工业机器人技术基础5.6工业机器人的驱动装置-电动驱动式(2)
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工业机器人技术基础5.6工业机器人的驱动装置-液压驱动(3)
• 但液压驱动系统对密封的要求 较高，对温度有要求，此外要 求的制作精度较高，
小臂 铰接活塞缸 大臂 升降缸 夹臂缸 手爪
铰接活塞缸 立柱
二、液压驱动式特点
三、液压驱动式的应用
Nachi的SC700机器人与SC500机器人
自重式手部结构
工业机器人的驱动装置 ——液压驱动式
主要内容
• 液压驱动的工作原理
• 液压驱动式特的工作原理
• 液压驱动将油压泵产生的工作油的压力能，转变成机械能。
高压储能罐 液压 马达/泵
发动机
低压罐
二、液压驱动式特点
• 液压驱动系统具有控制精度较高、可无极调速、反应灵敏、可实现连续轨 迹控制； • 操作力大、功率体积比大，适 合于大负载、低速驱动。
小臂 铰接活塞缸 大臂 升降缸 夹臂缸 手爪
铰接活塞缸 立柱
二、液压驱动式特点
三、液压驱动式的应用
Nachi的SC700机器人与SC500机器人
自重式手部结构
工业机器人的驱动装置 ——液压驱动式
主要内容
• 液压驱动的工作原理
• 液压驱动式特的工作原理
• 液压驱动将油压泵产生的工作油的压力能，转变成机械能。
高压储能罐 液压 马达/泵
发动机
低压罐
二、液压驱动式特点
• 液压驱动系统具有控制精度较高、可无极调速、反应灵敏、可实现连续轨 迹控制； • 操作力大、功率体积比大，适 合于大负载、低速驱动。
工业机器人的组成一体化教程模块五工业机器人的驱动器系统
多种驱动方式
根据实际需要，可采用多种驱动方 式组合使用，实现机器人性能的优 化。
驱动系统的维护和保养
定期检查
清洁与润滑
定期检查驱动系统各部件，如电动机、轴承 、液压油等，确保其正常运转。
定期清洁驱动部件并加注润滑剂，以降低磨 损和噪音。
更换磨损件
系统调试
当驱动部件出现严重磨损或损坏时，及时更 换。
驱动器系统的性能和可靠性直接影响了机器人的运动精度和 速度，以及机器人的使用效果和生产效率。
工业机器人驱动器系统的基本组成
电机
电机是驱动器系统的核心元件，用于产生动力和 运动。工业机器人中常用的电机包括步进电机、 直流电机、交流电机等。
传感器
传感器是驱动器系统的感觉器官，用于检测机器 人的运动位置、速度和姿态。传感器可以通过检 测电机的转速、转角等信息来反馈给控制器，从 而实现机器人的闭环控制。
运行距离
根据机器人运行距离，选择合适的驱动系 统。
安全性
考虑驱动系统的安全性，选择不会因故障 或异常情况影响机器人安全的驱动系统。
选择合适的驱动系统
电动机驱动
采用电动机作为驱动部件，适用于 需要较高速度和精度的机器人。
液压驱动
利用液压系统作为驱动部件，适用 于需要较大力量和扭矩的机器人。
气压驱动
利用气压作为驱动部件，适用于需 要快速响应和防爆的机器人。
控制器
控制器是驱动器系统的指挥中心，用于控制电机 的运动轨迹、速度和精度。控制器可以通过调节 电机的电流、电压等参数来实现对电机的精确控 制。
驱动器
驱动器是连接电机和控制器之间的桥梁，用于将 控制器的指令转化为电机的运动。驱动器通常由 电力电子器件组成，包括晶体管、场效应管等。
工业机器人技术基础5.6工业机器人的驱动装置-简介(1)
工业机器人的驱动装置简介主要内容?驱动系统简介?驱动方式?驱动器分类?驱动系统的选用一驱动系统?向机械结构系统各部件提供动力的装置驱动系统驱动器传动机构二驱动方式?1
工业机器人的驱动装置 ——简介
主要内容
• 驱动系统简介
• 驱动方式 • 驱动器分类 • 驱动系统的选用
一、驱动系统
• 向机械结构系统各部件提供动力的装置
四、驱动系统的选用
• 设计选用原则：
2. 根据作业环境要求： 从事喷涂作业的工业机器人，由于工作环境需要防爆，需要考虑机器人的 防爆性能，多采用电液伺服驱动系统和具有本征防爆的交流电动伺服驱动 系统。 在腐蚀性、易燃易爆气体、放射性物质环境中工作的移动机器人，一般采 用交流伺服驱动； 在要求洁净的环境中工作的机器人多采用直接驱动电动机驱动系统。
