任务2工业机器人机械结构地认知
工业机器人组成结构
工业机器人组成结构一、引言工业机器人是一种用于自动化生产的机器人，具有广泛的应用领域。
工业机器人的组成结构是保证其正常运行和执行任务的关键要素。
本文将介绍工业机器人的组成结构及其功能。
二、机械结构1. 机械臂：机械臂是工业机器人最重要的组成部分，通常由多个关节连接而成。
每个关节通过电机或液压系统驱动，使机械臂具备灵活的运动能力。
机械臂的材料通常采用高强度合金或碳纤维复合材料，以保证其刚度和轻量化。
2. 夹具：夹具是机械臂末端的装置，用于抓取、固定和操作物体。
夹具的设计要根据不同的工业应用需求进行定制，可以是机械手爪、吸盘或其他形式的装置。
夹具通常由金属材料制成，具备高强度和耐磨损的特性。
三、控制系统1. 控制器：控制器是工业机器人的大脑，负责接收指令并控制机器人的运动。
控制器通常由多个微处理器组成，具备强大的计算和控制能力。
它可以通过编程语言或图形化界面进行编程，以实现不同的任务和运动轨迹。
2. 传感器：传感器是控制系统中不可或缺的部分，用于感知和获取环境信息。
常见的传感器包括视觉传感器、力传感器、触觉传感器等。
这些传感器可以帮助机器人检测物体的位置、形状、质量等参数，从而实现精准的操作和控制。
四、动力系统1. 电动驱动：工业机器人通常使用电动驱动系统，包括伺服电机、步进电机或直流电机。
电动驱动系统能够提供高效、精确的动力输出，满足机器人各个关节的运动需求。
2. 液压驱动：在某些特殊场合，工业机器人也采用液压驱动系统。
液压驱动系统具有较高的承载能力和刚性，适用于需要大力矩和高速度的工作任务。
五、通信与安全系统1. 通信系统：工业机器人通常需要与其他设备或计算机进行通信，以实现协同工作或数据传输。
通信系统可以采用有线或无线方式，如以太网、CAN总线等。
2. 安全系统：工业机器人的安全性是至关重要的，为了保护工作人员和设备的安全，通常会配备安全系统。
安全系统包括安全传感器、急停按钮、防撞装置等，能够及时监测和响应危险情况，确保工业机器人的安全运行。
工业机器人结构原理
工业机器人结构原理工业机器人是一种可以执行特定任务的智能机械设备。
它们通常由多个主要部分组成，包括机械结构、控制系统、执行器和传感器。
机械结构是工业机器人的重要组成部分，它为机器人提供了身体支持和运动能力。
通常，机械结构由连杆、关节和框架等元件组成。
连杆用于连接不同的关节，使机器人能够执行复杂的动作。
关节是机器人的可动连接点，允许机械结构在不同的方向上旋转或运动。
框架则起到支撑作用，保证机械结构的稳定性和可靠性。
控制系统是控制工业机器人动作和功能的核心。
它通常由硬件和软件两部分组成。
硬件包括中央处理器、存储器、输入输出接口和电源等。
中央处理器是控制系统的主要组成部分，它接收和处理来自传感器的输入信号，并发送指令给执行器。
存储器用于存储程序和数据，以及记录机器人的状态信息。
输入输出接口用于与外部设备进行通信，例如与计算机或其他机器人进行数据交换。
电源则提供所需的能量给控制系统。
执行器是机器人的执行部件，它们负责将控制系统发送的指令转化为动态的机械运动。
常见的执行器包括电动机、液压缸和气动缸等。
电动机是最常用的执行器，它通过电能转变为机械能，驱动机械结构实现各种动作。
液压缸和气动缸则利用液体和气体的压力来实现运动控制，适用于一些需要大力矩或冲击力的操作。
传感器是机器人的感知装置，它们用于获取外部环境的信息，并将信息传递给控制系统。
常见的传感器包括光电传感器、压力传感器、温度传感器和力传感器等。
光电传感器用于检测物体的位置和距离，压力传感器用于测量力的大小，温度传感器用于监测环境的温度变化，力传感器则可测量机器人施加的力。
综上所述，工业机器人的结构原理包括机械结构、控制系统、执行器和传感器等多个方面。
这些部分相互配合，使机器人能够进行复杂的动作和任务执行。
《工业机器人认知》课程标准
