第1章工业机器人电气控制系统的构成
工业机器人期末复习大纲
资
确定控制系统总体方案，绘制框图。
料
请
第二章
勿 泄
露
重复定位精度：指机器人重复到达某一目标位置的差异程度。
4. 机器人机械结构由三大部分组成：机身、臂部（含手腕） 、手部。 5. 机身往往具有升降、回转及俯仰三个自由度。 6. 臂部设计的基本要求：手臂应该具有足够的承载能力和刚度；导向性要好； 重量和转动惯量要小；运动要平稳、定位精度要高。 7.工业机器人手部的特点：手部与手腕相连处可拆卸；手部是末端操作器；手部 的通用性比较差；手部是一个独立的部件。 8. 工业机器人吸附式手部结构一般有磁力吸附式和真空吸附式两种。 9.工业机器人行走机构主要有车轮式、步行式、履带式等形式。
复
习
机械系统：机器人的足、腿、手、臂、腰及关节等，它是机器人运动和完成某项 任务所必不可少的组成部分。 驱动系统：用来有效地驱动执行机构的装置，通常采用液压、电气和气压，有直 接驱动和间接驱动二种方式。 控制系统： 是机器人的核心， 它负责对机器人的运动和各种动作控制及对环境的 识别。 感知系统：是机器人获取环境信息的工具，如视觉、听觉、嗅觉、触觉、力觉、 滑觉和接近觉传感器等，它们的功能相当于人的眼、耳、鼻、皮肤及筋骨。 现代工业机器人的控制器都是由计算机控制系统组成，控制方式主要有示教 再现、可编程控制、遥控和自主控制等多种方式。 5. 机器人系统的工作原理 机器人系统实际上是一个典型的机电一体化系统，其工作原理为：控制系统发出
工作空间： 表示机器人的工作范围，是机器人运动时手臂末端或手腕中心所能达 到的所有点的集合，也成为工作区域。 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，通常都会在技术参数中加以说明。 承载能力：指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。
1.1工业机器人的系统组成
MMT
三种驱动方式比较：
电气驱动方式:电气驱动所用能源简单，机构速度变化范围大，效率高，速
度和位置精度都很高，且具有使用方便、噪声低和控制灵活的特点。
MMT
【背景知识】 2．机械结构系统
工业机器人的机
械结构系统是工业机 器人为完成各种运动 的机械部件。系统由 骨骼(杆件)和连接它 们的关节(运动副)构 成，具有多个自由度， 主要包括手部、腕部、 臂部、机身等部件， 如右图所示。
2MMT
机械结构系统——手腕
手腕是连接末端执 行器和手臂的部件，它的作 用是调整或改变工件的方位， 因而它具有独立的自由度， 以使机器人——手臂
手臂是机器人执行 机构中重要的部件，它的作 用是将被抓取的工件运送到 给定的位置上。
2MMT
机械结构系统——腰部和基座
【背景知识】 3．感受系统
感受系统由内部传感器和外部传感器构成。 传感器处于连接外界环境与机器人的接口位 置，是机器人获取信息的窗口 。
MMT
【背景知识】 3．感受系统
感受系统由内部传感器和外部传感器构成。 传感器处于连接外界环境与机器人的接口位置， 是机器人获取信息的窗口 。
机器人对传感器的要求 ①精度高、重复性好； ② 稳定性和可靠性好； ③ 抗干扰能力强； ④ 质量轻、体积小、安装方便。
MMT
（1)传感器的分类 根据传感器在机器人上应用目的与使用范围的 不同，将其分成两类：内部传感器和外部传感器。 内部传感器：用于检测机器人自身的状态，如： 测量回转关节位置的轴角编码器、测量速度以控制 其运动的测速计。 外部传感器：用于检测机器人所处的环境和对 象状况，如视觉传感器，可为更高层次的机器人控 制提供大得多的适应能力，也是给工业机器人增加 了自动检测能力。外部传感器可进一步分为末端执 行器传感器和环境传感器。
机器人系统的组成
机器人系统的组成机器人系统通常由以下几个组成部分构成：1. 机械结构：包括机器人的物理外形和各个部件的机械结构，如关节、链条、连接器、传感器等。
这些结构决定了机器人的动作范围和运动能力。
2. 电气控制系统：包括电机、驱动器、传感器、计算机等电子设备，用于控制机器人的运动和感知环境。
电气控制系统接收来自计算机的指令，并将其转化为机械动作。
3. 计算机控制系统：包括嵌入式系统、单片机、PLC等，用于控制机器人的运动和执行任务。
计算机控制系统负责运算、决策和监控机器人的各种功能。
4. 感知系统：包括各种传感器，如摄像头、激光雷达、红外传感器等，用于感知机器人周围的环境信息。
感知系统可以获取到环境中的物体位置、距离、光照强度等数据，以辅助机器人的决策和动作。
5. 控制算法：包括路径规划、运动控制、动作规划等算法，用于指导和控制机器人的各项动作。
控制算法可以使机器人对特定任务做出适当的反应和行动。
6. 用户界面：通常是一台显示屏或者计算机界面，与机器人进行通信，可以通过界面对机器人进行控制和监控。
用户界面还可以提供机器人的工作状态、故障报警等信息。
这些组成部分相互配合，共同组成一个完整的机器人系统，实现使用者对机器人的控制和监控，并执行各种任务。
另外还有一些可选的组成部分，可以根据具体的机器人应用需求进行选择和配置：1. 操作系统：机器人可能运行一个特定的操作系统，如Linux 或Windows，用于管理和协调机器人系统的各项功能。