驱动系统
驱动器
传动机构
二、驱动方式
• 1. 间接驱动
• 2. 直接驱动
三、驱动器分类
驱动器 气动 液压 电动 电液气综合
直动 气缸
气动 马达
气爪
液压 马达
液压 缸
永磁 式直 流电 动机
无刷 电动 机
步进 电动 机
四、驱动系统的选用
• 设计选用原则：
1. 根据操作负载要求： 低速大负载时，可选用液压驱动系统； 中等负载时，可选用电动驱动系统； 轻负载时，可选用电动驱动系统； 轻负载、高速时，可选用气动驱动系统。
四、驱动系统的选用
• 设计选用原则：
3. 根据操作运行要求： 在重复精度和运行速度要求较高 （速度相对较低≤4.5m/s）的情 况，可采用AC、DC或步进电动 机伺服驱动系统； 在速度、精度要求均很高的情况， 多采用
工业机器人的驱动装置 ——简介
主要内容
• 驱动系统简介
• 驱动方式 • 驱动器分类 • 驱动系统的选用
一、驱动系统
• 向机械结构系统各部件提供动力的装置
四、驱动系统的选用
• 设计选用原则：
2. 根据作业环境要求： 从事喷涂作业的工业机器人，由于工作环境需要防爆，需要考虑机器人的 防爆性能，多采用电液伺服驱动系统和具有本征防爆的交流电动伺服驱动 系统。 在腐蚀性、易燃易爆气体、放射性物质环境中工作的移动机器人，一般采 用交流伺服驱动； 在要求洁净的环境中工作的机器人多采用直接驱动电动机驱动系统。
驱动系统
驱动器
传动机构
二、驱动方式
• 1. 间接驱动
• 2. 直接驱动
三、驱动器分类
驱动器 气动 液压 电动 电液气综合
直动 气缸
气动 马达
气爪
液压 马达
液压 缸
永磁 式直 流电 动机
无刷 电动 机
步进 电动 机
四、驱动系统的选用
• 设计选用原则：
1. 根据操作负载要求： 低速大负载时，可选用液压驱动系统； 中等负载时，可选用电动驱动系统； 轻负载时，可选用电动驱动系统； 轻负载、高速时，可选用气动驱动系统。
四、驱动系统的选用
• 设计选用原则：
3. 根据操作运行要求： 在重复精度和运行速度要求较高 （速度相对较低≤4.5m/s）的情 况，可采用AC、DC或步进电动 机伺服驱动系统； 在速度、精度要求均很高的情况， 多采用
第4章 工业机器人的动力系统
模拟式位置控制系统原理图
数字式位置控制系统原理图
第四章 工业机器人动力系统
工业机器人技术基础
4.2交流伺服动力系统 4.2.5.交流伺服调速 1. 绝对值运算器 2. 函数发生器 3. 逻辑控制器
SPWM变频调速原理图
第四章 工业机器人动力系统
工业机器人技术基础
4.3直流伺服动力系统 4.3.1直流伺服系统的分类 1.直流有刷伺服电机
4.2 交流伺服动力系统（掌握） 4.3 直流伺服动力系统（掌握）
4.4 液压气动系统主要设备及特性（掌握）
第四章工业机器人的动力系统
工业机器人技术基础
4.1 工业机器人的动力系统的类型
4.1.1.工业机器人的动力系统的类型
工业机器人动力系统将电能或流体能等转换成机械能的动力 装置，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使工 业机器人完成指定的工作任务，它是用来使机器人运动的动 力机构，好比是机器人的心脏。
第四章 工业机器人动力系统
工业机器人技术基础
4.2交流伺服动力系统 4.2.2交流伺服电动机的类型 2.永磁同步交流伺服电机
永磁同步伺服电动机主要由转子和定子两大部分组成。在 转子上装有特殊形状高性能的永磁体，用以产生恒定磁场 ，无需励磁绕组和励磁电流。
永磁同步电机结构图
第四章 工业机器人动力系统
直流无刷伺服电机的特点：转动惯量小、启动电压低、空载 电流小 弃接触式换向系统，大大提高电机转速，最高转速高 达100 000rpm；无刷伺服电机在执行伺服控制时，无须编码 器也可实现速度、位置、扭矩等的控制；容易实现智能化， 其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相；不存在 电刷磨损情况，除转速高之外，还具有寿命长、噪音低、无 电磁干扰等特点。
工业机器人电动驱动系统
