工业机器人 第二章自由度
（完整版）工业机器人技术题库及答案
（完整版）⼯业机器⼈技术题库及答案⼯业机器⼈技术题库及答案⼀、判断题第⼀章1、⼯业机器⼈由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成。
√2、被誉为“⼯业机器⼈之⽗”的约瑟夫·英格伯格最早提出了⼯业机器⼈概念。
×3、⼯业机器⼈的机械结构系统由基座、⼿臂、⼿腕、末端操作器4⼤件组成。
×4、⽰教盒属于机器⼈-环境交互系统。
×5、直⾓坐标机器⼈的⼯作范围为圆柱形状。
×6、机器⼈最⼤稳定速度⾼, 允许的极限加速度⼩, 则加减速的时间就会长⼀些。
√7、承载能⼒是指机器⼈在⼯作范围内的特定位姿上所能承受的最⼤质量。
×第⼆章1、⼯业机器⼈的机械部分主要包括末端操作器、⼿腕、⼿臂和机座。
√2、⼯业机器⼈的机械部分主要包括末端操作器、⼿腕、⼿肘和⼿臂。
×3、⼯业机器⼈的⼿我们⼀般称为末端操作器。
√4、齿形指⾯多⽤来夹持表⾯粗糙的⽑坯或半成品。
√5、吸附式取料⼿适应于⼤平⾯、易碎、微⼩的物体。
√6、柔性⼿属于仿⽣多指灵巧⼿。
√7、摆动式⼿⽖适⽤于圆柱表⾯物体的抓取。
√8、柔顺性装配技术分两种：主动柔顺装配和被动柔顺装配。
√9、⼀般⼯业机器⼈⼿臂有4个⾃由度。
×10、机器⼈机座可分为固定式和履带式两种。
×11、⾏⾛机构按其⾏⾛运动轨迹可分为固定轨迹和⽆固定轨迹两种⽅式。
√12、机器⼈⼿⽖和⼿腕最完美的形式是模仿⼈⼿的多指灵巧⼿。
√13、⼿腕按驱动⽅式来分，可分为直接驱动⼿腕和远距离传动⼿腕。
√第三章1、正向运动学解决的问题是：已知⼿部的位姿，求各个关节的变量。
×2、机器⼈的运动学⽅程只局限于对静态位置的讨论。
√第四章1、⽤传感器采集环境信息是机器⼈智能化的第⼀步。
√2、视觉获得的感知信息占⼈对外界感知信息的60% 。
×3、⼯业机器⼈⽤⼒觉控制握⼒。
×4、超声波式传感器属于接近觉传感器。
√5、光电式传感器属于接触觉传感器。
工业机器人技术与应用第2章 工业机器人的机械结构
2.4 工业机器人手部结构
2.5 工业机器人驱动与传动
2.1 工业机器人机身结构
工业机器人机身是直接连接、支承和传动手臂及行走机构的部件。它是由 臂部运动（升降、平移、回转和俯仰）机构及有关的导向装置、支撑件等 组成。 1．回转与升降型机身结构 回转与升降型机身结构主要由实现臂部的回转和升降运动的机构组成。
KUKA IR-662/100型机器人手腕传动图
2.2 工业机器人臂部结构
三、机器人臂部机构 3．臂部回转与升降机构
手臂回转与升降机构常采用回转缸与升降缸单独驱动，适用于升降行程短而 回转角度小于360°的情况，也有采用升降缸与气动马达-锥齿轮传动的结构。
2.3 工业机器人腕部结构
腕部是联接手臂和手部的结构部件，它的主要作用是确定手部的作业方向。 因此它具有独立的自由度，以满足机器人手部完成复杂的姿态调整。
一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （1）单自由度回转运动手腕
回转油缸直接驱动的单自由度腕部结构 1-回转油缸 2-定片 3-腕回转轴 4-动片 5-手腕
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （2）双自由度回转运动手腕
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （3）三自由度回转运动手腕
4．类人机器人型机身结构 类人机器人的机身上除装 有驱动臂部的运动装置外 ，还应装有驱动腿部运动 的装置和腰部关节。
2.1 工业机器人机身结构
2.1 工业机器人机身结构
没有手臂的双足机器人Cassie
2.2 工业机器人臂部结构
手臂部件（简称臂部）是机器人的主要执行部件，它的作用是支撑腕部和 手部，并带动它们在空间运动，工业机器人腕部的空间位置及其工作空间 都与臂部的运动和臂部的参数有关。 一、机器人臂部的组成 机器人的手臂主要包括臂杆以及与其伸缩、屈伸或自转等运动有关的构件 ，如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支撑联接和位置检测元件等。 根据臂部的运动和布局、驱动方式、传动和导向装置的不同可分为：伸缩 型臂部结构，转动伸缩型臂部结构，屈伸型臂部结构，其他专用的机械传 动臂部结构。
工业机器人技术基础 工业机器人技术参数
O B
h
B
h
(b)
（b ）良好定位(精c) 度，很差重复定位精度
(d)
（a）合理定位精度，良好重复定位精度
（c）很差定位精度，良好重复定位精度
工业机器人工作空间
• 定义
工作空间是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合
• 参考点
手部中心、手腕中心或手指指尖 参考点不同，工作空间的大小、形状也不同
U-3
L-2
R-4 B-5 T-6
S-1
工业机器人自由度