2. 数据存储和通信设备：机器人可能需要具备一定的存储和通信能力，以便存储和传输数据。
例如，机器人可以存储感知到的环境信息和任务执行过程中的数据。
3. 电源系统：机器人通常需要电源来驱动各个部件的工作，可以采用电池、电源适配器等不同形式的供电方式。
4. 人机交互接口：机器人可以配备触摸屏、声音识别、手势识别等人机交互设备，以便用户能够与机器人进行沟通和交互。
需要注意的是，不同类型的机器人系统在组成部分上可能会有所不同。
工业机器人电气控制系统设计分析
工业机器人电气控制系统设计分析1. 引言1.1 背景介绍工业机器人电气控制系统设计是在工业自动化领域中的一个关键问题，其质量和性能直接影响着生产效率和产品质量。
随着人工智能和机器学习技术的不断发展，工业机器人在现代制造业中扮演着越来越重要的角色。
在工业机器人的运作过程中，电气控制系统起着至关重要的作用，它负责控制机器人的各种运动、动作和功能。
随着科技的进步和市场需求的变化，工业机器人的功能日益复杂，各种控制系统元件的选型和设计变得愈发重要。
为了确保工业机器人的运行安全和稳定性，电气控制系统的安全性和可靠性也成为了研究的重点之一。
本文将对工业机器人电气控制系统的设计、元件选型、电路图设计与模拟、程序设计与控制逻辑、安全性与可靠性进行深入分析。
通过本文的研究，有望为工业机器人电气控制系统的设计和改进提供有益的参考和指导，推动工业智能制造的发展。
1.2 问题提出在工业机器人的应用中，电气控制系统的设计是至关重要的。
在实际的应用过程中，我们也会面临一些问题需要解决。
对于工业机器人的电气控制系统来说，如何保证其稳定性和可靠性是一个重要的挑战。
随着工业机器人应用领域的不断拓展和发展，控制系统的复杂度也在逐渐增加，如何设计出更加高效和灵活的控制系统也是一个需要解决的问题。
工业机器人的电气控制系统往往需要与其他系统进行集成，如何实现多系统之间的协调和配合也是一个需要深入研究的问题。
通过深入研究工业机器人的电气控制系统设计，可以帮助我们更好地解决这些问题，提高工业机器人的性能和效率。
1.3 研究意义工业机器人作为现代制造业中不可或缺的重要设备，其电气控制系统设计对其性能和功能起着至关重要的作用。
研究工业机器人电气控制系统设计的意义在于提高机器人的精度、速度和稳定性，从而提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量。
通过深入研究电气控制系统的结构设计、元件选型与设计、电路图设计与模拟、程序设计与控制逻辑，可以更好地理解和掌握工业机器人的工作原理，进而对其进行优化和改进。
工业机器人系统的组成
工业机器人系统的组成
一、工业机器人系统的组成
工业机器人系统是由机器人本体、控制器、传感器、发动机、驱动器和操作平台组成的一个复杂的系统。
1、机器人本体
机器人本体是机器人的核心部件，由机械结构、电气控制及管理系统三部分组成，它主要负责移动、完成指定的加工任务，具体的结构及性能根据具体的机器人类型而定。
2、控制器
控制器是机器人系统的核心部件，它负责接收外部信号并驱动机器人本体执行指定的任务，具体控制策略及实现方法根据机器人类型而定。
3、传感器
传感器用于检测工作环境及机器人本体的变化，以实现机器人的定位和跟踪目标，是机器人系统的重要组成部分。
4、发动机
发动机主要负责提供机器人本体的动力，发动机类型普遍有直流电机、交流电机、液体发动机和流体发动机等。
5、驱动器
驱动器是由驱动器控制器、变换器、伺服系统和反馈系统组成的硬件系统，用于驱动机器人本体的机械部件，实现机器人的精密运动控制。
6、操作平台
操作平台是由计算机、机器人控制系统和辅助设备组成的系统，用于机器人操作前的程序设计、监控、仿真等任务，是机器人工作的重要环节。
工业机器人电气控制系统设计分析
工业机器人电气控制系统设计分析摘要：工业机器人主要用于搬运物料，即按照程序要求将特定动作有序完成的一种机械装置。
除了搬运物料以及完成动作这两种功能以外，工业机器人还具有图像识别、语音交互等功能，而且开发人员正致力于其他功能的设计。
工业机器人由四个部分组成：1.检测系统；2.控制系统；3.驱动系统；4.机械系统。
对此，本文围绕工业机器人如何应用电器控制系统这一问题展开了详细论述，以期能够为工业行业创造更高效益。
关键词：工业生产；机器人；电气控制1 工业机器人的起源《罗萨姆的万能机器人》这本著作中最先提出了机器人这一名词。
二战期间，美国为了开发核武器，设计了遥控机械手，这也是世界上首台工业机器人。
早在1954年，乔治.沃尔德相当于可编辑机器人的最先设计者。
约瑟夫·英格伯格享有“工业机器人之父”的称号，他在1959年就成为了Unimation公司的董事，主要从事于工业机器人的生产。
到1961年，通用汽车公司将工业机器人广泛用于汽车零部件的生产当中。
Unimation公司为了扩大工业机器人的推广与应用，通过降低成本价向通用公司出售工业机器人。
Unimation 公司于1967年向瑞典出售了工业机器人，这也是工业机器人在欧洲的首次使用。
到1969年，Unimation公司又将工业机器人远销到日本。