工业机器人电动驱动系统工业机器人在现代制造业中起着至关重要的作用。
为了满足不断增长的需求，机器人技术也在不断发展和进步。
其中，电动驱动系统是工业机器人的关键组成部分之一。
本文将重点介绍工业机器人电动驱动系统的原理和应用。
一、电动驱动系统的概述电动驱动系统是工业机器人实现运动和执行任务的核心技术。
其由多个部件组成，包括电机、传感器、控制器、减速器等。
电机通过接收控制器发送的信号，转化为机械能，推动机器人实现各种运动。
传感器用于感知环境变化，提供反馈信号，使机器人能够根据周围环境做出相应的动作调整。
减速器则起到减速增力的作用，提高机器人的运动精度和稳定性。
二、电动驱动系统的工作原理1. 电机控制工业机器人电动驱动系统中常使用的电机有直流电机和交流电机。
电机的转速和转矩可通过调整电机的电流和电压来控制。
控制器通过接收来自机器人控制系统的指令来调整电机的电流和电压，从而实现机器人的精确控制。
2. 传感器反馈传感器的作用是实时感知机器人周围环境的变化，并将反馈信号传输给控制器。
常用的传感器有位置传感器、压力传感器、力传感器等。
通过分析传感器的反馈信号，控制器可以及时调整电机的控制参数，实现机器人的闭环控制。
3. 减速器作用减速器主要用于改变电机的转速和转矩，提供足够的力矩输出。
在机器人的关节部位，通常使用减速器来使机械手臂能够更加精确地移动和定位。
减速器能够减小电机输出的转速，同时增大输出的力矩，从而提高机器人的运动控制性能。
三、电动驱动系统的应用工业机器人电动驱动系统广泛应用于各个制造行业。
以下是一些典型的应用领域：1. 汽车制造在汽车制造业中，工业机器人常被用于焊接、喷涂、装配等工序。
电动驱动系统能够使机械手臂具备高速、高精度、高稳定性的运动特性，从而提高生产效率和质量。
2. 电子制造在电子制造业中，机器人常用于半导体芯片的制造和组装。
电动驱动系统使机器人能够实现准确的定位和精细的操作，从而提高产能和生产质量。
电子教案-工业机器人技术基础(夏智武)PPT+参考答案-2-2工业机器人电机驱动方式
由于电动机使用方便，且随着材料性能的提高，电机性能也逐渐提高。所以 总的看来，机器人关节驱动将逐渐普遍采取为电动式。
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工业机器人电机驱动方式分类及特点
交流伺服 电机
交流伺服电机在工业机器人上的应用
2/
工业机器人电机驱动方式分类及特点
直线电机 直线电机在并联机器人上的应用
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THANKS!
工业机器人电机驱动方式
工业机器人电机驱动方式分类及特点
电动机驱动是现代工业机器人的一种主流驱动方式，电动机驱动分为普通交 直流电动机驱动，交、直流伺服电动机驱动，步进电动机驱动、直线电机驱动。 （1）普通交、直流电动机驱动需要加减速传动装置，输出力矩大，但控制性能 差，惯性大，适用于中型或重型机器人。 （2）交、直流伺服电动机驱动用于闭环控制系统，输出力矩相对小，控制性能 好，可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型机器人。 （3）步进电机驱动用于开环控制，一般用于对速度和位置要求不高的场合，工 业机器人很少使用。 （4）直线电机及其驱动控制系统在技术上已日趋成熟，已具有传统驱动-传动 装置无法比拟的优越性能，适用于非常高速和非常低速、高加速度，高精度要 求的场合，无空回、磨损小、结构简单、无需减速机等传动装置。鉴于并联机 器人中有大量的直线驱动需求，因此直线电机在并联机器人领域已经得到了广 泛应用。
华航科技 致真唯实
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工业机器人电机驱动方式分类及特点
交流伺服 电机
交流伺服电机在工业机器人上的应用
2/
工业机器人电机驱动方式分类及特点
直线电机 直线电机在并联机器人上的应用
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THANKS!
