工业机器人技术及关键基础部件
工业机器人技术及关键基础部件分析
等驱动器信号实时采
总线
持 Synqnet
集）
总线
振动抑 速度回路含有陷波 含有各种常 含有各种常规 含有各种常规 含有各种常规滤波器 含有各种常规滤波器
制
滤波器，低通滤波 规滤波器，速 滤波器
滤波器及速度
器，指令平滑滤波，度波动较小。
观测器
编码器信号噪声滤 动态响应能
波
力强
位置回路含有半主 动抑振滤波器（输 入整形滤波器）
（2）机器人关键基础部件国内外发展趋势（技术、产业）；
在机器人高精度谐波减速机方面, 在其齿轮传动中采用双圆弧齿廓，可以有效改善柔轮齿根的应力状 况和传动啮合质量，提高承载能力、扭转刚度和柔轮疲劳寿命，并可降低最小传动比。日本的 IH 齿 形是基于余弦凸轮波发生器开发的双圆弧齿形，由于采用近似方法设计，应用初期出现了齿廓干涉等 问题，但是到 1990 年代初期已经基本完善。目前，日本谐波传动系统有限公司的谐波产品有十几个 类型，二十多个系列，最小传动比为 30，型号中带有字母“S”的，其齿形为双圆弧齿形，产品垄断了 主要国际市场。其中超短杯型号 CSD 和 SHD，其柔轮长度仅有常规谐波传动柔轮的 1/3，既增加传 动刚度，又大幅度减轻了谐波减速器重量。此外，在谐波传动轻量化技术方面，采用铝等轻合金材料 制造波发生器与减速器壳体等方式，减薄刚轮外缘以及改进连接结构等形式，使整机重量大幅度减 轻。 相比于谐波减速机，RV 减速机具有更高的高度和回转精度，目前其发展方向是如何通过对内 部轴承的配置，材料和热处理工艺的改进，增加减速机的扭转刚度，最大抗弯弯矩，以及提高在频繁 加减速等恶劣工况下的使用寿命。
0.25~15KW
力矩特 低速(<100rpm) 低速
低速
工业机器人基础及应用技术
工业机器人基础及应用技术工业机器人是一种用于执行各种自动化任务的电子、机械和计算机技术的综合体。
它能够代替人力完成重复性、繁琐的工作，提高工作效率和准确性。
随着科技的发展和应用的普及，工业机器人已经成为各大工业生产领域的重要工具。
工业机器人基础技术主要包括机器人的控制系统、传动系统、传感器系统、运动规划和编程等。
控制系统通常包括主控制器、电源、机器人臂、末端执行器等组件。
传动系统为机器人提供动力和运动控制，通常由电机、减速器、齿轮、传动带等组件构成。
传感器系统用于检测、测量和判断机器人的状态和环境，包括力传感器、视觉传感器、温度传感器等。
运动规划和编程则是实现机器人自动化的核心技术，决定了机器人的执行能力和效率。
工业机器人的应用技术主要包括装配、搬运、喷涂、焊接、加工等方面。
在装配方面，机器人能够帮助厂商实现高效、准确、一致的产品装配工作。
在搬运方面，机器人能够承担重量大、体积大、危险或昂贵的物品搬运工作。
在喷涂方面，机器人能够完成涂漆等表面涂覆工作，具有高度一致性和高效率的优点。
在焊接方面，机器人能够完成各种类型的焊接工作，包括点焊、焊接线圈、贴合等。
在加工方面，机器人能够根据所需的具体形状和尺寸来切割、钻孔、砂磨等加工工作，同时还能够实现不同材料的加工。
在工业机器人的应用领域中，各种机器人都有其特殊的使用途径和优点。
例如，SCARA机器人的高速度、高精度，适用于装配和喷涂等工作；轨道式机器人的占地面积小、运行轨道固定，适用于搬运和装载等工作；Delta机器人的高速、高精度和大范围，适用于自动化包装工作；并且协作机器人能够协同工作，与人类同事共同完成任务，进一步提高生产效率和质量。
总之，工业机器人的基础和应用技术不断发展，为工业自动化生产领域带来了前所未有的机遇和挑战。
未来，工业机器人将会更加强大和智能化，不断为工业生产领域提供更优质、更高效的服务。
工业机器人的五种关键零部件
工业机器人的五种关键零部件工业机器人是先进制造业的关键支撑装备。
大力发展工业机器人产业，对于打造中国制造新优势，推动工业转型升级，加快制造强国建设具有重要意义。
发展工业机器人，要重点打造六种标志性产品，五种关键零部件，四种基本能力。
本期中发智造为大家介绍五种关键零部件——高精密减速器、高性能机器人专用伺服电机和驱动器、高速高性能控制器、传感器、末端执行器。
一、高精密减速器精密减速器，在机械传动领域是连接动力源和执行机构之间的中间装置，通常它把电动机、内燃机等高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮，啮合输出轴上的大齿轮，从而达到降低转速，增加转矩的目的。