《工业机器人认知》课程标准一、课程基本信息课程名称：《工业机器人认知》课程学时：112开课时段：第一学年（第1学期）适用专业：适用六年制预备技师工业机器人应用与维护专业授课对象：工业机器人应用与维护专业学生二、制订课程标准的依据本标准依据工业机器人应用与维护专业人才培门养方案中的人才培养规格要求和对《工业机器人认知》课程教学目标要求，对接工业机器人应用与维护专业的职业岗位群职业能力和相关技能标准而制订。
用于指导《工业机器人认知》课程建设与课程教学。
三、课程性质与任务《工业机器人认知》是工业机器人应用与维护专业的专业基础（或者专业核心、专业方向）课程，是工业机器人装调维护等人员必备的知识。
通过本课程的学习，使学生了解工业机器人的基本慨况，熟悉工业机器人的机械结构、传感器应用、控制系统原理，了解如何进行示教编程和设备的管理与维护，培养学生在工业机器人技术方面分析与解决问题的能力，提升学生机器人学习兴趣，为后续课程学习奠定基础。
四、本课程与其它课程的关系五、课程目标与要求通过本课程的学习和训练，使学生具备以下知识-能力-素质：（一）知识目标1.了解工业机器人的历史与发展、分类与应用，理解工业机器人坐标及坐标系2.了解工业机器人本体基本结构，包括机身及臂部结构、腕部及手部结构、传动及行走机构等3.理解工业机器人运动学、动力学的基本概念，了解工业机器人的位姿分析和运动分析方法，了解工业机器人轨迹规划的基本概念和特点4.了解工业机器人的视觉、触觉、位置及位移等环境感觉技术原理5.了解工业机器人控制系统的主要功能，理解其控制方式，了解相关工业机器人编程语言6.了解工业机器人工作站及生产线的基本组成和特点7.了解工业机器人的自动线管理、维护保养技术8.了解EV3机器人系统组成，掌握EV3机器模块的用法9.掌握EV3核心机器人模块的用法，学会独立设计EV3机器人10.通过EV3机器人，掌握最基本的编程知识，学会程序流程图的绘制方法。
工业机器人的基本结构
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。
1. 硬件：硬件部分包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等。
工业机器人的结构认知
机身设计成机座 式，这种机器人 可以使独立的、 自成系统的控制 装置，可以随意 安放和搬动。
屈伸式机器人的 臂部可以有大小 臂组成，大小臂 间有相对运动， 成为屈伸臂。
任务一：工业机器人的结构 认知
2. 机械结构系统
（3）手腕
联接臂部和末端执行器，手腕 确定末端执行器的作业姿态，一般 需要三个自由度，由三个回转关节 组合而成，组合方式多样。
为了提高机器人手部和手腕的操作能力、灵活性和快速反应能力，使机器人能像人手一样进行
各种复杂的作业，必须有一个运动灵活、动作多样的灵巧手，即仿人手。手指的关节通常通过
钢丝绳、记忆合金、人造肌纤维驱动。
任务一：工业机器人的结构 认知
2. 机械结构系统 有了像人一样的“手指”，就可以做更多细致精确的动作了！它也可以心灵手巧了！
凑，密封问题较大。
结构适当，执行机构可标准化、模拟化， 易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，
结构紧凑，密封问题较小。
伺服电动机易于标准化，结构性能好，噪 声低，电动机一般需配置减速装置，除DD电 动机外，难以直接驱动，结构紧凑，无密封
问题。
安全性
防爆性能较好，用液压油作传动介质，在一定 条件下有火灾危险。
仿人手机器人的动作
任务一：工业机器人的结构 认知
2. 机械结构系统
多指机器人主要有柔性手和多指灵活手两种。
（a）多关节柔性手
（b）三指灵巧手
（c）四指灵巧手
图2-23 柔性手和多指灵活手
任务一：工业机器人的结构 认知
3. 机器人-环境交互系统
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。机器人与外部设备集成为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、装配 单元等；也可以是多台机器人、多台机床或设备、多个零件储存装置等集成为一个 去执行复杂任务的功能单元。