• 工业机器人是典型机构，我们可以直接数出它的自由度。 • 组成机器人的旋转关节或移动关节，每个关节具有一个自由度! • 通常情况下，每个轴可以增加一个自由度。 • 常见的工业机器人有：4轴，6轴，7轴
工业机器人自由度
• 4自由度—SCARA机器人
• 3个旋转关节+1个移动关节 • 结构轻便、响应快 • 适用于平面定位，垂直方向进行装配的作业
工业机器人自由度
• 6自由度
• 第一个关节能在水平面自由旋转 • 二、三两个关节能在垂直平面移动； • “手臂”（四关节）+两个“手腕” （五六关节）可
以拿起水平面上任意朝向的部件，以特殊的角度放入 包装产品里。还可以执行许多由熟练工人才能完成的 操作。
工业机器人工作空间
• 决定因素
行程、尺寸、角度
• 意义
工作范围的形状和大小十分重要，机器人在执 行某作业时可能会因为存在手部不能到达的作业死 区而不能完成任务。
工业机器人最大速度
• 定义
• 设计角度：工业机器人主要自由度上的最大稳定角速度，单位：rad/s或°/s • 功能角度：在各轴联动的情况下，机器人手腕中心所能达到的最大线速度，单位：
第二章_机器人的机械结构分析
关节型搬运机器人
关节型焊接机器人
第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
5、平面关节型 (Selective Compliance Assembly Robot Arm ，简称SCARA) 仅平面运动有耦合性，控制较通用关节型简单。运动灵活 性更好，速度快，定位精度高，铅垂平面刚性好，适于装 配作业。
SCARA型装配机器人
有较大的作业空间，结构紧凑较复杂，定位精度较低。
极坐标型机器人模型
2018/11/2
Unimate
机器人
第二章
机ห้องสมุดไป่ตู้人的机械结构
机器人的构型
4、关节坐标型 (3R) 对作业的适应性好，工作空间大，工作灵活，结构紧凑， 通用性强，但坐标计算和控制较复杂，难以达到高精度。
2018/11/2
关节型机器人模型
2、圆柱坐标型 (R2P)
结构简单紧凑，运动直观，其运动耦合性较弱，控制也较 简单，运动灵活性稍好。但自身占据空间也较大，但转动 惯量较大，定位精度相对较低。
圆柱坐标型机器人模型
2018/11/2
Verstran 机器人
Verstran 机器人
第二章
机器人的机械结构
机器人的构型
3、极坐标型（也称球面坐标型）(2RP)
• 电动式
电源方便，响应快，驱动力较大，可以采用多种灵活的控制方案。
2018/11/2
第二章
机器人的机械结构
二、机器人的分类
1.按机器人的控制方式分类 （1）非伺服机器人 非伺服机器人按照预先编好的程序顺序进行工作， 使用限位开关、制动器、插销板和定序器来控制机器 人的运动。 （2）伺服控制机器人 通过传感器取得的反馈信号与来自给定装置的综合信 号比较后，得到误差信号，经放大后用以激发机器人 的驱动装置，进而带动手部执行装置以一定规律运动， 到达规定的位置或速度等，这是一个反馈控制系统。
第二章总体设计
第二章总体设计2．1工业机器人的主要技术参数设计机器人，首先要确定机器人的主要技术参数，然后由机器人的技术参数来选择机器人的机械结构，坐标形式和传动装置。
1.自由度自由度是描述物体运动所需的独立坐标数。
机器人的自由度表示机器人动作灵活的尺度，一般以轴的直线移动，摆动或旋转动作的数目来表示，手部的动作不包括在内。
机器人的自由度越高，就越能接近忍受的动作机能，通用性就越好；但是，自由度越多结构越复杂。
2.工作空间机器人的工作空间是指机器人手臂或手部安装点所能达到的所有工作区域。
3.工作速度工作速度是指机器人在工作载荷条件下，语速运动过程中，机械接口中心或工具中心点在单位时间内移动的距离或转动的角度。
4.工作载荷机器人在规定的性能范围内，机械接口所能承受的再打负载量。
用质量，力矩，惯性矩来表示。
5.控制方式机器人用于控制轴的方式，是伺服还是非伺服，伺服控制方式是连续轨迹还是点到点的运动。
6.驱动方式驱动方式是指关节执行器的动力源形式。
7.精度，重复精度和分辨率精度，重复精度和分辨率是用来定义机器人手部的定位能力。
精度是一个位置量相对于其参照量系的绝对度量，指机器人首部实际到达位置与所需到达的理想位置之间的差距。
机器人的精度决定于机械精度和电气精度。
重复精度指在相同的运动位置命令下，机器人连续若干次运动轨迹之间的误差度量。
分辨率是指机器人每根轴所能实现的最小移动距离或最小转动角度。
2.2 机械部分2.2.1机械结构的组成由于应用场合的不同，工业机器人结构形式有多种多样，各组成部分的驱动方式、传动原理和机械结构也由各种不同的类型。
通常根据机器人各部分的功能，其机械部分主要由下列各部分组成。
1.手部工业机器人为了进行作业，在手腕上配置了操作机构，有时也为手抓或末端操作器。
2.手腕联接手部和手臂的部分，主要作用是改变手部的空间位置，满足极其所有的作业空间，并将各种载荷传递到机座。
3.臂部联接机身和手腕的部分，主要作用是改变手部的空间位置，满足工业机器人的作业空间，并将各种载荷传递到机座。