此后，全世界都开始注重工业机器人的研发与推广。
纵观工业机器人的发展历程，可知工业机器人在美国的引领下取得了非凡的成就。
与其他国家相比，日本和欧洲还是比较超前，只是要晚于美国。
2 工业机器人电气控制系统的功能2.1搬运工业机器人的常见动作就是搬运工厂零件或物品。
例如，加工机床将工业机器人取代人工作业进行上下料。
机器人需在头部安装吸附装置或夹持装置，这样才能搬运物品。
一般来说，机器人主要用于夹持气缸，吸附真空吸盘。
为了使气缸动作得到控制，机器人的内部控制系统必须保证开关量信号的输出。
想要使真空吸盘能够产生吸力，也是如此。
工业机器人电气控制系统
1 机器人控制特点及控制方法 2 机器人控制系统的基本结构 3 控制系统的关键组成部件 4 控制系统硬件设计 5 控制系统软件设计
1
5.1.1机器人控制特点
一、 机器人控制系统的特点
1) 机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关：坐标变换、运 动学正逆问题、惯性力等影响
2) 机器人控制系统是多变量自动控制系统：机器人至少3-5个自 由度，每个自由度一个伺服机构，这些独立的伺服系统有机地协 调起来，完成期望动作
Tm
J
d 2m dt 2
F
d m dt
K m
J总转动惯量,F总粘滞摩擦系数,K
总反馈系数
V
f
(S)
(rf
lf S)I f
(S)
Tm kmI f (S )
Tm
(JS 2
FS
K )m (S)
10
5.1.2 控制方法
✓励磁控制（续）
Vf
1
If
rf l f S
km
Tm
1 m
JS F
1 S
m
m (S ) Vf (S)
derivative（微分），这意味着可利用偏差，偏差的积分值，偏差的微分值来控
制。
如果用e=(r-y)表示偏差，则PID控制变为：
u (t )
K pe K1
1
e( )d
0
K D e
离散形式为
T
u(n) K p{e(n) TI
n e(i) T3) 机器人控制系统是非线性的控制系统：描述机器人状态和运 动的数学模型随状态和外力的变化，其参数也在变化，各变量之 间还 存在耦合，经常使用重力补偿、前馈、解耦或自适应控制 等方法
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。
工业机器人电气控制系统设计分析
工业机器人电气控制系统设计分析一、工业机器人电气控制系统的基本组成工业机器人的电气控制系统是由电气控制部分和驱动部分组成的。
电气控制部分包括控制器、传感器、连接器、开关等组件，用于实现对机器人的控制和监测；而驱动部分则包括电机、减速器、编码器等设备，用于驱动机器人的运动和执行具体的任务。
1.控制器工业机器人的控制器是其电气控制系统中的核心部件，主要用于实现对机器人各个关节的控制和协调。
控制器通常由一台或多台工业计算机和PLC（可编程逻辑控制器）组成，通过运行相应的控制程序实现对机器人的运动控制、轨迹规划、姿态调整等功能。
控制器的性能和功能的高低直接影响到机器人的控制精度和稳定性。
2.传感器传感器是工业机器人电气控制系统中的重要组成部分，通过传感器可以实现对机器人姿态、位置、力量等参数的监测和反馈。
常用的传感器包括光电传感器、压力传感器、力传感器、编码器等，这些传感器可以实时地获取到机器人工作的状态信息，并将这些信息送回控制器，以实现对机器人的闭环控制。
3.连接器和开关连接器和开关是工业机器人电气控制系统中的接线和开关设备，用于实现各个部件之间的连接和电气信号的传输。
这些连接器和开关需要具有良好的耐久性和导电性能，以确保机器人在工作中能够稳定地运行。
4.电机和减速器电机和减速器是工业机器人电气控制系统中的驱动部分，电机用于提供机器人的动力源，而减速器则用于减速和传动电机的转动力，以满足机器人对速度和力矩的具体要求。
电机和减速器的性能参数直接决定了机器人的运动性能和工作效率。
工业机器人通常是多轴自由度的设备，其控制系统需要能够实现对多个关节的独立控制和协调运动。
多轴控制技术是工业机器人电气控制系统设计的关键技术之一。
通过采用合适的控制算法和控制策略，可以实现对多个关节的同时控制和协调运动，从而提高机器人的适应性和灵活性。
2.轨迹规划技术工业机器人在执行任务时，通常需要按照一定的轨迹和路径进行运动。
轨迹规划技术可以实现对机器人的轨迹和路径进行规划和优化，以减小机器人的运动过程中的能量消耗、振动、加速度等因素，从而提高机器人的工作效率和运动精度。
工业机器人的系统组成及作用
工业机器人的系统组成及作用工业机器人是一种用于工业生产的自动化装置，其系统组成主要包括机械系统、电气控制系统、视觉系统、传感系统等。
在现代工业中，工业机器人已经成为生产线上不可或缺的一部分，同时也承担着高效、精确、连续等作用。
下面，我们就一起来详细了解一下工业机器人的系统组成及作用。
一、机械系统机械系统是工业机器人的主体，主要由前臂、手臂、手爪等组成。
机械系统的作用是实现机器人灵活、精确的动作，使其能够完成各种复杂的任务。
机械系统的设计、制造质量、精度都对机器人的运行效果影响很大。
二、电气控制系统电气控制系统是工业机器人的核心控制部分，主要由控制器、电机、驱动器、传感器等组成。