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。
工业机器人组成结构
工业机器人组成结构工业机器人是一种用于自动化生产的机器，它能够完成人类在生产线上的工作任务。
工业机器人的组成结构是多样的，下面将从机械结构、电气控制和软件系统三个方面来介绍工业机器人的组成结构。
一、机械结构工业机器人的机械结构是支持其运动和操作的基础。
通常，它由底座、臂架、关节、末端执行器等部分组成。
1. 底座：底座是机器人的基础，通常由铸铁或钢板制成，具有足够的强度和稳定性。
底座上通常安装有电机和减速器，用于提供机器人的旋转运动。
2. 臂架：臂架是机器人的主体结构，通常由铝合金或碳纤维等材料制成，具有轻量化和高强度的特点。
臂架上的关节连接着各个运动部件，使机器人能够进行多轴运动。
3. 关节：关节是机器人的运动部件，通常由电动机、减速器和编码器等组成。
关节能够提供机器人的转动和抬升等运动，使机器人能够灵活地完成各种工作任务。
4. 末端执行器：末端执行器是机器人的工作部件，通常根据需要选择不同的执行器，如夹爪、吸盘、焊枪等。
末端执行器能够完成机器人的具体操作任务，如抓取、装配、焊接等。
二、电气控制电气控制是机器人的神经系统，负责控制机器人的运动和操作。
它由电机驱动系统、传感器系统和控制器等组成。
1. 电机驱动系统：电机驱动系统是机器人的动力源，通常由伺服电机和伺服驱动器等组成。
电机驱动系统能够提供机器人的运动能力，使机器人能够精确地控制运动轨迹和速度。
2. 传感器系统：传感器系统能够感知机器人周围的环境和工件信息，通常包括视觉传感器、力传感器、接近开关等。
传感器系统能够为机器人提供反馈信号，使机器人能够根据实际情况进行调整和控制。
3. 控制器：控制器是机器人的大脑，负责整个系统的协调和控制。
控制器通常由工控机或嵌入式控制器组成，可以通过编程来实现机器人的自动化控制和任务规划。
三、软件系统软件系统是机器人的智能核心，负责实现机器人的智能化和自主性。
它由操作系统、控制算法和应用软件等组成。
1. 操作系统：操作系统是机器人的基础软件平台，通常采用实时操作系统（RTOS），如VxWorks、RobotWare等。
工业机器人认识
工业机器人将具备深度学习、计 算机视觉和自主决策等能力，能 够根据环境变化自我调整，提高 生产效率和产品质量。
模块化设计
总结词
为了满足不同行业和企业的个性化需求，工业机器人将采用模块化设计，方便进行功能定制和升级。
详细描述
通过模块的组合与替换，工业机器人能够快速适应不同的生产场景，降低企业的技术门槛和成本。
详细描述
工业机器人需要具备与人进行交互的能力，如语音识别、视觉识别等，以便更好地与操作人员合作完成工作任务。 同时，为了确保操作人员的安全，工业机器人需要采取一系列的安全防护措施，如设置安全区域、配备紧急停止 功能等。
04 工业机器人的发展趋势
智能化发展
总结词
随着人工智能技术的不断进步， 工业机器人将越来越智能化，能 够自主完成更复杂、更精细的任 务。
网络化协同
总结词
未来工业机器人将通过网络实现协同 作业，提高整体生产效率。
详细描述
通过网络连接，多台工业机器人可以 实现任务分配、同步协作和信息共享， 共同完成复杂的生产流程。
人机协作与共融
总结词
工业机器人将更加注重人机协作与共融 ，提高生产过程中的安全性和舒适性。
VS
详细描述
通过智能传感器和安全控制技术，工业机 器人能够与人类工作人员安全地共同作业 ，减少人工干预和事故风险。
详细描述
工业机器人通常配备多种传感器，如激光雷达、深度相机、超声波传感器等，这 些传感器可以感知距离、速度、温度、湿度等多种信息，通过多传感器融合技术 ，机器人能够更好地感知和理解环境，提高工作质量和效率。
自主导航与路径规划
总结词
自主导航与路径规划是工业机器人的重要技术特点之一，它 使得机器人能够在复杂的工作环境中自主移动并完成工作任 务。