没有减速器，机器人关节臂就不能正常运转。
精密减速机根据精度可分为标准精度和高精度；根据用途可分为军用和民用；根据运行的环境可分为标准环境、低温环境、清洁室环境和真空环境。
目前国际上具备大规模生产能力且产品性能可靠的RV减速器制造企业较少，全球绝大多数市场份额已被日本企业占据。
国产减速器价格虽然便宜，供货期短，但产品性能与国外产品存在较大差距。
因此，国产减速器大多只能供给中、低端机器人使用，无法满足高端机器人市场需求。
为此，《机器人发展规划》明确，通过发展高强度耐磨材料技术、加工工艺优化技术、高速润滑技术、高精度装配技术、可靠性，探索寿命检测技术以及新型传动机理，发展适合机器人应用的高效率、低重量、长期免维护的系列化减速器。
二、高性能机器人专用伺服电机和驱动器伺服电机作为控制系统中的执行元件，是影响机器人工作性能的主要因素之一。
机器人伺服系统由伺服电机、伺服驱动器、指令机构三大部分构成，伺服电机是执行机构，就是靠它来实现运动的，伺服驱动器是伺服电机的功率电源，指令机构是发脉冲或者给速度用于配合伺服驱动器正常工作的。
目前，高启动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机在工业机器人中得到广泛的应用。
国产伺服电机在以下方面仍需突破：一是外形普遍较长，外观粗糙，很难应用在一些高档机器人上面。
工业机器人的系统组成部分及基本结构
工业机器人的系统组成部分及基本结构工业机器人是一种使用于工业生产中的自动化机器。
它由多个组成部分组成，每个部分都起着重要的作用，以确保机器人的正常运行和高效生产。
工业机器人的基本结构包括机械结构、电气控制系统和程序控制系统。
机械结构是工业机器人的基本框架，通常由臂和手构成。
臂部通常由几个可自由移动的关节连接而成，以模拟人类的手臂运动。
手部通常包括夹具、工具或感应器等，用于操作和处理物体。
机械结构的设计使机器人能够执行精确的运动和操作，满足各种生产需求。
电气控制系统是工业机器人的大脑，负责监控和控制机器人的运动。
它包括电机、传感器、执行器和控制器等元件。
电机驱动机械结构的运动，传感器监测环境和物体的状态，执行器控制机械结构的执行动作，而控制器则负责协调和控制各个部件的工作。
电气控制系统的好坏直接影响机器人的运行效果和精度。
程序控制系统是工业机器人的智能部分，负责控制机器人执行特定的任务。
它包括机器人的操作系统、编程界面和算法。
操作系统提供机器人的基本功能和用户界面，编程界面使操作员能够以编程的方式控制和指导机器人的动作，而算法则是根据具体任务要求和机器人能力所设计的一系列算法流程。
程序控制系统的精确性和稳定性决定了机器人的执行能力和任务完成质量。
除了以上三个基本部分，工业机器人还可以配备其他辅助设备，如视觉系统、定位系统、激光测距系统等，以提高机器人的感知和定位能力。
工业机器人的系统组成部分包括机械结构、电气控制系统和程序控制系统。
这些部分相互配合，使机器人能够高效地执行各种任务，提高生产效率和产品质量。
工业机器人的基本组成及技术参数
2
智能传感器的使用提高 了机器人的机动性、适 应性和智能化的水准。 智能传感器的使用提高了 机器人的机动性、适应性 和智能化的水准。
3
机器人系统组成分析
驱动系统
机械结构系统 感受系统 机器人－环境交互系统
人机交互系统 控制系统
4、机器人－环境交互系统
1、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。 2、工业机器人与外部设备集成为一个功能单元
o
o
工作空间（Working space）：机器人 手腕参考点或末端操作器安装点（不 包括末端操作器）所能到达的所有空 间区域，一般不包括末端操作器本身 所能到达的区域。
3．工作范围:
指机器人末端操作器所能到达的区 域。
4．工作速度：
指机器人各个方向的移动速度或 转动速度。这些速度可以相同，可以 不同。
（d）平面型
关节坐标式
习 题
1. 简述工业机器人的定义。
2. 简述工业机器人的主要应用场合。 这些场合有什么特
点？ 3. 说明工业机器人的基本组成及各部分之间的关系。 4. 简述工业机器人各参数的定义: 自由度、 重复定位精 度、工作范围、工作速度、承载能力。 5. 工业机器人按坐标形式分为哪几类? 各有什么特点？
机构运动简图
（a）表示手指（末端执行器）； （b）表示垂直、升降运动； （c）表示水平伸缩运动； （d）表示回转运动； （e）表示俯仰运动。