这些设备之间相互配合，通过传感器对机器人进行精确定位和控制，实现工业机器人的自动运行和操作。
三、视觉系统在现代工业制造中，越来越多的工业机器人使用视觉系统来辅助工作。
视觉系统具有高分辨率、高精度等优势，可以对产品质量、工件定位等进行测量和检测，大大提高生产效益和产品质量。
四、传感系统传感系统是指传感器和控制器的组合，用于感知机器人的物理状态和环境状态。
通过传感系统，工业机器人能够感知位置、力度、速度、温度等参数，从而实现精准的定位、控制和操作。
从上述介绍中不难看出，工业机器人的系统组成十分复杂，相互协作，才能实现高效、精准的生产作业。
工业机器人在现代工业生产中承担了极其重要的角色，其作用主要包括：1、提高生产效率和质量使用工业机器人可以实现生产流程的自动化、连续化，提高生产效率。
同时，由于机器人具有高精度、高稳定性等特点，在生产过程中可以大大提高产品的品质。
2、降低劳动强度在传统的生产流程中，人工操作对工人的体力、耐力要求较高，使用工业机器人能够大大减轻人工负担，使生产环境更加舒适安全。
3、降低生产成本使用工业机器人制造产品的成本要比人工操作低，且能够实现零误差生产，降低废品率。
这不仅降低了生产成本，也提高了企业的竞争力。
(完整word版)工业机器人结构设计
1绪论1.1工业机器人概述工业机器人由操作机（机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作,自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。
特别适合于多品种、变批量的柔性生产。
它对稳定、提高产品质量,提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃,应用日益广泛的领域.机器人应用情况,是一个国家工业自动化水平的重要标志。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动,而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。
从某种意义上说它也是机器进化过程的产物，它是工业以及非工业领域的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。
在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。
工业机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产，尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，由它代替人进行正常的工作，意义更为重大.因此，工业机械手在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用.工业机械手的结构形式开始比较简单专用性较强，仅为某台机床的上下料装置,是附属于该机床的专用机械手。
随着工业技术的发展,制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。
由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强,所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。
1.2工业机器人的组成和分类1。
机械手电气控制系统设计说明
机械手电气控制系统设计摘要在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。
自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。
机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。
机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。
机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。
工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。
广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。
可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。
本文应用三菱公司生产的可编程控制器FX系列PLC实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器 (PLQ 控制功能。
使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。