工业机器人操作与编程 课后习题参考答案
项目1 工业机器人的认知思考与练习1.简答题1.各国科学家是如何定义机器人的？答：国际标准化组织：机器人是一种仿生的、具有自动控制能力的、可重复编程的多功能、多自由度的操作机械；美国机器人协会：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行各种任务的，并具有编程能力的多功能操作机；日本机器人协会：机器人是一种带有存储器和末端操作器的通用机械，它能够通过自动化的动作替代人类劳动；我国科学家：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。
2.机器人四大家分别是哪些机器人公司？答：ABB、KUKA、FAUNC和安川被称为机器人四大家。
3.我国工业机器人的主流品牌有哪些？你还了解哪些工业机器人制造企业？答：我国工业机器人的主流品牌主要以沈阳新松、南京埃斯顿、安徽埃夫特和广州数控等机器人制造企业为代表。
4.机器人系统有哪几部分组成？分别有何作用？答：机器人系统通常由三部分和六个子系统构成。
三部分包括机械部分、传感部分和控制部分，六个子系统包括机械系统、驱动系统、控制系统、感知系统、机器人—环境交互系统和人机交互系统。
机械部分由驱动系统和机械系统组成，该部分多为机器人的本体。
控制部分由人机交互系统和控制系统组成，该部分多为机器人的控制器。
传感部分由感知系统和机器人—环境交互系统组成，该部分将机器人本体的运动状态以及外部信号传输到机器人控制器，从而正确驱动机器人本体运动。
机械系统是由关节连在一起的许多机械连杆的集合体，形成开环运动学链系。
连杆类似于人类的小臂、大臂等；关节通常分为转动关节和移动关节，转动关节允许连杆之间发生旋转运动，而移动关节仅允许连杆做直线运动。
由关节—连杆机构所构成的机械结构一般有3个主要部件：臂、腕和手，它们可在规定范围内运动。
驱动系统是使各种机械部件产生运动的装置。
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。
工业机器人实验报告 工业机器人初识
工业机器人实验报告工业机器人初识工业机器人是现代制造业中的重要装备，具备高效、精准、可靠的作业能力。
工业机器人的应用范围广泛，可以用于自动化生产线上的装配、焊接、喷涂等工作。
本文将介绍工业机器人的基本概念、结构和工作原理，并通过实验来验证其作业能力。
一、工业机器人基本概念工业机器人是指具备多轴自动操作功能的用于进行工业生产活动的机器。
它通过精确的定位和操作，可以完成各种复杂的生产任务。
工业机器人的灵活性和高度自动化的特点使其成为生产效率提升的重要手段。
二、工业机器人的结构和组成部分工业机器人通常由机械结构、传动系统、控制系统、传感器以及执行器等组成。
机械结构包括机械臂和末端执行器，传动系统负责传递动力，控制系统用于控制机器人的运动，传感器用于感知环境，并根据环境变化作出相应的调整。
三、工业机器人的工作原理工业机器人的工作原理是基于运动学和动力学原理的。
通过对机器人的运动轨迹和力矩的精确控制，实现对工件的装配、加工等操作。
工业机器人一般采用伺服电机驱动，通过控制电机转动角度和速度来实现机械臂的精确定位。
四、实验设备与步骤本次实验使用了一台六轴工业机器人，用于进行物体抓取和放置的操作。
实验设备包括工业机器人、物体抓取器、控制系统以及示教器。
具体操作步骤如下：1. 设置机器人的起始位置和工作空间范围。
2. 使用示教器对机器人进行示教，确定物体抓取和放置的路径。
3. 预先设定机器人的工作参数，包括速度、力矩等。
4. 运行程序，进行物体抓取和放置的操作。
5. 对实验结果进行记录和分析。
五、实验结果与分析通过实验，我们成功地实现了工业机器人对物体的抓取和放置操作。
机器人能够准确地根据预设的路径进行动作，并完成任务。
同时，我们也注意到，在不适当的参数设定和程序编写下，机器人的操作也可能出现错误。