工业机器人自由度名词解释
工业机器人自由度名词解释介绍工业机器人是现代工业生产中的重要组成部分，它们能够执行各种复杂的任务，如装配、焊接、搬运等。
在设计和研发工业机器人时，一个非常重要的概念就是机器人的自由度。
机器人的自由度决定了它能够执行的运动范围和灵活性。
在本文中，我们将详细解释工业机器人自由度的概念，并探讨其在机器人控制、运动规划和应用领域中的重要性。
什么是自由度？自由度定义了物体在空间中能够运动的独立方式或方向的数量。
对于工业机器人而言，自由度描述了它在平面或三维空间中能够执行的运动方式。
简单地说，自由度就是机器人能够独立控制的关节数量。
在任何给定的时刻，机器人的每个关节都有一个角度或位置，这些角度或位置可以组合成机器人的配置。
自由度的分类工业机器人的自由度可以根据其关节类型和个数进行分类。
下面是几种常见的工业机器人自由度分类：1. 2自由度（2DOF）2自由度（2 Degrees of Freedom，简称2DOF）的机器人可以沿一个平面进行平移和旋转运动。
这种类型的机器人通常由两个旋转关节组成，可以进行简单的平面操作，如画弧线。
2. 3自由度（3DOF）3自由度（3 Degrees of Freedom，简称3DOF）的机器人可以在三维空间中进行平移和旋转运动。
这种类型的机器人通常由一个旋转关节和两个平移关节组成，可以执行更加复杂的任务，如拾取和放置物体。
3. 6自由度（6DOF）6自由度（6 Degrees of Freedom，简称6DOF）的机器人是工业机器人中最常见的类型。
它们通常由6个旋转关节组成，可以在三维空间中自由地进行平移和旋转运动。
6DOF机器人可以执行更加复杂的任务，如装配、焊接和搬运。
自由度对机器人的影响机器人的自由度对其运动能力、控制复杂性和工作范围等方面都有重要的影响。
以下是自由度对机器人的影响：1. 运动能力机器人的自由度决定了它在空间中的运动能力。
自由度越高，机器人能够实现的运动方式就越多样化和灵活。
《工业机器人基础知识》
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
电子教案-工业机器人技术基础+许文稼+课程大纲、习题答案-工业机器人技术基础 许文稼 习题答案
选择题1.C；2.B；3.A；4.A；5.A判断题1.√；2.×；3.√；4.×；5.√；6.√填空题1.阿西摩夫；2.日本；3.通用；4. Motoman；5. ABB、库卡、发那科和安川电机。
简答题1.工业机器人主要应用于汽车及汽车零部件制造业、电子电气行业、金属制品业(包括机械)、橡胶及塑料工业和食品工业等范畴。
2.工业机器人技术发展趋势主要为：结构模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化等方面。
同时工业机器人也在不断向智能化方向发展，以适应“敏捷制造”，满足多样化、个性化的需要，并适应多变的非结构环境作业，向非制造领域进军。
选择题1.A；2.B；3.A判断题1.√；2.√；3.╳；4.√；5.√；6.√；7.╳；8.√；9.√；10.╳；11.√；12.╳填空题1. 直角、3；2. 圆柱、2 、1 ；3.1、2；4.俯仰、回转；5.关节、平行、共面。
简答题1.根据工业机器人机械结构对应的运动链的拓扑结构，可以将机器人结构分为三类：串联、并联和混合结构。
串联机器人具有结构简单,成本低,控制简单,运动空间大等优点，有的已经具备快速、高精度和多功能化等特点。
并联结构承载能力强，与串联机构相比刚度大，结构稳定；运动负荷小;在位置求解上，并联机构正解困难，反解却非常容易。
但目前的并联机器人机构普遍存在工作空间小，结构尺寸偏大、传动环节过多，工作空间内可能存在奇异位形。
混联机构即有并联机构刚度好的优点，又有串联机构工作空间大的优点，能充分发挥串、并联机构各自的优点, 进一步扩大机器人的应用范围, 提高机器人的性能。
2.从上到下，从左到右，依次是：直角坐标型机器人，圆柱坐标型机器人（R2P），球坐标型机器人（2RP），关节坐标型机器人，SCARA机器人。
第三章工业机器人的组成和技术参数习题答案选择题1.D；2.E；3.A；4.B判断题1. ×；2.√；3.√；4.×；5.√；6.×；7.√；8.×；9.×填空题1. 重复性；2.旋转关节、移动关节、球面关节、虎克铰关节；3. R、P 。
工业机器人技术及应用(教案)2-工业机器人的机械结构和运动控制
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．(1) 机械臂关节型工业机器人的机械臂是由关节连在一起的许多机械连杆的集合体。
SCARA机器人的单自由度结构设计
摘要工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。
本文设计了一个工业用SCARA机器人。
SCARA机器人很类似人的手臂的运动，它包含肩关节肘关节和腕关节来实现水平和垂直运动。