注意：不同的书上，运动简图的符号表示可能不一样。
直角坐标式
圆柱坐标式
球坐标式
3 6 2 4
3
4 6 5
5
1
2
1
（a）直接驱动型
（b）平行连杆型
工业机器人技术基础工业机器人的组成PPT课件
•
工业机器人的机械结构又称执行机构，也称操作机，通常
由杆件和关节组成。
肘 肩
• 从功能角度，执行机构可分为：
臂
腰
腕
机 座
6
二、机械部分 1.机械结构系统
工业机器人
机械结构 手部 腕部 臂部 腰部 机座
手部：末端执行器，其作用是直接抓取和 放置物件。 腕部：连接手部和臂部的部件，其作用是 调整或改变手部的姿态。
本节主要借鉴论文 《山东海洋渔业资源问题分析及其可持续发展策略》 （傅秀梅 戴桂林 管华诗）和《山东海洋渔业的现代化及其科技发展对策》 （山东海洋经济技术研究会)
4
渔业资源利用过程中面临的问题
山东省海洋渔业发展
渔业生态环境恶化
➢ 由于沿海城市工业和生活污水的排放以及养殖自污染,导致海洋生态环境恶 化和海底植被荒漠化； ➢ 近岸局部水域富营养化,赤潮等海洋灾害频发,严重影响了渔业的发展。 ➢ 养殖量大大超过环境容纳量，种质退化，养殖病害不断。
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四、传感部分 1. 感受系统
• 感受系统包括内部检测系统与外部检测系统两部分。 • 内部检测系统的作用就是通过各种检测器，检测执行机
构的运动境况，根据需要反馈给控制系统，与设定值进 • 外行部比检测较系后统对检测执机行器机人所构处进环行境、调外整部以保证其动作符合设计要
物求体。状态或机器人与外部物体的关系。
• 臂部：手臂，用以连接 腰部和腕部，用以带动 腕部运动。
• 腰部：立柱，是支撑手 臂的部件，其作用是带 动臂部运动，与臂部运 动结合，把腕部传递到 需到的工作位置。
• 机座（行走机构）：机 7 座是机器人的支持部分，
2
历史上的山东省海洋渔业发展概况
山东省海洋渔业发展
工业机器人的组成和分类
工业机器人的组成和分类工业机器人是由以下几个主要部分组成的：1. 机器体：机器体是机器人的主体部分，通常由金属材料制成，具有足够的强度和刚度来支持机器人的运动和操作。
2. 关节：关节是连接机器体的活动部件，用于实现机器人的多自由度运动。
关节通常由电机、减速器和传动机构组成，可以控制机器人的运动范围和速度。
3. 末端执行器：末端执行器是机器人的“手”，用于实现具体的操作任务。
末端执行器可以是夹持器、焊枪、喷涂枪等工具，也可以是传感器，用于检测和测量物体的属性。
4. 控制系统：控制系统是机器人的大脑，用于控制机器人的运动和操作。
控制系统通常由电脑、控制器和传感器组成，可以接收和处理来自外部的指令，并实时监测机器人的状态和环境。
5. 传感器：传感器是用于感知机器人周围环境的装置，可以获取物体位置、形状、颜色等信息，以及环境的温度、湿度、压力等参数。
传感器的数据可以帮助机器人做出合理的决策和动作。
根据机器人的功能和应用领域，工业机器人可以分为以下几类：1. 搬运机器人：主要用于物料搬运和装卸作业，通常配备有夹持器或吸盘等设备，可以自动将物体从一个位置搬运到另一个位置。
2. 焊接机器人：用于焊接金属零件和构件，可以通过程序控制实现高精度的焊接操作，提高焊接效率和质量。
3. 组装机器人：主要用于产品的组装和安装，可以根据拼装工艺和要求，自动进行零部件的装配。
5. 包装机器人：用于产品的包装和封装，可以自动将产品装入包装盒或袋中，并进行封口和封装操作。
6. 检测机器人：用于对产品进行质量检测和测量，可以通过传感器获取产品的尺寸、重量、外观等数据，并进行分析和比对。
工业机器人根据其功能和应用的不同，可以完成各种各样的工业操作和生产任务，提高生产效率和质量，并减少对人力资源的依赖。
工业机器人组成结构
工业机器人组成结构工业机器人是用于自动化生产的专用机器人，广泛应用于各个领域的生产线上。
它们通常由多个组成结构组成，这些组成结构相互配合，完成各种任务。
本文将从机器人的结构角度，介绍工业机器人的组成。
一、基座和臂部工业机器人的基座是机器人的底座，用于支撑整个机器人的重量。
基座通常由稳固的金属材料构成，以确保机器人的稳定性。
臂部是工业机器人的核心部分，类似于人的手臂，用于完成各种动作。
臂部通常由多个关节和伺服电机组成，通过电动和机械结构实现运动。
二、关节和驱动装置工业机器人的关节是机器人臂部的连接点，通过关节的运动，实现机器人的灵活移动和动作执行。