这提示我们在实际应用中要合理设置机器人的工作参数，并进行充分的测试和调试。
六、实验总结本次实验通过对工业机器人的操作实践，使我们初步了解了工业机器人的基本概念、结构和工作原理。
模块一 工业机器人基础知识
模块一 工业机器人基础知识
三、工业机器人的分类
１. 按机器人的技术等级划分 按照机器人技术发展水平可以将工业机器人分为三代。 (１) 示教再现机器人 第一代工业机器人是示教再现型。按照人类预先示教的轨迹、行为、顺 序和速度重复作业。 (２) 感知机器人 第二代工业机器人具有环境感知装置，能在一定程度上适应环境的变化， 目前已进入应用阶段。 (３) 智能机器人 第三代工业机器人称为智能机器人，具有发现问题并能自主地解决问题 的能力。
能力目标
１. 能结合工厂自动化生产线说出搬运机器人、码垛机器人、焊 接机器人、涂装机器人和装配机器人的应用场合。
２. 能进行简单的机器人操作。
模块一 工业机器人基础知识
工作任务
本次任务的主要内容就是初步认知工业机器人，通过观看工业机器人在工 厂自动化生产线中的应用录像，参观工业机器人相关企业和生产现场，加深 对工业机器人应用领域的了解。最后在教师指导下，分组进行简单的工业机 器人操作练习。
模块一 工业机器人基础知识
工作任务
机器人一般由驱动系统、执行机构、控制系统三个基本系统。 主要内容是认识工业机器人的本体构造及典型机器人操作机轴。
模块一 工业机器人基础知识
相关知识
一、机器人结构运动简图
机器人结构运动简图是指用结构与运动符号表示机器人手臂、手 腕和手指等结构及运动形式的简易图形符号，见表。
五轴圆柱坐标机器人自由度
模块一 工业机器人基础知识
(３) 球面 ( 极) 坐标机器人的自由度 如图所示为球面坐标机器人，其有 5 个自由度。
球面坐标机器人自由度
模块一 工业机器人基础知识
(４) 关节机器人的自由度 １)SCARA 型平面关节机器人的自由度 SCARA 型平面关节机器人有 4 个自由度，如图所示。
机电设备概论 第2版2.2任务二教学设计(工业机器人)
机电设备概论教学设计工业机器人（如图2-2-1所示）是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，技术附加值很高，应用范围很广，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。
它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
图2-2-1工业机器人一、工业机器人的定义1987年，ISO对工业机器人进行的定义是:“工业机器人是一种具有自动操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机”。
我国国家标准GB/112643-90将工业机器人定义为“是一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机，能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业”。
二、工业机器人的基本术语1. 关节：关节（joint）即运动副，是允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构，是两构件直接接触并能产生相对运动的活动连接，如图2-2-2所示。
A、B两部件可以做互动连接，如图2-2-2所示。
A、B两部件可以做互动链接。
图2-2-2 不同坐标结构的机器人关节2.连杆：连杆（link）指机器人手臂上被相邻两关节分开的部分，是保持各关节间固定关系的刚体，是机械连杆机构中，两端分别与主动和从动构件铰接，以传递运动和力的杆件。
如图2-2-3所示为焊接机器人的连杆。
图2-2-3焊接机器人的连杆3.刚度：刚度（stiffness）是机器人机身或臂部在外力作用下抵抗变形的能力。
它是用外力和在外力作用方向上的变形量（位移）之比来度量的。