关键字：机械手；自动化装备；可编程控制器；PLC摘要前言 (2)第1章设计目的及主要内容 (3)1.1 设计目的 (3)1.2.主要内容 (3)第2章机械手的操作要求及功能 (4)2.1.操作要求 (4)2.2操作功能 (5)第3章PLC及机械手的选择和论证 (6)3.1PLC (6)3.1.1 PLC 简介 (6)3.1.2 PLC的结构及基本配置 (6)3.1.3 PLC 的选择 (7)3.2机械手 (7)3.2.1机械手简介 (7)3.2.2机械手的选择 (8)第4章硬件电路设计及描述 (8)4.1操作方式 (10)4.2输入与输出分配表及I/O分配接线 (10)第5章软件电路设计及描述 (12)5.1机械手的操作系统程序 (12)5.2回原位程序 (12)5.3手动单步操作程序 (13)5.4自动操作程序 (14)5.5机械臂传送系统梯形图 (14)5.6指令语句表 (16)18第6章总结 (17)参考文献大二的学习即将结束，课程设计是其中一个重要环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。
第一章工业机器人概论
第一章概论提起机器人，我们都不陌生，脱口就能说出一大串机器人的名字：铁臂阿童木、霹雳五号、奥特曼、终结者等，这些都是小说或影视作品中的主人翁。
可以说大多数人都是从影视作品中了解机器人的，影视作品中的机器人，功能都很强大，看起来很神奇，正是由于这些影视作品的影响，人们对机器人给予了非常高的希望，但现实中的机器人并不像人，与其说是机器人，还不如说是一台机器。
但是只有想到了，才能做到，那些神奇的机器人正是我们共同奋斗的目标。
我们只有了解了现实的机器人，才能创造出未来更好的机器人。
机器人技术是一门高新技术，作为21世纪的人才，面临高新技术和自动化技术的冲击，面临国际市场经济和技术迅猛开展的剧烈竞争，机器人技术是迎接未来挑战的有力武器和理想助手，机器人使人类从繁琐、恶劣的作业环境中解脱出来，而从事更加雄伟的事业，开创未来世界。
对年青朋友来说，不管你以后搞不搞机器人技术，也不管你涉不涉足机器人产业，都有必要了解一些机器人知识，因为未来的机器人将对你的生活和工作产生巨大的影响。
[作业1] 机器人开展概况综述。
第一节工业机器人的概念关于工业机器人，目前世界各国尚无统一定义，分类方法也不尽相同。
①美国：工业机器人是一种可重复编辑的多功能操作装置，它可以通过改变动作程序来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件和工具。
②日本：1〕工业机器人是整机能够回转，有抓取〔或吸住〕物体的手抓和能够进行伸缩、弯曲、升降〔仰俯〕，回转及其复合动作的臂部，带有记忆部件，可局部地代替人进行自动操作的具有通用性的机械。
2〕具有人体上肢〔臂、手〕动作功能，可进行多种动作的装置，或者具有感觉功能，可自主进行多种动作的装置。
日本定义的工业机器人的范围是较广的，他们将工业机器人分为六类：人控机械手固定程序控制机器人可变程序控制机器人示教再现机器人数值控制机器人③我国对“机械手〞和“工业机器人〞的定义：机械手：就是附属于主机，动作简单，工作程序固定，定位点不能灵活改变；用来重复抓放物料的操作手。
工业机器人电气控制系统设计分析
工业机器人电气控制系统设计分析一、引言随着工业自动化的发展，工业机器人在生产线上扮演着越来越重要的角色。
而工业机器人的电气控制系统作为其核心组成部分之一，其设计与性能直接影响着机器人的运动精度、工作稳定性和安全性。
对工业机器人电气控制系统的设计进行分析与优化，对于提升机器人的性能和工作效率意义重大。
二、工业机器人电气控制系统概述工业机器人的电气控制系统是指用来控制机器人运动和操作的所有电子设备和系统。
这包括传感器、执行器、控制器、电控系统等组成部分。
在工业机器人中，电气控制系统通常包括电源系统、控制系统和通信系统。
电源系统负责为机器人提供电力，控制系统是机器人的大脑，负责控制机器人的各项运动和操作，而通信系统则是用来与其他设备或者主控系统进行数据交换和通信的部分。
三、工业机器人电气控制系统设计要点1. 稳定可靠性工业机器人在生产线上通常需要长时间的连续运行，因此其电气控制系统必须具有稳定可靠的特点。
这就要求在电路设计中，要考虑对电子元件的选型、布局和散热等问题，确保在长时间运行下，不会出现元件损坏或者故障的情况。
2. 灵活性工业机器人的工作场景通常会比较复杂，需要在不同的环境下进行工作，因此其电气控制系统需要具有一定的灵活性，能够适应不同的工作环境和不同的工作需求。
3. 精准性工业机器人通常需要进行高精度的操作，因此其电气控制系统需要具有高精准性，能够精确控制机器人的运动和操作。
4. 安全性工业机器人通常需要与人类共同工作，因此其电气控制系统需要具有高度的安全性，能够在紧急情况下及时停止机器人的动作，以保障人身安全。
四、工业机器人电气控制系统设计分析1. 电源系统设计电源系统是工业机器人的重要组成部分，其设计不仅关乎机器人的正常运行，还与机器人的节能和环保性息息相关。
在电源系统设计中，需要考虑到电源的稳定性、有效性和适用性。
在工业机器人的电源系统设计中，应该合理配置稳压电源和过流保护，确保机器人在不同电压和电流下都能正常运行，且在过载或者短路情况下及时切断电源，以保护机器人和周围设备的安全。
简述工业机器人的基本组成及其作用