关节通常由电动机、减速器和传动装置组成，通过不同的控制方式实现精确的运动控制。
驱动装置则是提供动力的装置，通常是电动机，用于驱动关节的运动。
三、末端执行器末端执行器是工业机器人的“手”，用于抓取、搬运、装配等操作。
末端执行器的形式多种多样，根据不同的任务需求，可以使用机械夹具、吸盘、磁铁等不同的装置。
末端执行器通常与机器人的关节相连，通过关节的运动，实现末端执行器的动作。
四、传感器系统工业机器人的传感器系统用于感知周围环境，以实现更加精确的运动控制和操作。
传感器系统包括视觉传感器、力传感器、接触传感器等多种类型，通过感知外部环境的信息，机器人可以根据需要调整自身的运动和操作方式。
五、控制系统控制系统是工业机器人的大脑，用于控制机器人的运动、操作和任务执行。
控制系统通常由计算机、控制器和编程软件组成，通过预先编写的程序和算法，实现机器人的自动化操作。
控制系统可以实现机器人的速度控制、轨迹规划、碰撞检测等功能，确保机器人的安全和高效运行。
六、安全装置工业机器人在操作过程中需要考虑安全问题，以防止对操作人员和设备的伤害。
为此，工业机器人通常配备了各种安全装置，包括急停按钮、光栅传感器、防护罩等。
这些安全装置可以监测和检测机器人周围的环境，及时停止机器人的运动，避免事故的发生。
工业机器人工作原理及其基本构成
工业机器人工作原理及其基本构成工业机器人工作原理现在广泛应用的焊接机器人都属于第一代工业机器人，它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。
这就是示教与再现。
实现上述功能的主要工作原理，简述如下：(1) 机器人的系统结构一台通用的工业机器人，按其功能划分，一般由 3 个相互关连的部分组成：机械手总成、控制器、示教系统，如图 1 所示。
机械手总成是机器人的执行机构，它由驱动器、传动机构、机器人臂、关节、末端操作器、以及内部传感器等组成。
它的任务是精确地保证末端操作器所要求的位置，姿态和实现其运动。
图 1 工业机器人的基本结构控制器是机器人的神经中枢。
它由计算机硬件、软件和一些专用电路构成，其软件包括控制器系统软件、机器人专用语言、机器人运动学、动力学软件、机器人控制软件、机器人自诊断、白保护功能软件等，它处理机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。
示教系统是机器人与人的交互接口，在示教过程中它将控制机器人的全部动作，并将其全部信息送入控制器的存储器中，它实质上是一个专用的智能终端。
(2) 机器人手臂运动学机器人的机械臂是由数个刚性杆体由旋转或移动的关节串连而成，是一个开环关节链，开链的一端固接在基座上，另一端是自由的，安装着末端操作器 ( 如焊枪 ) ，在机器人操作时，机器人手臂前端的末端操作器必须与被加工工件处于相适应的位置和姿态，而这些位置和姿态是由若干个臂关节的运动所合成的。
因此，机器人运动控制中，必须要知道机械臂各关节变量空间和末端操作器的位置和姿态之间的关系，这就是机器人运动学模型。
一台机器人机械臂几何结构确定后，其运动学模型即可确定，这是机器人运动控制的基础。
2024年版中国工业机器人关键部件市场研究报告
一、市场概况近年来，随着中国制造业的转型升级和智能制造的推进，工业机器人市场逐渐兴起。
作为工业机器人的核心部件，工业机器人关键部件市场也逐渐壮大。
关键部件包括驱动器、控制系统、传感器等，它们直接影响着机器人的性能和稳定性。
2024年，中国工业机器人关键部件市场规模已经超过1000亿元，成为制造业的重要组成部分。
二、市场分析1.驱动器市场驱动器是工业机器人的核心部件之一，广泛应用于工业机器人的关节和执行部件，起着传递力和运动控制的作用。
2024年，中国驱动器市场规模达到200亿元，主要集中在伺服驱动器和步进驱动器两类产品。
随着机器人应用领域的拓展和技术的进步，驱动器市场将持续增长。
2.控制系统市场控制系统是工业机器人的智能核心，用于控制机器人的运动和操作。
2024年，中国控制系统市场规模达到150亿元，主要包括PLC控制系统和PC控制系统两类产品。
随着工业机器人智能化水平的提升，控制系统将成为机器人的关键竞争力。
3.传感器市场传感器是工业机器人的感知器官，用于感知外部环境和反馈机器人状态。
2024年，中国传感器市场规模达到100亿元，主要包括光电传感器、压力传感器和力传感器等产品。