4. 自由度：自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。
机器人的自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，其中不包括手爪（末端执行器）的开合自由度。
机器人的自由度反映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。
5. 工作空间：工作空间又称工作范围、工作区域，是设备所能活动的所有空间区域。
机器人的工作空间是指机器人手臂末端或手腕中心（手臂或手部安装点）所能到达的所有点的集合，不包括手部本身所能达到的区域。
《工业机器人系统集成》教学课件 项目一任务2工业机器人系统集成方案解析
二、 产品对象信息解析
（三） 工序要求 产品的生产工序关系到机器人工作站集成的方方面面。确定产品的生产工序对方案设计过程中设备 型号的选型设计等有着重要的作用。 1. 产品的加工工艺、工序。 2. 产品的材质、尺寸大小及特殊要求。
任务2 工业机器人系统集成方案解析
知识准备
二、 产品对象信息解析
任务2 工业机器人系统集成方案解析
知识准备
三、 集成工作站的设计思路
2. 打磨工艺 机器人打磨抛光本质上是在模仿人手做打磨抛光工作，其现场工艺往往决定了生产出的产品质量。因此， 设计人员对现场打磨抛光工艺的熟悉程度非常重要。 打磨对砂带的要求很高，且粗细比（砂带型号）搭配要合理，一般是按由粗到细的顺序。在生产中根据实 际情况来配置一套打磨机中砂带的条数，一般为2到4根。抛光时，抛光轮的选取同样重要，尤其是抛光轮的消 耗问题，通常使用麻轮进行粗抛，使用布轮进行精抛。整体要求表面无碰伤、刮伤、裂痕、夹伤、波浪皱纹等。 现场打磨抛光时，首先考虑的是打磨机和抛光机的设计，其次是夹具的设计，接着是上料台的设计，这些 设计都要注意干涉和稳定性问题。从机器人在上件台上夹取工件开始，到机器人夹取工件在打磨机、抛光机上 进行打磨抛光，分别进行粗磨、中磨、精磨、粗抛、精抛等，再到机器人将工件放在上件台上结束，整个过程 须连贯统一。
任务2 工业机器人系统集成方案解析
知识准备
三、 集成工作站的设计思路
（四） 工艺要求 系统集成工作站对于不同的工艺应用有不同的工艺要求，下面以焊接和打磨工艺为例进行简单的介绍。 1. 焊接工艺 机器人焊接的质量与其焊接方法有关，操作时需根据被焊工件的材质、牌号、化学成分、焊件结构类型及 焊接性能要求来确定。 首先要确定焊接方法，如埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等，焊接方法的种类非常多，只能根据 具体情况选择。确定焊接方法后，再制订焊接工艺参数，焊接工艺参数的种类各不相同，如弧焊主要包括焊丝 型号（或牌号）、直径、电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊接层数、道数和检验方法等。
工业机器人技术及应用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工业机器人的系统组成操作机控制器示教器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工业机器人的运动控制机器人运动学问题机器人的点位运动…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。
实质上是一个拟人手臂的空间开链式机构，一端固定在基座上，另一端可自由运动，由关节 - 连杆结构所构成的机械臂大体可分为基座、腰部、臂部（大臂和小臂）和手腕 4 部分。
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