简述工业机器人的基本组成及其作用一、前言工业机器人是现代工业制造的重要组成部分，其广泛应用于各个领域，如汽车制造、电子制造、医疗设备等。
本文将对工业机器人的基本组成及其作用进行详细阐述。
二、基本组成1. 机械结构机械结构是工业机器人最为基础的组成部分，它由臂架、关节、执行器等构成。
其中臂架负责支撑和运动控制，关节负责连接臂架并实现运动控制，执行器则负责完成具体任务。
不同类型的工业机器人具有不同的机械结构。
2. 控制系统控制系统是工业机器人的核心部分，它由计算机控制器和传感器构成。
计算机控制器负责接收指令并输出控制信号，传感器则用于检测环境变化和目标位置等信息。
通过计算机控制器和传感器的协同作用，可以实现对工业机器人的精确控制。
3. 电气系统电气系统包括电源系统、驱动系统和信号处理系统等。
其中电源系统为整个工业机器人提供能量，驱动系统则将电能转化为机械能，信号处理系统则负责将传感器检测到的信息转化为数字信号进行处理。
4. 软件系统软件系统是工业机器人的智能部分，它由控制程序和应用程序构成。
控制程序负责实现工业机器人的基本运动和控制，应用程序则根据具体任务需求进行编写。
通过不同的应用程序，可以实现多种不同的工业机器人任务。
三、作用1. 自动化生产工业机器人可以实现生产线自动化，减少人力投入和生产成本。
在汽车制造、电子制造等领域中广泛应用。
2. 精密加工工业机器人具有高精度和高速度特点，可以完成对零件的精密加工，如数控加工、激光切割等。
3. 危险作业在危险环境下，如辐射环境、高温高压环境等，使用工业机器人可以避免危险作业对人体健康带来的影响。
4. 医疗设备在医疗设备中，如手术机器人、康复机器人等领域中广泛应用。
通过工业机器人技术的应用，可以提高手术精度和治疗效果。
四、总结工业机器人作为现代制造业的重要组成部分，其基本组成包括机械结构、控制系统、电气系统和软件系统。
通过不同的应用程序，可以实现多种不同的工业机器人任务。
工业机器人电气控制系统设计
工业机器人电气控制系统设计工业机器人在现代制造业中起着非常重要的作用，能够替代人力完成各种重复性、繁琐的任务，提高生产效率并保证产品质量的稳定性。
而机器人的电气控制系统设计则是确保机器人正常运行的基础。
一、电气控制系统概述电气控制系统是指通过电气元器件和电气控制设备来实现机器人各个部件的协调运动和灵活操作的技术系统。
它主要由控制器、传感器、执行器和电源四部分组成。
1. 控制器：控制器是机器人电气控制系统的核心，它负责接受和处理外部输入的指令，并根据指令驱动机器人的各个执行器进行相应的动作。
控制器一般由主控板和伺服驱动器组成。
2. 传感器：传感器用于采集机器人所需的环境信息和运动状态，如力量、位置、速度等。
常见的传感器有位置传感器、力传感器、视觉传感器等。
3. 执行器：执行器是机器人电气控制系统中最为重要的部分，它能够将电气信号转换为机械运动。
常见的执行器有电机、液压马达等。
4. 电源：电源为整个电气控制系统提供稳定的电能供应，保证机器人正常运行。
二、电气控制系统设计步骤1. 确定机器人运动方式：根据实际需求，确定机器人的运动方式，如轮式机器人、足式机器人等。
不同的运动方式对电气控制系统的设计有一定的影响。
2. 确定机器人的自由度：根据机器人需要完成的任务，确定机器人的自由度。
自由度高的机器人能够实现更加复杂的动作，但同时也对电气控制系统的要求更高。
3. 选择合适的传感器：根据机器人的运动方式和任务需求，选择合适的传感器来采集所需的环境信息和运动状态。
4. 设计控制器：根据机器人的自由度和任务需求，设计相应的控制器。
控制器要能够接受和处理外部输入的指令，并驱动机器人的各个执行器进行相应的动作。
5. 设计电路连接：根据控制器的设计，设计电路连接，包括控制信号线路、电源线路等。
6. 进行电气连接：按照设计的电路连接方案，进行电气连接。
连接要牢固可靠，避免出现短路、接触不良等问题。
7. 进行功能测试：完成电气连接后，对机器人的电气控制系统进行功能测试。
工业机器人电控ppt
反转 VD60.1：运动包络运行完成标志，PTO0_CTRL中的“Done”参数； v100.2：反转运行状态； v101.4：反转结束；
I0.2：反转按钮； V100.2：反转运行状态； V101.2：复位完成标志。正反转自动运行前必须复位完成；
Q0.2：电机方向；
6、手动正转
手动正转是对电机的点动控制，需要一直按住按钮，电机才能运行。 运行至正限位后，即使按住按钮也不能运行，只能反向运行。
复位状态下，复位指示灯亮。
指示灯
述职完毕
THANKS
单击此处添加文本
正反转运行时，运行指示灯亮。
述职完毕
THANKS
单击此处添加文本
(2)、点动运行
EN：使能端，SM0.0保持常通； RUN：启用该参数加速至设定速度运行，停用该参数电机减速停止； Speed：设定手动运行的最高速度； Error：本子程序的错误代码，“0”表示无错误； C_Pos：如果PTO向导的HSC计数器功能已启用，C_Pos参数包含用脉冲数目表示的模块； 否则此数值始终为零。
单击“完成”，在弹出的对话框中选择“是”。 运动包络设置完成。在调用子程序中出现Q0.0对应的位控子程序。
六、PLC程序