工业机器人电机驱动方式
工业机器人电机驱动方式分类及特点
电动机驱动是现代工业机器人的一种主流驱动方式，电动机驱动分为普通交 直流电动机驱动，交、直流伺服电动机驱动，步进电动机驱动、直线电机驱动。 （1）普通交、直流电动机驱动需要加减速传动装置，输出力矩大，但控制性能 差，惯性大，适用于中型或重型机器人。 （2）交、直流伺服电动机驱动用于闭环控制系统，输出力矩相对小，控制性能 好，可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型机器人。 （3）步进电机驱动用于开环控制，一般用于对速度和位置要求不高的场合，工 业机器人很少使用。 （4）直线电机及其驱动控制系统在技术上已日趋成熟，已具有传统驱动-传动 装置无法比拟的优越性能，适用于非常高速和非常低速、高加速度，高精度要 求的场合，无空回、磨损小、结构简单、无需减速机等传动装置。鉴于并联机 器人中有大量的直线驱动需求，因此直线电机在并联机器人领域已经得到了广 泛应用。
华航科技 致真唯实
4/4
工业机器人技术基础课件(最全)
确诊断故障。
提高设备使用寿命策略探讨
01
02
03
04
合理选型
根据生产需求选择合适的工业 机器人型号和规格。
规范操作
制定详细的操作规范，确保工 业机器人在正确的操作下运行。
定期保养
按照保养计划对工业机器人进 行定期保养，延长其使用寿命。
技术升级
及时关注新技术发展，对工业 机器人进行技术升设计，包 括齿轮传动、链传动、带传动等。
电机类型
详细讲解工业机器人常用的电机类型， 如直流电机、交流电机、步进电机、 伺服电机等。
驱动技术应用
探讨驱动技术在工业机器人中的应用， 如关节驱动、直线驱动等。
编程与仿真技术
编程语言
介绍工业机器人常用的编程语言，如 VAL、IML、KAREL等。
定期对工业机器人的各项
参数进行调整和校准，确
保其正常运行。
故障诊断与排除方法论述
观察法
通过观察工业机器人的 运行状态，判断是否存
在异常。
听觉法
触觉法
仪器检测法
通过听工业机器人运行 时的声音，判断是否存
在故障。
通过触摸工业机器人的 某些部位，感受其温度、
振动等是否正常。
使用专用检测仪器对工 业机器人进行检测，准
性能评估
分析程序执行时间、内存 占用等指标，进行性能优 化
工业机器人系统集成与应用
05
案例
系统集成原理及方法论述
系统集成定义
将工业机器人与周边设备、传感 器、控制系统等进行有效整合， 实现自动化生产线的构建和优化。
集成方法
包括硬件集成和软件集成。硬件集 成涉及机器人选型、配置及与周边 设备的连接；软件集成则关注控制 系统设计、编程与调试。
提高设备使用寿命策略探讨
01
02
03
04
合理选型
根据生产需求选择合适的工业 机器人型号和规格。
规范操作
制定详细的操作规范，确保工 业机器人在正确的操作下运行。
定期保养
按照保养计划对工业机器人进 行定期保养，延长其使用寿命。
技术升级
及时关注新技术发展，对工业 机器人进行技术升设计，包 括齿轮传动、链传动、带传动等。
电机类型
详细讲解工业机器人常用的电机类型， 如直流电机、交流电机、步进电机、 伺服电机等。
驱动技术应用
探讨驱动技术在工业机器人中的应用， 如关节驱动、直线驱动等。
编程与仿真技术
编程语言
介绍工业机器人常用的编程语言，如 VAL、IML、KAREL等。
定期对工业机器人的各项
参数进行调整和校准，确
保其正常运行。
故障诊断与排除方法论述
观察法
通过观察工业机器人的 运行状态，判断是否存
在异常。
听觉法
触觉法
仪器检测法
通过听工业机器人运行 时的声音，判断是否存
在故障。
通过触摸工业机器人的 某些部位，感受其温度、
振动等是否正常。
使用专用检测仪器对工 业机器人进行检测，准
性能评估
分析程序执行时间、内存 占用等指标，进行性能优 化
工业机器人系统集成与应用
05
案例
系统集成原理及方法论述
系统集成定义
将工业机器人与周边设备、传感 器、控制系统等进行有效整合， 实现自动化生产线的构建和优化。
集成方法
包括硬件集成和软件集成。硬件集 成涉及机器人选型、配置及与周边 设备的连接；软件集成则关注控制 系统设计、编程与调试。
工业机器人技术基础(最全)最新精选PPT课件
第一关节 动力学方程
第二关节 动力学方
程
4 机器人工动业力机学 器人基础知识
动力学——动力学的部署 将经（正向，逆向？）动力学计算出的力矩， 以前馈的方式，加入到伺服的电流控制环路
4 机器人工动业力机学 器人基础知识
动力学 ——动力学控制器的评价指标 控制性能的好坏主要通过位置跟踪偏差，速度跟踪偏差以及
z
0
z
0
z
0
o
1
? ?