它是一种工业机器人，具有三个自由度。
其中，两个旋转自由度，另外一个是移动自由度。
它能实现平面运动，具有柔顺性，全臂在垂直方向的刚度大，在水平方向的柔性大，广泛用于装配作业中。
本文用模块化设计方法设计了SCARA机器人的机械结构。
采用SolidWorks 和AutoCAD完成了机器人本体的三维模型和二维图设计。
关键字：SCARA；机器人；自由度AbstractThe industrial robot is a most typical mechatronic digital equipment，high value-added technology，a wide range of applications，support for advanced manufacturing technology and information society，new industries，and social development of future production will play a more and more important role.In this paper，the design of SCARA robot with an industry. The SCARA robot is very similar to human arm movement，which includes the shoulder elbow and wrist joints to achieve horizontal and vertical movement. It is a kind of industrial robots，has three degrees of freedom. Among them，two rotational degrees of freedom，the other is a translational degrees of freedom. It can achieve planar motion，with the flexibility，the whole arm in the vertical stiffness，in a horizontal direction of large flexibility，widely used in assembly operations.In this paper，using modular design method to design the mechanical structure of robot SCARA. Using SolidWorks and AutoCAD to complete the 3D model and 2D drawing design of the robot body.Keywords：SCARA；robot；degree of freedom目录摘要 (I)Abstract (II)目录.............................................................................................................................. I II 第一章绪论.. (1)1.1引言 (1)1.2 国内外机器人领域研究现状及发展趋势 (1)1.3 SCARA机器人简介 (2)1.4项目的主要研究内容 (4)1.4.1项目研究的主要内容、技术方案及其意义 (4)1.4.2拟解决的关键问题 (4)第二章SCARA机器人的机械结构设计 (6)2.1 SCARA机器人的总体设计 (6)2.2 SCARA机器人的总体设计 (7)2.2.1机器人本体的设计原则 (7)2.2.2机器人本体的模块化设计 (7)2.2.3三维CAD技术与机器人本体建模 (8)2.3 SCARA机器人驱动方案 (9)2.3.1机器人的驱动方式 (9)2.3.2控制电机的类型、特点 (9)2.4 升降关节设计 (10)2.5 同步带选型设计与计算................................................ 错误！未定义书签。
工业机器人技术基础-第二章-机器人结构认识
任务二 工业机器人机械结构的认知
1.关节机器人的特点
1)有很高的自由度,适合于几乎任何轨迹或角度的工作。 2)可以自由编程,完成全自动化的工作。 3)提高了生产率,降低了可控制的错误率。 4)代替很多不适合人力完成、对身体健康有害的复杂工作。 5)价格高,初期投资成本高。 6)生产前期的工作量大。
3.图解法确定工作空间
图解法求工作空间边界,得到的往往是工作空间的各类剖面(或截线),如图1-2-11所 示。它直观性强,便于和计算机结合,以显示操作机的构形特征。用图解法获得的工作 空间不仅与机器人各连杆的尺寸有关,还与机器人 的总体结构有关。