VD1033：运动包络加速脉冲数； VD1053：运动包络减速脉冲数； VD1080：运动包络加减速脉冲； VD1080=VD1033+VD1053+1。
1、上电初始化
Q0.2：驱动器方向信号
常用可编程控制器PLC
电气元器件
直流继电器：进行弱电的开关控制； 开关电源：提供控制系统所需的直流电源 按钮、指示灯、急停按钮：负责系统运行的控制、状态指示及紧急停止。 断路器：系统的总电源开关，同时为系统提供过流、短路及漏电保护； 噪声滤波器：过滤供电系统中的电噪声 交流继电接触器：进行强电的开关控制
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1.2 工业机器人的分类
1.2.2按驱动方式分 1．电气驱动机器人 它是由交、直流伺服电动机、直线电动机或功率步 进电动机驱动的机器人。它不需要中间转换机构， 故机械结构简单。近年来，机械制造业大部分采用 这种机器人。 2．气压传动机器人 它是一种以压缩空气来驱动执行机构运动的机器人， 具有动作迅速、结构简单、成本低的特点。但因空 气具有可压缩性，往往会造成工作稳定性差。一般 抓重不超过30Kg，适用于高速、轻载、高温和粉 尘大的环境中作业。
图1-2 圆柱坐标机器人
1.2 工业机器人的分类
3．关节机器人 关节机器人手臂的运动类似于人的手臂，由大 小两臂的立柱等机构组成。大小臂之间用铰链联接 形成肘关节，大臂和立柱联接形成肩关节，可实现 三个方向旋转运动。它能够抓取靠近机座的物件， 也能绕过机体和目标间的障碍物去抓取物件，具有 较高的运动速度和极好的灵活性，成为最通用的机 器人。
图1-6 示教器单元外 观
1.5 华数HSR-JR608型工业机器人电气控制系统整体认识 1.5.3．PLC单元 PLC是工业机器人中非常重要的运算系统，它主要完成 与开关量算有关的一些控制要求，例如机器人急停的控制、 手爪的抓持与松开、与外围设备协同工作等。 在机器人控制系统中，IPC单元和PLC协调配合，共同 完成工业机器人的控制。PLC单元的额定工作电压DC24V， 通常由开关电源为其供电 。
1.2 工业机器人的分类
3．示教再现试机器人 这种机器人具有记忆功能，可完成复杂动作， 适用于多工位和经常变换工作路线的作业。作的顺 序。此后，机器人便能“再现”操作者教给它的动作 4．智能机器人 它比一般通用机器人先进在编程方法上，能采 用示教法进行编程，及由操作者通过手动控制， “示教”机器人做一遍操作示范，完成全部动作过程 以后，其储存装置便能记忆所有这些工机器人具有 视觉、听觉、触觉等各种感觉功能，能够通过比较 识别做出决策，自动进行反馈补偿，完成预定的工 作。
1.2 工业机器人的分类
1.2.1按系统功能分类 1．专用机器人 这种机器人在固定地点以固定程序工作，无独 立的控制系统，具有动作少、工作对象单一、结 构简单、使用可靠和造价低的特点，如附属于加 工中心机床上的自动换刀机械手。2．通用机器 人 它是一种独立控制系统、动作灵活多样，通过 改变控制程序能完成多作业的机器人。它的结构 较复杂，工作范围大，定位精度高，通用性强， 适用于不断变换生产品种的柔性制造系统。
图1-7 PLC外观图
1.5 华数HSR-JR608型工业机器人电气控制系统整体认识
1.5.4．伺服驱动器 伺服驱动器接收来自IPC装置的送来的进给指令，这些 指令经过驱动装置的变换和放大后，转变成伺服电动机进给 的转速、转向与转角信号，从而带动机械结构按照指定要求 准确运动。 HSV160U伺服驱动器的额定工作电压是三相交流 220V。在企业中动力电源都是三相380V，这就需要伺服 变压器把三相交流380V的电源变成三相交流220V，为伺 服驱动器供电。其外观见图1-8。
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工业机器人 电气控制与维修
（ISBN 978-7-121-29476-1）
邢美峰 主 卢彦林系统的构成
1
1.1 工业机器人的简介
2
3 4 5
1.4 工业机器人的控制和编程
1.4.2工业机器人编程 工业机器人的编程是与机器人所采用的控制系 统相一致的。因而，不同机器人的运行程序的编程 也有不同的方法。 常用的编程方法有示教法和离线编程法等
1.4 工业机器人的控制和编程
1．手控示教编程 点位控制机器人示教编程时，是通过示教盒上 的按钮，逐一地使机器人的每个运动轴动作，到达 需要编程点位置后，操作者就将这一点的位置信息 存储在机器人的存储器内。每个控制点的程序都要 经过一次这样的编程过程。 连续轨迹机器人示教编程时则通过操作者握住 机器人时手部，以要求的速度通过需要的路线进行 示教，同时由存储器记录每个运动轴的连续位置。
1.2 工业机器人的分类
1.2.3按结构形式分 1.直角坐标机器人 直角坐标机器人的主机架由三个相互正交的平 移轴组成，具有结构简单、定位精度高的特点。结 构示意图见图1-1
图1-1直角坐标机器人
1.2 工业机器人的分类
2．圆柱坐标机器人 坐标机器人由立柱和一个安装在立柱上的水平臂 组成。立柱安装在回转机座上，水平臂可以伸缩，他 的滑鞍可沿立柱上下移动。因而，它具有一个旋转轴 和两个平移轴，结构示意图见图1-2。