随着工业机器人的应用场景不断扩大，传感器市场将迎来更广阔的发展空间。
三、市场趋势1.智能化发展随着人工智能、大数据和物联网等新兴技术的蓬勃发展，工业机器人关键部件市场也将朝着智能化方向发展。
驱动器、控制系统和传感器将不断融合，实现机器人的自主学习和智能决策。
2.自主化技术自主化技术是工业机器人的发展趋势之一，主要体现在机器人具备自主导航、自主操作和自主维护等能力。
驱动器、控制系统和传感器将成为实现自主化的核心部件。
3.安全性和可靠性安全性和可靠性是工业机器人的重要指标，关键部件的安全性和可靠性显得尤为重要。
驱动器、控制系统和传感器将不断进行技术升级和优化，保障机器人在工作过程中的安全性和稳定性。
四、市场前景随着中国制造业的进一步升级和智能化水平的提升，工业机器人关键部件市场前景将继续向好。
工业机器人核心部件
工业机器人核心部件-谐波减速器机器人驱动系统要求传动系统间隙小、刚度大、输出扭矩高以及减速比大，常用的减速机构有：1）RV减速机构；2）谐波减速机械；3）摆线针轮减速机构；4）行星齿轮减速机械；5）无侧隙减速机构；6）蜗轮减速机构；7）滚珠丝杠机构；8）金属带／齿形减速机构；9）球减速机构。
其中谐波减速器广泛应用于小型的六轴搬运及装配机械手中，下面介绍其工作原理。
以下内容摘自百度百科（稍有修改）：谐波齿轮减速器是利用行星齿轮传动原理发展起来的一种新型减速器。
谐波齿轮传动（简称谐波传动），它是依靠柔性零件产生弹性机械波来传递动力和运动的一种行星齿轮传动。
（一）传动原理它主要由三个基本构件组成：（1）带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮）2，它相当于行星系中的中心轮；（2）带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮）1，它相当于行星齿轮；（3）波发生器H，它相当于行星架。
作为减速器使用，通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式。
波发生器H是一个杆状部件，其两端装有滚动轴承构成滚轮，与柔轮1的内壁相互压紧。
柔轮为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内孔直径略小于波发生器的总长。
波发生器是使柔轮产生可控弹性变形的构件。
当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开。
周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。
当波发生器沿图示方向连续转动时，柔轮的变形不断改变，使柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入……，周而复始地进行，从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器H相反方向的缓慢旋转。
在传动过程中，波发生器转一周，柔轮上某点变形的循环次数称为波数，以n 表示。
常用的是双波和三波两种。
双波传动的柔轮应力较小，结构比较简单，易于获得大的传动比。
故为目前应用最广的一种。
谐波齿轮传动的柔轮和刚轮的周节相同，但齿数不等，通常采用刚轮与柔轮齿数差等于波数，即z2－z1=n式中z2、z2--分别为刚轮与柔轮的齿数。
工业机器人的主要部件、材料、构形与控制系统
工业机器人的主要部件、材料、构形与控制系统一、工业机器人的主要组成部分1、机器人驱动装置概念：要使机器人运行起来, 需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置作用：提供机器人各部位、各关节动作的原动力。
驱动系统：可以是液压传动、气动传动、电动传动, 或者把它们结合起来应用的综合系统; 可以是直接驱动或者是通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接驱动。
（1）电动驱动装置电动驱动装置的能源简单，速度变化范围大，效率高，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。
电动驱动装置又可分为直流(DC)、交流(AC)伺服电机驱动和步进电机驱动。
直流伺服电机电刷易磨损，且易形成火花。
无刷直流电机也得到了越来越广泛的应用。