对刚体Q位姿的描述就是对固连于刚体Q`的坐标系O`X`Y`Z`位姿
的描述。
3 机器人运动 学
运动学：机器人运动学的研究对象是机器人各关节位置和机器人 末端位姿之间的关系
机器人运动学包含两个基本问题：
1末.已端知的机位器姿人；各关节的位置，求机器人 2各.已关知节机的器位人置末. 端的位姿，求机器人
关节坐标系下的坐标值均为机器人关节的绝对位 置，方便用户调试点位时观察机器人的绝对位置，避 免机器人出现极限位置或奇异位置
关节坐标系
1 机器人工坐业标机器人基础知识
系
直角坐标系:
直角坐标系，包括很多种，但我们常常狭隘 的将基座坐标系称为直角坐标系。
机器 人末 端
直角坐标系的Z轴即第一轴的Z轴，X轴
时间。
25mm
300m m
25mm
5 机器人工性业能机指器人基础知识
标
机器人性能指标 测量工具：Compugauge机器人性能测试系统，价格约80万人民币
（Dynalog ，美国公司，一直从事机器人性能研究）
位姿准确度和位姿重复性； 多方位位姿准确度变动； 距离准确度和距离重复性； 位置稳定时间和位置超调量； 互换性； 轨迹准确度和轨迹重复性； 拐角偏差； 轨迹速度特性； 最小定位时间； 静态柔顺性； 摆动偏差；
第二关节 动力学方
程
4 机器人工动业力机学 器人基础知识
动力学——动力学的部署 将经（正向，逆向？）动力学计算出的力矩， 以前馈的方式，加入到伺服的电流控制环路
4 机器人工动业力机学 器人基础知识
动力学 ——动力学控制器的评价指标 控制性能的好坏主要通过位置跟踪偏差，速度跟踪偏差以及
z
0
z
0
z
0
o
1
? ?
对刚体Q位姿的描述就是对固连于刚体Q`的坐标系O`X`Y`Z`位姿
的描述。
3 机器人运动 学
运动学：机器人运动学的研究对象是机器人各关节位置和机器人 末端位姿之间的关系
机器人运动学包含两个基本问题：
1末.已端知的机位器姿人；各关节的位置，求机器人 2各.已关知节机的器位人置末. 端的位姿，求机器人
关节坐标系下的坐标值均为机器人关节的绝对位 置，方便用户调试点位时观察机器人的绝对位置，避 免机器人出现极限位置或奇异位置
关节坐标系
1 机器人工坐业标机器人基础知识
系
直角坐标系:
直角坐标系，包括很多种，但我们常常狭隘 的将基座坐标系称为直角坐标系。
机器 人末 端
直角坐标系的Z轴即第一轴的Z轴，X轴
时间。
25mm
300m m
25mm
5 机器人工性业能机指器人基础知识
标
机器人性能指标 测量工具：Compugauge机器人性能测试系统，价格约80万人民币
（Dynalog ，美国公司，一直从事机器人性能研究）
位姿准确度和位姿重复性； 多方位位姿准确度变动； 距离准确度和距离重复性； 位置稳定时间和位置超调量； 互换性； 轨迹准确度和轨迹重复性； 拐角偏差； 轨迹速度特性； 最小定位时间； 静态柔顺性； 摆动偏差；
工业机器人的驱动方式
电磁驱动利用了电流在磁场中受到力的作用 原理，通过改变电流的方向或大小，可以控 制磁场的方向或强度，从而实现机器人的关 节运动。这种驱动方式具有响应速度快、控 制精度高、驱动力大等优点，因此在工业机 器人中得到了广泛应用。
压电陶瓷驱动
总结词
压电陶瓷驱动是一种利用压电陶瓷材料产生形变的驱动方式，具有结构简单、响应速度 快、精度高等优点。
液压缸驱动
总结词
利用液压缸的直线运动来驱动机器人的关节或末端执行器进 行动作。
详细描述
液压缸是液压系统中的执行元件，其作用是将液压泵输出的 压力能转化为机械能，推动机器人实现直线运动。液压缸由 缸体、活塞杆和密封件等组成，通过活塞杆在缸体内的往复 运动来实现机器人的动作。
液压阀驱动
总结词
通过控制液压阀的开度和方向来调节液 体的流量和压力，从而控制机器人的运 动速度和方向。
气压缸通常由缸体、活塞和密封 圈等组成，通过压缩空气推动活 塞在缸体内部运动，从而带动机
器人关节运动。
气压缸驱动具有结构简单、可靠 性高、寿命长等优点，但同时也 存在体积较大、重量较重等缺点。
气压阀驱动
1
气压阀驱动是一种利用气压阀来控制压缩空气流 向和压力的驱动方式。
2