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一、机器人的机械结构1. 机器人的基本构造•机器人的基本构造包括：臂部、手部和控制系统•臂部是机器人的主体，由一系列连接的杆件和关节构成，可用于控制机器人的姿态和位置•手部包含各种工具和夹具，可以用于各种生产和制造任务•控制系统包括计算机、传感器和执行器，用于控制机器人的运动和操作任务2. 关节类型•机器人的关节可分为旋转关节和平移关节•旋转关节可以使机器人沿着轴旋转，常用于拾取和放置物品的任务•平移关节可以使机器人沿着轴移动，常用于加工任务3. 机械臂•机械臂是机器人的核心部分，通常由6个旋转关节组成•机械臂的材料通常是铝合金或碳纤维，以保证强度和轻量化•机械臂的末端装有工具或夹具，以进行各种操作任务二、机器人的运动控制1. 运动规划•运动规划是制造机器人进行操作任务的一个重要部分•运动规划可以精确计算机器人的轨迹和姿态，以达到完成任务的目的•运动规划分为离线运动规划和在线运动规划2. 控制系统•控制系统是用于控制机器人运动的核心部分•控制系统包括控制器、传感器和执行器•控制器负责计算机器人的位置和姿态，并控制执行器完成任务•传感器用于检测机器人周围环境的变化•执行器通常使用电机或液压驱动系统，以驱动机械臂进行运动和操作任务3. 轨迹控制•轨迹控制是控制机器人运动的一个重要部分•轨迹控制可以实现精确控制机械臂的速度、加速度和位置•轨迹控制可以通过控制硬件和软件实现三、工业机器人的应用1. 应用领域•工业机器人广泛应用于自动化生产线、汽车制造、电子产品制造等领域•工业机器人可以减少劳动力成本，提高生产效率，降低事故率•工业机器人的应用范围不断扩大，也在人类生产中扮演越来越重要的角色2. 应用案例•工业机器人在汽车制造中的应用，可以实现大规模生产，提高生产效率•工业机器人在电子产品制造中的应用，可以提高制造质量、提高生产效率，并减少原料浪费•工业机器人也在生物医药和军事领域得到应用，如手术机器人和无人机等四、小结本文较为详细地介绍了工业机器人的机械结构和运动控制，以及应用领域和案例。
《工业机器人的组成一体化教程》课件任务3 认识机器人的基本术语与图形符号
机器人传感器主要包括机器人视觉、力觉、触觉、接近觉、姿态觉 、位置觉等传感器。
模块目标
知识目标： 1.掌握工业机器的定义 2.掌握机器人分类 3.了解工业机器人的工作原理
能力目标： 1.能应用图形符号来表示不同的工业机器人 2. 能识别不同工业机器人上的符号 3.能识读不同工业机器人标牌
任务准备 机器人的基本工作原理
一、机器人的基本术语
1.关节
(1)回转关节
(2)移动关节
(3)圆柱关节
(4)球关节
2.连杆
3.刚度
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、机器人的图形符号体系 1.运动副的图形符号
二、机器人的图形符号体系 2.基本运动的图形符号
2021
谢谢聆听
能力目标： 1.能根据机器人运动空间规划标定空间 2.能识读进口机器人标牌及产品简要说明 3.能识别工业机器人的符号。
01 任务一 机器人的产生与发展 02 任务二 认识机器人的组成与工作原理 03 任务三 认识机器人的基本术语与图形符号 04 任务四 认识机器人的技术参数
任务描述
任务目标
知识目标： 1.知道机器人的基本术语 2.知道机器人的图形符号体系
二、机器人的图形符号体系 3.运动机能的图形符号
二、机器人的图形符号体系 3.运动机能的图形符号
二、机器人的图形符号体系 4.运动机构的图形符号
根据实际情况，让学生在教师的指导下进行技能训练
常见工业机器人的图形符号表示
任务巩固 1.标出图中英文字母的名称
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工业机器人技术基础一体化教学
教学过程
备注一、组织教学
清点人数，师生相互问好，强调课堂纪律二、旧知回顾
工业机器人分类及应用
1、按臂部的运动形式分
（1）直角坐标型：臂部可沿三个直角坐标移动；
（2）关节型：臂部有多个转动关节；
（3）圆柱坐标型：臂部可作升降、回转和伸缩动作；
（4）组合结构：可以实现直线、旋转、回转、伸缩；