图解法确定工作空间的边界时,需要将关节分为两组,即前三关节和后三关节(有时 为两关节或单关节)。前三关节称为位置结构,主要确定工作空间的大小;后三关节称为 定向结构,主要决定手部姿势。首先分别求出两组关节所形成的腕点空间和参考点在腕 坐标系中的工作空间,再进行包络整合。
利用机器人结构运动简图,能够更好地分析和记录机器人的各种运动和运动组合 ,可简单、清晰地表明机器人的运动状态,有利于对机器人设计方案进行比较和选择。
任务二 工业机器人机械结构的认知
二、工业机器人的运动自由度
1.自由度的概念 描述物体相对于坐标系进行独立运动的数目称为自由度。物体在三维空间有6个
自由度,如图1-2-1所示。
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。 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。
第二章_机器人的机械结构
2016/6/27
第二章 机器人的机械结构
气吸式手部
真空气吸吸附手部
气流负压吸附手部
挤压排气式手
2016/6/27
第二章 机器人的机械结构
气吸式手部具有结构简单、重量轻、使用方便可 靠等优点。广泛用于非金属材料或不可有剩磁的材料 的吸附。 气吸式手部的另一个特点是对工件表面没有损伤， 且对被吸持工件预定的位置精度要求不高；但要求工 件上与吸盘接触部位光滑平整、清洁，被吸工件材质 致密，没有透气空隙。
(1)夹持类
(2)吸附类
2016/6/27
第二章 机器人的机械结构
1.夹持类 (1)夹钳式 • 手指1 • 传动机构2
• 驱动装置3
• 支架4
2016/6/27
1）手指 ①指端的形状
第二章 机器人的机械结构
V型指
平面指
尖指
2016/6/27
特形指
第二章 机器人的机械结构
②指面型式 根据工件形状、大小及其被夹持部位材质软硬、表 面性质等的不同，手指的指面有光滑指面、齿型指面 和柔性指面三种形式。 ③手指的材料 对于夹钳式手部，其手指材料可选用一般碳素钢和 合金结构钢。为使手指经久耐用，指面可镶嵌硬质合金； 高温作业的手指，可选用耐热钢；在腐蚀性气体环境下 工作的手指，可镀铬或进行搪瓷处理，也可选用耐腐蚀 的玻璃钢或聚四氟乙烯。
2016/6/27
第二章 机器人的机械结构
（2）磁吸式
磁吸式手部是利用永久磁铁或电磁铁通电后产生 的磁力来吸附材料工件的，应用较广。磁吸式手部不 会破坏被吸件表面质量。磁吸式手部比气吸式手部优 越的方面是：有较大的单位面积吸力，对工件表面光 洁度及通孔、沟槽等无特殊要求。磁吸式手部的不足 之处是：被吸工件存在剩磁，吸附头上常吸附磁性屑 （如铁屑等），影响正常工作。因此对那些不允许有 剩磁的零件要禁止使用。对钢、铁等材料制品，温度 超过723℃就会失去磁性，故在高温下无法使用磁吸式 手部。磁吸式手部按磁力来源可分为永久磁铁手部和 电磁铁手部。电磁铁手部由于供电不同又可分为交流 电磁铁和直流电磁铁手部。
机器人技术基础教学课件第2章
Ti ——输入力矩（N·m）；
To ——输出力矩（N·m）；
i ——输入齿轮角位移；
o ——输出齿轮角位移；
机器人技术基础
第二节 机器人的驱动机构
1．齿轮机构
Ti ,i
啮合齿轮转过的总的圆周距离相等，可以 得到齿轮半径与角位移之间的关系：
Rii Roo
TO ,O
Ri ——输入轴上的齿轮半径（m）； R0 ——输出轴上的齿轮半径（m）。
第一节 工业机器人的结构
（3）连杆杠杆式回转型夹持器
夹紧力FN和驱动力Fp之间关系：
FN
Fpc
2b tan a
连杆杠杆式回转型夹持器 1—杆；2—-连杆；3—-摆动钳爪；4—-调整垫片
机器人技术基础
第一节 工业机器人的结构
（4）齿轮齿条平行连杆式平移型夹持器
夹紧力FN和驱动力Fp之间关系：
FN
Fp R
Fp c
2b sin
楔块杠杆式回转型夹持器 1—-杠杆；2—弹簧；3—滚子；4—楔块；5—气缸
机器人技术基础
第一节 工业机器人的结构
（2）滑槽杠杆式回转型夹持器
夹紧力FN和驱动力Fp之间关系：
FN
Fp a 2b cos2
a
滑槽杠杆式回转型夹持器 1—支架；2—杆；3—圆柱销；4—-杠杆；
机器人技术基础
1．液压驱动
液压隧道凿岩机器人 机器人技术基础
液压混凝土破碎切割机器人
第二节 机器人的驱动机构
2．气压驱动
优点：
缺点：
（1）容易达到高速（1m/s）；
（1）压缩空气压力低；
（2）对环境无污染，使用安全；
（2）实现精确位置控制难度大；
第二章 2.3工业机器人运动学(一)
第二章机器人基础知识2.3工业机器人运动学(一)【内容提要】本课主要学习工业机器人技术的运动学基础知识，涉及机器人正逆运动学的概念、平面二连杆机器人的运动学、以及机器人一般运动学的数学基础（位姿描述、齐次变换及运算）。
知识要点：✓机器人正逆运动学概念✓平面二连杆机器人的正逆运动学✓机器人的位姿描述✓齐次变换及运算重点：✓掌握机器人正逆运动学概念✓掌握平面二连杆机器人的正逆运动学✓理解机器人的位姿描述和齐次变换✓掌握齐次变换及运算难点：✓机器人的位姿描述、齐次变换及运算关键字：✓机器人正逆运动学、平面二连杆机器人、位姿描述、齐次变换及运算【本课内容相关资料】2.3机器人运动学从机构学的角度看，机器人可以看成开式运动链结构，由一系列连杆通转动或移动关节串联而成。
