(完整版)工业机器人基础
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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
重复定位精度
指在相同环境、相同条件、相同目标动 作、相同命令的条件下，机器人连续重复运 动若干次时，其位置会在一个平均值附近变 化，变化的幅度代表重复定位置精度，是关 于精度的一个统计数据。因重复定位精度不 受工作载荷变化的影响，所以通常用重复定 位精度这个指标作为衡量示教再现型工业机 器人水平的重要指标。
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。
运动控制模块
③操作机
①示教器
S6 串 S0 口 S5
S6
通 信
S1
模
S3
S4
块
主控制模块
驱动模块
示教器的数据流关系
2.2 工业机器人的主要技术参数
机器人的技术参数反映了机器人可胜任的工作、具有的最高操作性能等 情况，是设计、应用机器人必须考虑的问题。
机器人的主要技术参数有自由度、分辨率、工作空间、工作速度、 工 作载荷等。
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。
• 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：
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 。
这叫定位精度差，但重复定 位精度好。
这叫定位精度好，但重复定 位精度差。
MOTOMAN-EA1900N弧焊专用机器人各项技术参数
2.1 工业机器人的基本组成
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。
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。
肩关节
肘关节
大臂 腰部
腰关节
基座
关节型机器人操作机基本构造
机器人的六个轴：
J1：腰部电机 J2：肩部电机 J3：肘部俯仰电机 J4：肘部回转电机 J5：碗部俯仰电机 J6：碗部回转电机
2.1.2 控制器（控制柜）
工业机器人控制器是根据机器人的作业指令程序以及传感器反馈回来的信号， 支配操作机完成规定运动和功能的装置。 它是机器人的关键和核心部分。
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。
Fra Baidu bibliotek
2、控制分辨率
是指位置反馈回路能 检测到的最小位移量。
当编程分辨率与控制分辨率相等时， 系统性能达到最高。
2.2.5 工业机器人的精度
机器人的精度主要体现在定位精 度和重复定位精度两个方面。
定位精度
指机器人末端操作器的实际位置 与目标位置之间的偏差，由机械误差、 控制算法误差与系统分辨率等部分组 成。
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
第一章 工业机器人基础
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。
加速度 的方向
D
C
负载的 质量
A
速度大 小和方
向
B
加速度 的大小
分辨率
机器人的分辨率由系统设计检测参数决定，并受到位置反馈检测单 元性能的影响。分辨率可分为编程分辨率与控制分辨率。
1、编程分辨率
是指程序中可以设定的最小 距离单位，又称为基准分辨
率。
例如：当电机旋转0.1度，机器人腕点 （手尖端点）移动的直线距离为0.01mm 时，其基准分辨率为0.01mm。
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
重复定位精度
指在相同环境、相同条件、相同目标动 作、相同命令的条件下，机器人连续重复运 动若干次时，其位置会在一个平均值附近变 化，变化的幅度代表重复定位置精度，是关 于精度的一个统计数据。因重复定位精度不 受工作载荷变化的影响，所以通常用重复定 位精度这个指标作为衡量示教再现型工业机 器人水平的重要指标。
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。
运动控制模块
③操作机
①示教器
S6 串 S0 口 S5
S6
通 信
S1
模
S3
S4
块
主控制模块
驱动模块
示教器的数据流关系
2.2 工业机器人的主要技术参数
机器人的技术参数反映了机器人可胜任的工作、具有的最高操作性能等 情况，是设计、应用机器人必须考虑的问题。
机器人的主要技术参数有自由度、分辨率、工作空间、工作速度、 工 作载荷等。
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。
• 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：
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 。
这叫定位精度差，但重复定 位精度好。
这叫定位精度好，但重复定 位精度差。
MOTOMAN-EA1900N弧焊专用机器人各项技术参数
2.1 工业机器人的基本组成
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。
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。
肩关节
肘关节
大臂 腰部
腰关节
基座
关节型机器人操作机基本构造
机器人的六个轴：
J1：腰部电机 J2：肩部电机 J3：肘部俯仰电机 J4：肘部回转电机 J5：碗部俯仰电机 J6：碗部回转电机
2.1.2 控制器（控制柜）
工业机器人控制器是根据机器人的作业指令程序以及传感器反馈回来的信号， 支配操作机完成规定运动和功能的装置。 它是机器人的关键和核心部分。
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。
Fra Baidu bibliotek
2、控制分辨率
是指位置反馈回路能 检测到的最小位移量。
当编程分辨率与控制分辨率相等时， 系统性能达到最高。
2.2.5 工业机器人的精度
机器人的精度主要体现在定位精 度和重复定位精度两个方面。
定位精度
指机器人末端操作器的实际位置 与目标位置之间的偏差，由机械误差、 控制算法误差与系统分辨率等部分组 成。
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
第一章 工业机器人基础
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。
加速度 的方向
D
C
负载的 质量
A
速度大 小和方
向
B
加速度 的大小
分辨率
机器人的分辨率由系统设计检测参数决定，并受到位置反馈检测单 元性能的影响。分辨率可分为编程分辨率与控制分辨率。
1、编程分辨率
是指程序中可以设定的最小 距离单位，又称为基准分辨
率。
例如：当电机旋转0.1度，机器人腕点 （手尖端点）移动的直线距离为0.01mm 时，其基准分辨率为0.01mm。