（5）球坐标型：臂部能回转、俯仰和伸缩。
2、按执行机构运动的控制机能分：点位型、连续轨迹型
3、按程序输入方式分：离线输入型、示教输入型
4、按应用领域分类：可分为搬运机器人、装配机器人、上下料机器人、焊接机器人、码垛机器人、喷涂机器人等。
工业机器人的安全使用
（1）安全注意事项
（2）安全操作规程
（3）安全使用规则
（4）操作注意事项三、新课导入及分析
在前两节课中，我们已经学习了工业机器人的定义，发展以及有关机器人的分类和应用。
通过学习，让我们知道了机器人是一种复杂的机械装置，但是这种机械装置能实现强大的功能作用。
那么，这机器人到底是什么样的呢？它们的结构又是怎样的呢？怀着这些疑问，让我们走进工业机器人的世界，去学习工业机器人的机械结构。
四、新课授学（教师讲解、观看视频）
工业机器人的机械结构是机器人的主要基础理论和关键技术，你是现代
机械原理研究的主要内容，机器人一般由驱动系统、执行机构、控制系统3
个基本系统，以及一些复杂的机械结构组成。
通常用自由度、工作空间、额定负载、定位精度、重复精度和最大工作速度等技术指标来描述机器人的性能。
本任务主要内容是通过学习，了解有关工业机器人系统的基本组成、技术参数及运动控制，能够熟练进行机器人坐标和运动轴的选择，并能熟练的描述工业机器人的结构。
一机器人结构运动简图
机器人结构运动简图是指用结构与运动符号表示机器人臂部、腕部和手
指等结构及结构间的运动形式的简易图形符号。
机器人结构运动简图能够更好的分析和记录机器人的各种运动和运动组合，可简单清晰的表明机器人的运动状态，有利于对机器人的设计方案进行鲜明的对比。
1.移动结构
注：b）是a ）的侧向图形符号3.回转结构
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。
间有6个自由度，如图所示。
777777777777
物体在三维空
2.工业机器人的自由度
机器人的自由度是指描述机器人本体（不含末端执行器）相对于基坐标系（机器人坐标系）进行独立运动的数目。
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。
机器人常用关节类型：
移动关节一一用字母P表示，它允许两相邻连杆沿关节轴线做相对移动，这种关节具有1个自由度，如图所示。
转动关节用字母R表示，它允许两相邻连杆绕关节轴线做相对转动，这种关节具有1个自由度，如图所示。
球面关节一一用字母S表示，它允许两连杆之间有三个独立的相对转动，这种关节具有3个自由度,如图所示。
虎克铰关节一一用字母T表示，它允许两连杆之间有二个相对转动，这种关节具有2个自由度,如图所示。
1）直角坐标机器人的自由度
如图所示为直角坐标机器人，臂部具有3个自由度。
特点：结构刚度大，关节运动相互独立，操作灵活性差。
2）圆柱坐标机器人的自由度
如图所示为五轴圆柱坐标机器人，有5个自由度。
特点：结构紧凑，易于控制。
3）球（极）坐标机器人的自由度
如图所示为球（极）坐标机器人，具有5个自由度。
R3
右P
P
R4
坤R
特点：灵活性好，工作空间大。
4）关节机器人
（1）SCAR/型关节机器人
SCAR風关节机器人有4个自由度，如图所示。
特点：适用于平面定位，在垂直方向进行装配作业
（2）六轴关节机器人
六轴关节机器人有6个自由度，如图所示。
雅询戻节
特点：动作灵活、结构紧凑
5）并联机器人的自由度
并联机器人是由并联方式驱动的闭环机构组成的机器人。
如图所示， Gough-Stewart 并联机构和由此机构构成的机器人是典型的并联机器人。
与 开链式工业机器人的自由度不同，并联机器人不能通过结构关节自由度的个 数明显数出，可通过以下公式计算其自由度数。
n
F 6(1 n 1)
特点：无累计误差，精度较高，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。
三工业机器人的坐标系
工业机器人的坐标系主要包括：基坐标系、关节坐标系、工件坐标系及
工具坐标系，如图所示。
i 1。