机器人运动学研究的是机器人各关节运动的几何关系，具体而言是各连杆之间的位移关系、速度关系和加速度关系。
本节仅研究位移关系，重点是研究手部相对于机座的位姿与各连杆之间的相互关系。
“位姿”是“位置和姿态”的简称。
工业机器人手部相对于机座的位姿与工业机器人各连杆之间的相互关系直接相关。
为了便于数学上的分析，一般将连杆和关节按空间顺序进行编号。
同时，选定一个与机座固联的坐标系，称为固定坐标系，并为每一个连杆（包括手部）选定一个与之固联的坐标系，称为连杆坐标系。
一般把机座也视为一个连杆，即零号连杆。
这样，连杆之间的相互关系可以用连杆坐标系之间的相互关系来描述。
工业机器人手部相对机座的位姿就是固联在手部的坐标系相对固定坐标系的位姿。
这样，就可以将“手部相对于机座的位姿”这样一个物理问题转化为一个数学问题，即，得到了工业机器人的运动学数学模型，便于用计算机进行分析计算。
工业机器人运动学主要包括正向运动学和反向运动学两类问题。
正向运动学是在已知各个关节变量的前提下，解决如何建立工业机器人运动学方程，以及如何求解手部相对固定坐标系位姿的问题。
反向运动学则是在已知手部要到达目标位姿的前提下，解决如何求出关节变量的问题。
工业机器人 第二章自由度
例2.2 计算图示并联机构的自由度 由图可知，该机构总的 构件数n=8，关节数g=9, 其中关节1－3为转动副， 关节4－6为移动副，关 节7－9为球面副，所以
9
fi 15
i 1
则有
g
M 6(ng1 ) fi6(891 )1 5 3 i 1
对于只有一个运动平台与几个分支连接 的多环机构，还可以通过直接观察法来 计算自由度，运动平台在无约束的情况 下有六个自由度，通过观察可以知道每 一分支对运动平台的约束数，则机构的 自由度为6减去所有的约束数。
5）球面关节：用字母S表示 ，允许两连 杆之间有三个独立的相对转动。这种 关节具有三许两连杆之 间有三个相对运动，即两个沿平面的移动 和一个垂直于该平面的转动。这种关节具 有三个自由度；
7）虎克铰：用字母T表示 ，允许两连杆之 间有二个相对转动。这种关节具有二个 自由度；
对于多环的空间机构，计算自由度公式还可 以写成更简单的形式
g
M fi 6l i1
式中，l 为独立的环路数目，
或 l 分支数－ 1
例2.3计算Stewart平台的自由度
计算3TPT机构的自由度
无效自由度：机构中某一部分的运动自 由度对运动平台的自由度不产生影响， 称为无效自由度。
重复约束：机构中某些分支对运动平台 的某个自由度产生了重复限制（重复约 束），应在机构自由度中加上重复约束 的次数。
2) 移动关节：用字母P表示，它允许两 相邻连杆沿关节轴线作相对移动，移动 距离为d，这种关节具有一个自由度；
3）螺旋关节：用字母H表示 ，允许两连 杆绕轴线转动的同时按螺旋规则沿轴 线移动，可以有左旋和右旋。这种关 节具有一个自由度；
4）圆柱关节：用字母C表示 ，允许两连 杆绕轴线转动的同时独立地沿轴线移 动。这种关节具有二个自由度；
工业机器人技术及应用第二章答案
(1) _自由度_ 通常作为机器人的技术指标，反映了机器人动作的灵活性，可 用轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示。
(2) 工业机器人主要由 _操作机_ 、 _控制器_ 和 _示教器_ 组成。下图中 1 表示_末端执行器_ ； 2 表示 _操作机_ ； 3 表示 _控制器_ 和 4 表
示 _示Байду номын сангаас器_ 。 1
2
3 4
题2图
(3) 工业机器人的运动控制主要是实现 _PTP_ 和 _CP_ 两种。当机器人进行 _CP_ 运动控制时，末端执行器既要保证运动的起点和目标点位姿，而且必 须保证机器人能沿所期望的轨迹在一定精度范围内运动。
(4) 对给定的机器人操作机，己知各关节角矢量，求末端执行器相对于参 考坐标系的位姿，称之为 _正向_ 运动学。
2 、选择
(1) 操作机是工业机器人的机械主体，是用于完成各种作业的执行机构。它主 要哪几部分组成？（ D）
①机械臂；②驱动装置；③传动单元；④内部传感器 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④ (2) 示教器也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，试问以下哪些机器人操作可通 过示教器来完成？（D ）。 ①点动机器人；②编写、测试和运行机器人程序；③设定机器人参数；④查 阅机器人状态 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④
工业机器人课后答案
