆肘轴、转腕轴、 摆腕轴和转手轴
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2. 工业 机器人运 动控制系 统的组成
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（1）控制计算机
（2）示教盒
（3）操作面板
（4）硬盘和软盘存储器
（5）数字和模拟量输入输出
（6）打印机接口
（7）传感器接口
（8）轴控制器
（9）辅助控制设备
（10）通信接口
（11）网络接口
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1.4.3 机器人运动控制系统软件
为不与第一或第二原则相矛盾。 机器人界将这三个原则作为开发机器人的准则。
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为什么要发展机器人
发展机器人的三个理由：
1）机器人可以干人不愿意干的工作，它把人 从有毒的、有害的、高温的或危险的环境中 解放出来。
2）机器人可以干人干不好的工作。 3）机器人可以干人干不了的工作。
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机器人的产生及发展
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机器人的产生及发展
5. 1967年日本从美国引进“沃尔萨特兰” （Versatran）工业机器人。
6. 1968年日本从美国引进Unimate机器人。 20世纪70年代日本机器人技术迅速发展， 并超越美国成为当今世界第一的“机器人 王国”。
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机器人的产生及发展
7. 机器人的发展经历了三个阶段： 1）第一代机器人——示教再现型机器
. 53
. 54
2. 引导示教方式 3. 机器人编程语言与离线编程技术
. 55
1.4.5（三维）动画 模拟及应用
1）使机器人的运动编程成为 “可视”的过程
2）可离线编程
. 57
. 58
1.4.7 机器人外部滑动轴的控制
. 59
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1.1 工业机器人
目前，国际上的工业机器人主要分为日 系和欧系。日系中主要有安川、OTC。 松下、FUNAC、不二越及川崎等公司的 产品。欧系中主要有德国的KUKA、 CLOOS，瑞士的ABB，意大利的COMAU 及奥地利的IGM等公司的产品。
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工业机器人的基本组成
工业机器人的本体结构是一只类似于人体上 肢功能的关节型机械手，其系统构成简单表 述如图所示。
工业机器人认识
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工业4.0
随着工业4.0概念的提出，以智能工厂智慧 制造为主题的第四次工业革命已经悄然来 临，工业4.0是德国政府提出的一个高科技 战略计划。“工业4.0”概念包含了由集中式 控制向分散式增强型控制的基本模式转变 ，目标是建立一个高度灵活的个性化和数 字化的产品与服务的生产模式。
成，获取内部和外部环境状态中有意义的信 息。 4．机器人一环境交互系统 工业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。
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工业机器人的基本组成
5．人一机交互系统 人一机交互系统是使操作人员参与机 器人控制与机器人进行联系的装置。 6．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去完成规定的运动 和功能。
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机 器 人 的 控 制 过 程
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工业机器人的控制方式
1. 示教再现控制
通过示教器把作业内容变制成程序，输入到 记忆装置中。给出启动命令后，系统从存储 单元中读出信息并送到控制装置，控制装置 发出控制信号，由驱动机构控制机械手在一 定精度范围内按照存储单元中的内容完成各 种动作。
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人 2）第二代机器人——“带感觉”的机器
人 3）第三代机器人——智能型机器人
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我国工业机器人的发展
1. 70年代的萌芽期，80年代的开发期， 90年代的实用化期。
2. 1972年开始研制，1986年“七五”机器 人攻关计划，1987年“863”高技术计划。
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工业机器人类型
1.1 工业机器人 1.2 工业机器人的类型 1.3 工业机器人的结构 1.4 工业机器人的运动控制系统
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工业机器人的技术参数
5．承载能力 工业机器人的承载能力又称为有效负载，
它是指机器人在工作时臂端可能搬运的 物体质量或所能承受的力。
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工业机器人的分类
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工业机器人的分类
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工业机器人的分类
五种基本坐标式机器人
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工业机器人的分类
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工业机器人的分类
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1. 在第二次世界大战中，武器专家发明了武器瞄准 用得伺服系统，由此为机器人的制造提供了技术。
2. 1954年，世界上第一台机器人诞生于美国，一台 试验样机。
3. 1958年，Unimation公司的Unimate机器人，真正 意义上的第一台机器人。
4. 1962年，美国机械与制造公司，“沃尔萨特兰” （Versatran）工业机器人， 它和Unimate机器人至今 仍在使用。
关节运动 S轴（腰） L轴（臂） U轴（肘） R轴（腕横摆） B轴（腕俯仰） T轴（腕回转）
参数范围 ±360°
+70°, -90° +45°,-125°
±360° ±120° ±360°
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1.4.2 工业机器人运动控制系统的组 成
1. 对焊接机器人运动控制系统的一般要求 1）记忆功能 2）示教功能 3）与外围设备联系功能 4）坐标设置功能 5）人机接口 6）传感器接口 7）位置伺服功能 8）故障诊断安全保护功能
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工业机器人的技术参数
3．工作范围 机器人的工作范围是指机器人手臂末端
或手腕中心运动时所能到达的所有点的 集合。
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工业机器人的技术参数
4．最大工作速度 最大工作速度，有的厂家指工业机器人
主要自由度上最大的稳定速度，有的厂 家指手臂末端最大的合成速度，通常都 在技术参数中加以说明。
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6轴关节型工业机 器人的动作定义
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6 轴 关 节 型 机 器 人
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1.4工业机器人的运动控制系统
• 1.4.1 工业机器 人的运动 轴的构成
3-U
1.焊接机 器人运动 轴的定义
6-T 4-R 5-B
2-L
1-S
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肘
腕
臂
腰
. 47
2.工业机器人的运动轴参数
6关节型工业机器人的关节运动参数
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工业机器人的基本组成
工业机器人系 统具体来说由 三大部分六个 子系统组成。
. 21
工业机器人的基本组成
1．驱动系统 要使机器人运行起来，就需给各个
关节即每个运动自由度安置传动装置， 这就是驱动系统。
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工业机器人的基本组成
2．机械结构系统
. 23
工业机器人的基本组成
3．感受系统 它由内部传感器模块和外部传感器模块组
机器人运动控制系统软件的特点 1）机器人工作任务是要求机器人的末
端执行器（例如焊接机器人的焊钳或焊 枪）进行空间点位运动或轨迹运动。 2）机器人的控制中经常使用复杂控制 技术 3）用人工智能的方法进行控制、决策、 管理和操作