1-5 IPC单元外观
1.5 华数HSR-JR608型机器人电气控制系统
1.5.2．示教器单元 示教器单元是HSR-JR608型工业机器人的人机交互 系统。通过该设备，操作人员可对机器人发布控制命令、 编写控制程序、查看机器人运动状态、进行程序管理等操 作，示教器的外形图见图1-6。 该设备的额定工作电压为DC24V，通常由开1-6 示教器 单元外观关电源为其供电。
1.5 华数HSR-JR608型工业机器人电气控制系统整体认识
如图可见，IPC单元、PLC单元和伺服驱动器 是通过NCUC总线连接到一起，完成相互之间的通 信工作。IPC是整个总线系统的主站，PLC单元与 伺服驱动器是从站。NCUC总线接线是从IPC单元 的PROT0口开始，连接到第一个从站的IN口，第 一个从站OUT口出来的信号接入下一从站的IN口， 以此类推，逐个相连，把各个从站串联起来，最后 一个从站的OUT口连接到主站IPC单元的PORT3 口上，就完成了总线的连接。
HSR-608型工业机器人电气控制系统主要由IPC 单元、示教器单元、PLC单元、伺服驱动器等单元 组成，各个单元间的连接关系见图1-4
IPC单元
WAN PORT0 NCUC NCUC PLC单元 伺服驱动器
动力线 J1伺服 电动机
PORT3 NCUC NCUC NCUC 伺服驱动器 伺服驱动器 NCUC
1.3 工业机器人的组成
1.3.3位置检测装置 通过速度、位置、触觉、视觉等传感器检测机 器人的运动位置、运动速度和工作状态，并随时反 馈给控制系统，以便使执行机构精度达到设定的位 置。
1.3 工业机器人的组成
1.3.4执行机构 执行机构是一种具有和人手相似的动作功能，可 在空间抓持物体或执行其它操作的机械装置，主要包 括如下的一些部件： 手部：又称抓取机构或夹持器，用于直接抓取工 件或工具。此外，在手部安装的某些专用工具，如： 焊枪、喷枪、电钻、螺钉螺帽拧紧器等，可视为专用 的特殊手部。
1.4 工业机器人的控制和编程
点位控制（如点焊机器人）： 每个运动轴通常都是单独驱动的,各个运动轴相互 协调运动，实现各个坐标点的精确控制。在示教状态 下，操作者使用示教盒上的控制按钮，分别移动各个 运动轴，使机器人臂部到达一个个控制点，按下示教 盒编程按钮存储各个控制点的位置信息。再现或自动 操作时，哪个运动轴移动距离短便先到达控制点，自 动停止下来等待其他运动轴。
1.3 工业机器人的组成
腕部：是联接手部和手臂的部件，用以调整手部 的姿态和方位。 手臂：是支承手腕和手部的部件，由动力关节和 连杆组成。用以承受工件或工具载荷，改变工件或工 具的空间位置，并将它们送至预定的位置。 机座：包括立柱，是整个工业机器人的基础部件， 起着支承和联接的作用
1.4 工业机器人的控制和编程
图1-3 关节坐标机器人
1.3 工业机器人的组成
工业机器人一般由控制系统、驱动系统、位 置检测机构以及执行机构等几个部分组成。
1.3 工业机器人的组成
1.3.1控制系统 控制系统是机器人的大脑，支配着机器人按规 定的程序运动，并记忆人们给予的指令信息（如动 作顺序、运动轨迹、运动速度等），同时按其控制 系统的信息对执行机构发出执行指令。 1.3.2驱动系统 驱动系统是按照控制系统发来的控制指令驱动 执行机构运动的装置。常用的电气、液压、气压等 驱动形式。
示教器
NCUC 伺服驱动器
NCUC 伺服驱动器 伺服驱动器
反馈线
反馈线 动力线 J1伺服 电动机
反馈线 动力线 J1伺服 电动机
反馈线 动力线 J1伺服 电动机
反馈线 动力线 J1伺服 电动机
反馈线 动力线 J1伺服 电动机
编码器
编码器
编码器
编码器
编码器
编码器
图1-4 HSR-JR608型工业机器人电气控制基本构成
1.5 华数HSR-JR608型工业机器人电气控制系统整体认识 1.5.1．IPC单元 IPC单元是HSR-JR608型工业机器人的运算控制系统。 工业机器人在运动中的点位控制、轨迹控制、手爪空间位置 与姿态的控制等都是由它发布控制命令。它由微处理器、存 储器、总线、外围接口组成。它通过总线把控制命令发送给 伺服驱动器，也通过总线收集伺服电动机的运行反馈信息， 通过反馈信息来修正机器人的运动。IPC单元外观见图1-5。 IPC单元的额定工作电压是DC24V，通常由开关电源为 其供电。
1.4.1工业机器人的控制系统 控制系统是机器人的重要组成部分。 按照控制回路的不同可将机器人控制系统分为 开环式和闭环式； 按对机器人手部运动控制轨迹的不同，可分为 点位控制和连续控制。
1.4 工业机器人的控制和编程
闭环控制： 控制系统把位置控制指令送到系统的比较器， 再跟反映机器人实际位置的反馈信号进行比较， 得到位置差值，将其差值加以放大，驱动伺服电 动机旋转，使机器人某一环节运动。机器人新的 运动位置经检测再次送到比较器与位置指令比较， 产生新的误差信号，误差信号继续控制机器人运 动，这个过程一直持续到误差信号为零为止。
1.2 工业机器人的分类
1.3 工业机器人的组成 1.4 工业机器人的控制和编程 1.5 HSR-JR608型工业机器人安全控制系统 1.6 HSR-JR608型工业机器人电气柜内的控制系统