步进电机驱动多为开环控制，控制简单但功率不大，多用于低精度小功率机器人系统。
电动上电运行前要作如下检查：电源电压是否合适（过压很可能造成驱动模块的损坏）；对于直流输入的+/-极性一定不能接错，驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适（开始时不要太大）；控制信号线接牢靠，工业现场最好要考虑屏蔽问题（如采用双绞线）；不要开始时就把需要接的线全接上，只连成最基本的系统，运行良好后，再逐步连接。
一定要搞清楚接地方法，还是采用浮空不接。
开始运行的半小时内要密切观察电机的状态，如运动是否正常，声音和温升情况，发现问题立即停机调整。
（2）液压驱动通过高精度的缸体和活塞来完成，通过缸体和活塞杆的相对运动实现直线运动。
优点：功率大，可省去减速装置直接与被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好，响应快，伺服驱动具有较高的精度。
缺点：需要增设液压源，易产生液体泄漏，不适合高、低温场合，故液压驱动目前多用于特大功率的机器人系统。
选择适合的液压油。
防止固体杂质混入液压系统，防止空气和水入侵液压系统。
机械作业要柔和平顺机械作业应避免粗暴，否则必然产生冲击负荷，使机械故障频发，大大缩短使用寿命。
要注意气蚀和溢流噪声。
工业机器人的典型结构
工业机器人的典型结构
工业机器人的典型结构包括机械臂、控制系统、传感器和执行器等基本部分。
其中：
1. 机械臂：是工业机器人的主要部分，通常包括可伸缩的臂、关节、末端执行器和触觉传感器等。
其结构复杂，设计灵活，能够执行各种不同的任务和功能。
2. 控制系统：是机器人的大脑，包括计算机、控制器和编程器等。
控制系统能够接收外部指令，对机械臂进行准确的控制和调度，调整机器人的运动和转向速度等。
3. 传感器：是机器人的“眼睛”和“耳朵”，能够感知环境和物体，通过视觉识别、声音识别、力量反馈和距离测量等方式获得信息，并传达给控制系统。
4. 执行器：是机器人的“手”和“脚”，能够根据控制系统的指令，执行各种不同的任务，比如移动、抓取、拆分、焊接和研磨等。
总之，工业机器人的典型结构是多种部件的综合体，具有复杂的功能和灵活的设计，能够满足不同领域和产业的机械化需求。
工业机器人技术基础 项目三-工业机器人的机械结构
③ 履带支撑面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力。
1.3.2 移动式机座
（3）足式行走机构
车轮式行走机构只有在平坦坚硬的地面上
行驶才有理想的运动特性，如果地面凹凸
和车轮直径相当或地面很软，则它的运动
阻力将大大增加。
①可以在高低不平的地段上行走。
作用
• 移动式机座一方面支撑机器人的机身、臂部和手部，因而具有足
够的刚度和稳定性。
分类
• 机器人的行走机构按运动轨迹分为固定轨迹式行走机构和无固定
轨迹式行走机构。
1.3.2 移动式机座
1.固定轨迹式行走机构
固定轨迹一种配置形式，运动形式大多为直移式，具有占地面积小、有效
置。
1.垂直运动
工业机器人要完成空间的
运动，至少需要几个自由
2.径向运动
度进行运动呢？
3.回转运动
3.2.1 工业机器人手臂的运动
1.垂直运动
垂直运动是指机器人手臂的上下运动，这种运动通常采用液压缸机构或通过调整
机器人机身在垂直方向上的安装位置来实现。
工业机器人要
完成空间的运
动，至少需要
三个自由度的
总结
1.工业机器人的机械结构由机座、臂部、腕部、末端执行器组成。
2.固定式机器人由大臂、立柱、机座、小臂和手腕组成。
3.足式行走机构主要行走在平坦的地面上，车轮的形状和结构形式取决于地面
的性质和车辆的承载能力
4.履带行走机构由履带板、履带架、驱动链轮、导向轮、驱动轮、支重轮、托
链轮和张紧装置组成。
3.2工业机器人手臂
完成空间的运
动，至少需要
【精要】学习工业机器人：工业机器人分类·基础结构·构成
【精要】学习工业机器人：工业机器人分类·基础结构·构成学习工业机器人，需要知道工业机器人的基础结构。
要对其各组成部分有一定基本的了解，才能够更好的运用工业机器人服务。
所以我们学习相关工业机器人知识，要从我们机器人的结构开始。
工业机器人分类按照功能结构来分，工业机器人可分为焊接、搬运、喷涂、装配等机器人按机械结构分，可分为多关节、SCARA、直角坐标、并联型等机器人工业机器人主要构成及成本结构工业机器人主要由四大部分构成：精密减速器、伺服电机、控制系统与本体。