气压阀通常由阀体、阀芯和弹簧等组成，通过控 制阀芯的位置来控制压缩空气的流向和压力，从 而控制机器人的运动。
• 液压驱动：利用液压油作为动力源，通过液压缸或液压马达驱动机器人关节或 末端执行器。液压驱动具有大扭矩、高刚度、高精度等优点，但需要复杂的液 压系统和较高的维护成本，且对环境温度和清洁度要求较高。
• 人工肌肉驱动：利用人工肌肉材料或仿生结构作为驱动器，模拟生物肌肉的收 缩和舒张，驱动机器人关节或末端执行器。人工肌肉驱动具有生物相容性好、 能量密度高、柔韧性好等优点，但目前仍处于研究和发展阶段，尚未广泛应用 。
智慧职教工业机器人技术基础考试答案 (2)
A)正确
B)错误
参考答案：A
解析：
无
35.(1分)判断题
1
点焊作业一般采用点位控制(PTP)
A)正确
B)错误
参考答案：A
解析：
无
36.(1分)判断题
1
伺服控制机器人每个轴只设定两个位置，即起始位置与终止位置，运动过程中没有监测
A)正确
B)错误
参考答案：B
解析：
无
37.(1分)判断题
1
具备自适应感知和自动纠错恢复能力
填空一
人机界面
参考答案：
填空一
人机界面
解析：
无
56.(2分)填空题(主观)
0
示教编程时，机器人重复运行示教过程时，我们称之为[填空(1)]。
填空一
示教再现
参考答案：
填空一
示教再现
解析：
无
57.(2分)填空题(主观)
0
[填空(1)]示教编程可以利用嵌入式系统控制替代人直接对机器人的力学操作。
填空一
示教器
填空一
内部传感器
填空二
外部传感器
参考答案：
填空一
内部传感器
填空二
外部传感器
解析：
无
54.(2分)填空题(主观)
0
球坐标型机器人的手臂按球坐标形式配置，其手臂的运动由[填空(1)]个直线运动和[填空(1)]个转动所组成。
填空一
1
填空二
2
参考答案：
填空一
1
填空二
2
解析：
无
55.(2分)填空题(主观)
0
工业机器人的控制器结构分为[填空(1)]部分与运动控制部分。
B)错误
参考答案：A
解析：
无
35.(1分)判断题
1
点焊作业一般采用点位控制(PTP)
A)正确
B)错误
参考答案：A
解析：
无
36.(1分)判断题
1
伺服控制机器人每个轴只设定两个位置，即起始位置与终止位置，运动过程中没有监测
A)正确
B)错误
参考答案：B
解析：
无
37.(1分)判断题
1
具备自适应感知和自动纠错恢复能力
填空一
人机界面
参考答案：
填空一
人机界面
解析：
无
56.(2分)填空题(主观)
0
示教编程时，机器人重复运行示教过程时，我们称之为[填空(1)]。
填空一
示教再现
参考答案：
填空一
示教再现
解析：
无
57.(2分)填空题(主观)
0
[填空(1)]示教编程可以利用嵌入式系统控制替代人直接对机器人的力学操作。
填空一
示教器
填空一
内部传感器
填空二
外部传感器
参考答案：
填空一
内部传感器
填空二
外部传感器
解析：
无
54.(2分)填空题(主观)
0
球坐标型机器人的手臂按球坐标形式配置，其手臂的运动由[填空(1)]个直线运动和[填空(1)]个转动所组成。
填空一
1
填空二
2
参考答案：
填空一
1
填空二
2
解析：
无
55.(2分)填空题(主观)
0
工业机器人的控制器结构分为[填空(1)]部分与运动控制部分。
工业机器人机械基础与维护-工业机器人的机械结构和运动控制
结构体积
在输出力相同的情况下体 积比气压驱动方式小
体积较大
需要减速装置，体 积较小
2.1 工业机器人的系统组成
操作机
驱动装置
驱动 方式 内容
密封性
液压驱动 密封问题较大
气压驱动 密封问题较小
电气驱动 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
防爆性能好，高于1000kPa 时，应注意设备的抗压性
已知末端执行器在参考坐标系中的 初始位姿和目标位姿，求各关节角矢量， 称为逆向运动学，又称为运动学逆解。
机器人再现时，机器人控制器逐点 进行运动学逆解运算，并将矢量分解到 操作机各关节。
2.3 工业机器人的运动控制
奇异点
在运动学逆解时，如果得不到唯一解时，即 方程为无解或多解时，就是一个奇异点位置。