工业机器人课后答案【篇一：工业机器人技术习题答案.pdf】>一、填空1、自由度2、操作机、控制器、示教器、末端执行器、操作机、控制器、示教器3、点位运动（ptp）、连续路径运动（cp）、cp4、正向二、选择1、d2、d 三、判断2、示教再现机器人、感知机器人、智能机器人3、日系、欧系二、选择1、d2、d3、c 三、判断第一章绪论第二章工业机器人的机械结构和运动控制第三章手动操纵工业机器人一、填空 1、机器人轴、基座轴、基座轴、外部轴 2、工具 3、点动二、选择1、d2、d 三、判断表手动移动机器3-6 人要领一、填空 1、示教、程序、再现 2、跟踪 3、离线编程二、选择1、b 2、d 3、d三、判断四、综合应用表4-6第四章初识工业机器人的作业编程直线轨迹作业示教第五章搬运机器人的作业编程一、填空 1、龙门式搬运机器人、悬臂式搬运机器人、侧壁式搬运机器人、摆臂式搬运机器人 2、吸附式、夹钳式、仿人式 3、机器人控制柜、示教器、气体发生装置、气吸附手爪二、选择1、d2、d三、判断1、√2、√3、√四、综合应用略取式、组合式 3、第六章码垛机器人的作业编程一、填空 1、龙门式码垛机器人、摆臂式码垛机器人 2、吸附式、夹板式、抓操作机、机器人控制柜、示教器、真空发生装置、气体发生装置4、一进一出、一进两出、两进两出二、选择1、a2、a三、判断一、填空 1、关节式 2、c型、伺服3、弧焊、示教器、焊枪、操作机、弧焊电源4、双、双、h 二、选择1、b2、d3、d 四、综合应用略第七章焊接机器人的作业编程三、判断（2）略2、1、√ √ 3、√ 四、综合应用（1）表 7-圆弧轨迹作业13 示教【篇二：工业机器人考点大全--习题答案】p class=txt>答：工业机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置，通过可编程动作来完成各种任务并具有编程能力的多功能机械手。
智能机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。
简述工业机器人自由度的定义
简述工业机器人自由度的定义
嘿，你知道工业机器人的自由度吗？这可真是个超级有趣的概念啊！就好像我们人类可以自由地伸展胳膊、转动脑袋、弯曲手指一样，工业机器人也有它自己的“活动自由”呢！
自由度啊，简单来说，就是工业机器人能够独立运动的方式和方向的数量。
这不就像我们身体的关节一样吗？我们的胳膊有肩关节、肘关节、腕关节，每个关节都能让胳膊在不同方向上活动，机器人也是如此呀！
你想想看，如果一个机器人只有一个自由度，那它能做的事情得多有限啊！可能就只能做非常简单、单一的动作，那多没意思呀！但如果它有很多个自由度呢，哇，那它就能像个灵活的小猴子一样，做出各种各样复杂又精彩的动作啦！
比如说，在汽车生产线上，那些机器人得能够精确地抓取零件、焊接、安装，这可都需要足够的自由度来实现啊！如果自由度不够，怎么能高质量地完成这些工作呢？这就好像让你用一只手去系鞋带，那得多困难呀，对吧？
再比如在一些精细的电子产品生产中，机器人得非常精准地进行操作，这也得靠足够的自由度来保障呀！就如同我们写字，手指得能灵活地弯曲、伸展，才能写出漂亮的字来。
而且啊，不同类型的工业机器人，它们的自由度也各不相同哦！有些可能只有几个自由度，而有些高端的机器人可能有十几个甚至更多的自由度呢！这就好比不同的运动员，有的擅长短跑，有的擅长长跑，各自有着自己独特的能力和优势。
总之，工业机器人的自由度真的是非常重要啊！它决定了机器人能做什么、做得好不好。
没有足够的自由度，机器人就没办法在各种复杂的工业环境中大展身手啦！所以说，一定要重视这个神奇的自由度呀！。
工业机器人自由度的定义
工业机器人自由度的定义
《工业机器人自由度到底是啥玩意儿》
嘿，大家知道不，工业机器人啊，有个特别重要的概念叫自由度。
那啥是自由度呢？咱今儿个就好好唠唠。
就说我之前去参观一个工厂吧，那里面就有好多工业机器人在那忙活着呢。
我就盯着一个机器人看啊，它那胳膊能上下动，能左右摆，还能转圈，可灵活了呢！这就是自由度的一种体现呀。
你想啊，如果它只能直直地伸出去，不能拐弯啥的，那能干的事儿不就少多啦。
就好比咱人，胳膊能各种角度活动，这样才能拿东西、做事儿嘛。
机器人也是一样的道理呀，自由度越多，它能做的动作就越丰富，就越能完成各种复杂的任务。
就像那个机器人，它因为有了比较多的自由度，就能精确地把零件从这边拿到那边，还能按照要求组装起来。
所以啊，工业机器人的自由度就是决定它能干多少事儿、能干多好的关键呢。
没有足够的自由度，它可就没法那么厉害啦！哎呀，说了这么多，大家应该对工业机器人自由度有个更清楚的认识了吧。
以后再看到那些厉害的机器人干活，就知道自由度在里面起的大作用咯！
咋样，我这么一说，是不是挺容易懂的呀！哈哈！。
工业机器人技术基础 工业机器人手腕
• 移动手腕（T手腕）
手腕自由度
二自由度手腕
• BR手腕
• BB手腕
• RR手腕
手腕自由度
三自由度手腕
• BBR 手腕
• BRR 手腕
• RRR手腕
• BBB手腕（2自由度）
柔顺手腕结构
主动柔顺装配
• 从检测、控制的角度，采取各种不同的搜索方法，实现边校正边装配。