下图中百分比是各部分整个机器人的成本比例，可以很轻易看出减速器和机器人本体占机器人的成本比重是很大的。
减速器用于提高和确保机器人的工作精度；伺服电机主要用于反馈和修正位置、速度等参数；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
本体是机器人外面最直接的机械结构。
1.减速器减速器是一种动力传达机构，以齿轮为核心，由皮带轮、传送带、链齿轨、链条组合出各类制品，其功能均在于“降低动力旋转速度，输出与减速比相配的扭矩（力）”，即“降低速度，将较小的力转换为较大的力”。
目前应用于机器人领域的减速机主要有两种，一种是RV减速机，另一种是谐波减速机。
在关节型机器人中，由于RV减速机具有更高的刚度和回转精度，一般将RV减速机放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置，价格也较高，而将谐波减速机放置在小臂、腕部或手部。
另外一种行星减速机主要应用于简单机器人。
占据60%机器人市场份额的发那科、ABB、安川电机、库卡四大家族都是向纳博特斯克和哈默纳科采购，因而短期博特斯克和哈默纳科主导市场的格局仍难以改变，其余市场被住友、SEJINIGB、SPINEA等占据。
近年来尽管与日本产品在输入转速、传动精度、传动效率等方面存在较大差距，积极介入的国内减速机厂商并逐步形成了自己的产品系列，并实现批量生产，如苏州绿的谐波传动科技的谐波减速机，南通振康的RV减速机。
工业机器人涉及哪些技术？工业机器人系统组成有哪些
工业机器人涉及哪些技术？工业机器人系
统组成有哪些
工业机器人是多自由度的机器装置，能自动执行工作，按照自身动力和控制能力来实现各种功能，由机械部分、传感部分、控制部分等三大部分组成，这三大部分又分成六个子系统，分别为：1、驱动系统：给每个关节即每个运动自由度安置传动装置，使机器人运动起来。
2、机械结构系统：由机身、手臂、末端操作器三大件组成。
每一大件都有若干自由度，构成一个多自由度的机械系统。
手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。
末端操作器是直接装在手腕上的一个重要部件，可以是两手指或多手指的手爪，也可以是喷漆枪、焊枪等。
3、传感系统：获取内部和外部环境状态中有意义的信息，提高了机器人的机动性、适应性和智能化水准。
4、机器人-环境交互系统：实现机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。
5、人机交互系统：人与机器人进行联系和参与机器人控制的装置。
6、控制系统：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。
机器人技术基础4工业机器人基本结构
２．腕部
联接手部和手臂的部分，主要作用是改变手部的空间方向和将 作业载荷传递到手臂。
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 足机器人的作业空间，并将各种载荷传递到机座。
４．腰部
腰部又称立柱，是支撑手臂的机构，作用是带动臂部运动，与 臂部运动结合，把腕部传递到需要的工作位置。
一、机器人本体主要包括：
（1）机座 （2）腰部 （3）臂部 （4）腕部 （5）手部
二、机器人本体基本结构的举例
姿
腕部
态
机
构
末杆+手部
小臂
大臂
位
置
机
腰部
构
机座
组成机器人的连杆和关节按功能可以分成两类，一类是组成手臂的长连杆，也称臂杆，其产生主 运动，是机器人的位置机构；另一类是组成手腕的短连杆，它实际上是一组位于臂杆端部的关节 组，是机器人的姿态机构，确定了手部执行器在空间的方向。
带传动、齿轮系统。
2、驱动装置
概念：要使机器人运行起来, 需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置 作用：提供机器人各部位、各关节动作的原动力
驱动装置可以是直流（DC）电动机 驱动、交流（AC）伺服电动机驱动、步 进电动机驱动。
控制系统——机器人大脑 作用：控制机器人在工作空间的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序级动作时间等
2018-2019第二学期
工业机器人技术基础
4.工业机器人基本结构
目录
01 工业机器人的结构 认识机构 02
03 工业机器人的发展与运用 作业 04