被动柔顺装配
• 从结构的角度在手腕部配置一个柔顺环节，以满足柔顺装配的需要。
yaw偏航翻转运动r手腕自由度单自由度手腕移动手腕t手腕手腕自由度二自由度手腕rr手腕手腕自由度三自由度手腕bbr手腕brr手腕bbb手腕2自由度柔顺手腕结构主动柔顺装配从检测控制的角度采取各种不同的搜索方法实现边校正边装配
工业机器人手腕
学习目标
手腕运动形式
臂转、手转、腕摆，RPY运动
手腕自由度
单自由度手腕、二自由度手腕、三自由度手腕结构
Ɵ1
手手
Ɵ1
腕 腕
臂转—双腕摆—手转结构
手腕运动形式
• 臂转 • 手转 • 腕摆
翻转运动（R）
俯仰运动（P） 偏转运动（Y）
RPY运动
Rot（Z, α）：Roll 翻滚 Rot（Y, β）：Pitch 俯仰 Rot（X, γ）：Yaw 偏航
手腕自由度
单自由度手腕
• 翻转手腕（R手腕）
• 折曲手腕（B手腕）
柔顺手腕结构
动作过程
柔顺手腕结构
案例一：具有水平浮动和摆动浮动机构
柔顺手腕结构
案例二：采用板弹簧作为柔性元件
手腕机械设计要求
• 1.结构紧凑、重量轻； • 2.灵活、定位精度高； • 3.刚度、强度较高； • 4.可靠性高。
- 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)。
fi 15
i1
则有
g
M 6(n g 1) fi 6(8 9 1) 15 3 i1
对于只有一个运动平台与几个分支连接 的多环机构，还可以通过直接观察法来 计算自由度，运动平台在无约束的情况 下有六个自由度，通过观察可以知道每 一分支对运动平台的约束数，则机构的 自由度为6减去所有的约束数。
2 机器人机构分析
机器人的机械结构是用关节将一些杆件（也 称为连杆）连接起来，一般使用二元关节， 即一个关节只与两个连杆相连接。
当各连杆组成一开式机构链时，所获得的机 器人机构称为串联机器人。如PUMA系列机 器人。
当各连杆组成一闭式机构链时，所获得的机 器人机构称为并联机器人。通常，并联机器 人的闭合回路多于一个。如Stewart平台式并 联机器人就有六个分支。
5）球面关节：用字母S表示 ，允许两连 杆之间有三个独立的相对转动。这种 关节具有三个自由度；
6）平面关节：用字母E表示 ，允许两连杆之 间有三个相对运动，即两个沿平面的移动 和一个垂直于该平面的转动。这种关节具 有三个自由度；
7）虎克铰：用字母T表示 ，允许两连杆之 间有二个相对转动。这种关节具有二个 自由度；
重复约束：机构中某些分支对运动平台 的某个自由度产生了重复限制（重复约 束），应在机构自由度中加上重复约束 的次数。
2.1 机器人机构
2.1.1 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，两杆之间允许沿 该轴线相对移动或绕该轴线相对转动， 构成一个运动副，也称为关节。关节 的种类有：
1）转动关节：通常用字母R表示，它允 许两相邻连杆绕关节轴线作相对转动， 转角为θ，这种关节具有一个自由度;
节的约束为 ui （ 即该关节限制的自由度
数目），如果所有连杆之间的关节数目为 g，则该机构的运动自由度为
g
M 6(n 1) ui i1
或写成
g
M 6(n g 1) fi i1
其中
为第i个关节的自由度数目，这就是一般 形式的空间机构自由度计算公式，也称 为Kutzbach Grübler公式。
例2.1 计算PUMA机器人的自由度 包括机座在内，共有 7个连杆，6个关节， 每个关节只有一个自 由度，将n=7，g=6, fi=1带入公式，得 M=6(7－6－1)+6＝6
例2.2 计算图示并联机构的自由度 由图可知，该机构总的 构件数n=8，关节数g=9, 其中关节1－3为转动副， 关节4－6为移动副，关 节7－9为球面副，所以
2) 移动关节：用字母P表示，它允许两 相邻连杆沿关节轴线作相对移动，移动 距离为d，这种关节具有一个自由度；
3）螺旋关节：用字母H表示 ，允许两连 杆绕轴线转动的同时按螺旋规则沿轴 线移动，可以有左旋和右旋。这种关 节具有一个自由度；
4）圆柱关节：用字母C表示 ，允许两连 杆绕轴线转动的同时独立地沿轴线移 动。这种关节具有二个自由度；
以上各类关节中，串联机器人中常 用转动关节R和移动关节P两种单自 由度关节，并联机器人中常用球面 关节、移动关节、转动关节、虎克 铰关节，圆柱关节、螺旋关节和平 面关节很少在机器人机构中使用。
2.2 机构的自由度
按机构学理论， 在三维空间中有n个完全 不受约束的物体，并且任选其中一个为固 定参照物，因每个物体相对参照物都有六 个运动自由度， 则n个物体相对参照物共 有6（ n－1 ）个运动自由度。如将所有连 杆（ 物体 ）用关节连接起来， 设第i个关
对于多环的空间机构，计算自由度公式还可 以写成更简单的形式
g
M fi 6l i1
式中，l 为独立的环路数目，
或 l 分支数－1
例2.3计算Stewart平台的自由度
：机构中某一部分的运动自 由度对运动平台的自由度不产生影响， 称为无效自由度。