01
工业机器人的结构
机器人的组成
一、机器人的组成 1. 执行机构； 2. 控制系统； 3. 传感系统；
工业机器人基本构成
工业机器人基本构成工业机器人是指在工业生产中用于执行各种任务的机器人。
它是由多个组成部分构成的复杂系统。
下面将详细介绍工业机器人的基本构成。
1. 机械结构：工业机器人的机械结构通常由臂部、关节、手腕等组成。
臂部是机器人的主体部分，可以用于执行各种动作。
关节是连接臂部的关节，通过关节的转动使机器人能够完成各种姿势的变化。
手腕是机器人的末端，可以用于抓取、放置物体等操作。
机械结构的设计直接影响机器人的灵活性和精度。
2. 传感器系统：工业机器人通常配备有各种传感器，用于感知周围环境和工作对象的状态。
常见的传感器包括视觉传感器、力传感器、触觉传感器等。
视觉传感器可以用于识别和定位物体，力传感器可以用于测量机器人与物体之间的力，触觉传感器可以模拟人手的触感。
传感器系统为机器人提供了实时的环境信息，使其能够根据需要做出相应的动作。
3. 控制系统：工业机器人的控制系统是整个系统的核心部分，用于控制机器人的运动和执行任务。
控制系统通常由控制器、编码器和驱动器等组成。
控制器是机器人的大脑，负责接收传感器的信号并做出相应的决策，编码器用于测量机器人的位置和速度，驱动器用于控制机器人的电机和执行器。
控制系统的设计和优化是确保机器人运动精度和稳定性的关键。
4. 电源与供电系统：工业机器人需要稳定的电源来提供动力。
电源系统通常由电源装置和供电线路组成。
电源装置负责将外部电源的电能转换为机器人所需的电能，并提供稳定的电压和电流。
供电线路用于将电能传输到机器人的各个部分。
电源与供电系统的设计需要考虑到机器人的功率需求和供电的可靠性。
5. 程序与算法：工业机器人的操作需要事先编写好的程序和算法。
程序用于描述机器人的动作和任务流程，算法用于实现机器人的自主决策和路径规划。
程序和算法的设计需要考虑到机器人的任务需求和工作环境的特点。
优化的程序和算法可以提高机器人的工作效率和精度。
工业机器人的基本构成包括机械结构、传感器系统、控制系统、电源与供电系统以及程序与算法。
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工业机器人技术及关键基础部件
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。
在机器人控制器方面，目前国外主流机器人厂商的控制器均为在通用的多轴运动控制器平台基础上进行自主研发。
目前通用的多轴控制器平台主要分为以嵌入式处理器（DSP，POWER PC）为核心的运动控制卡和以工控机加实时系统为核心的软PLC系统，其代表分别是Delta Tau的PMAC卡和Beckhoff的TwinCAT系统。
国内的在运动控制卡方面，固高公司已经开发出相应成熟产品，但是在机器人上的应用还相对较少。
（2）机器人关键基础部件国内外发展趋势（技术、产业）；
在机器人高精度谐波减速机方面, 在其齿轮传动中采用双圆弧齿廓，可以有效改善柔轮齿根的应力状况和传动啮合质量，提高承载能力、扭转刚度和柔轮疲劳寿命，并可降低最小传动比。
日本的IH齿形是基于余弦凸轮波发生器开发的双圆弧齿形，由于采用近似方法设计，应用初期出现了齿廓干涉等问题，但是到1990年代初期已经基本完善。
目前，日本谐波传动系统有限公司的谐波产品有十几个类型，二十多个系列，最小传动比为30，型号中带有字母“S”的，其齿形为双圆弧齿形，产品垄断了主要国际市场。
其中超短杯型号CSD和SHD，其柔轮长度仅有常规谐波传动柔轮的1/3，既增加传动刚度，又大幅度减轻了谐波减速器重量。
此外，在谐波传动轻量化技术方面，采用铝等轻合金材料制造波发生器与减速器壳体等方式，减薄刚轮外缘以及改进连接结构等形式，使整机重量大幅度减轻。
相比于谐波减速机，RV减速机具有更高的高度和回转精度，目前其发展方向是如何通过对内部轴承的配置，材料和热处理工艺的改进，增加减速机的扭转刚度，最大抗弯弯矩，以及提高在频繁加减速等恶劣工况下的使用寿命。
在机器人伺服电机和驱动器方面，机器人专用化的伺服电机和驱动器将成为发展趋势，即在普通通用伺服电机和驱动器的基础上，根据机器人的高速，重载，高精度等应用要求，增加驱动器和电机的瞬
⑤对采用国产机器人的应用工程给予一定时期(3一5年)的减免税优惠，或对典型的应用工程系统，经申请、核准予以经费支持，以扶持整个产业的发展。