动器需要统一安装
独立式
电源和驱动电路集成一体，每一轴的 驱动器可独立安装和使用
2.1 工业机器人的系统组成
控制系统
3）上级控制器
用途
机器人与机器人、机器人与行走装置的协同作业控制 机器人与数控机床、机器人与其他机电一体化设备的集中控制 机器人的调试、编程
形式
PC机：一般的机器人编程、调试和网络连接操作 CNC：机器人和数控机床结合，组成柔性加工单元（FMC） PLC：自动化生产线等设备
缺点：
系统控制缺乏灵活性 控制危险容易集中 出现故障，影响面广，后果严重 系统实时性差 连线复杂，会降低系统的可靠性
2.1 工业机器人的系统组成
控制系统
2）主从式控制系统
主从控制方式是采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。主CPU实 现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等；从CPU实现所有关节的动作控制。
工业机器人基础知识
机器人的定义美国国家标准局（NBS ）的定义：机器人是一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置”。
国际标准化组织（ISO）的定义：机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务。
”机器人具有以下特性：（1）一种机械电子装置；（2）动作具有类似于人或其他生物体的功能；（3）可通过编程执行多种工作，有一定的通用性和灵活性；（4）有一定程度的智能，能够自主地完成一些操作。
机器人的分类按照日本工业机器人学会（JIRA）的标准，可将机器人分为六类：第一类：人工操作机器人。
由操作员操作的多自由度装置；第二类：固定顺序机器人。
按预定的不变方法有步骤地依此执行任务的设备，其执行顺序难以修改；第三类：可变顺序机器人。
同第二类，但其顺序易于修改。
第四类：示教再现（playback）机器人。
操作员引导机器人手动执行任务，记录下这些动作并由机器人以后再现执行，即机器人按照记录下的信息重复执行同样的动作。
第五类：数控机器人。
操作员为机器人提供运动程序，并不是手动示教执行任务。
第六类：智能机器人。
机器人具有感知外部环境的能力，即使其工作环境发生变化，也能够成功地完成任务。
美国机器人学会（RIA）只将以上第三类至第六类视做机器人。
我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。
所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。
而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人。
机器人技术涉及的研究领域有：1、传感器技术：得到与人类感觉机能相似的传感器技术；2、人工智能计算机科学：得到与人类智能或控制机能相似能力的人工智能或计算机科学；3、假肢技术；4、工业机器人技术：把人类作业技能具体化的工业机器人技术；5、移动机械技术：实现动物行走机能的行走技术；6、生物功能：实现生物机能为目的的生物学技术为了防止机器人伤害人类，科幻作家阿西莫夫于1940年提出了机器人三原则”：（1 ）机器人不应伤害人类；（2）机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；（3）机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。
工业机器人基础知识
第一部分 工业机器人基础知识
1.1 机型介绍
➢ 码垛机器人： 机型特点 J1: 腰部旋转 J2: 大臂俯仰 J3: 小臂俯仰 J4: 手腕旋转 应用领域(包装、物流自动化)： 袋类包装：石化、粮食、建材、化肥、饲料 箱类包装：啤酒、饮料、乳业、医药、食品、家电 桶状包装：桶装水、涂料桶、化学品罐类 负载：50kg-1500kg
额定负载：3kg-300kg 性能要求：重复定位精度、高速（3C产线上下料，流水线 动态抓取） 外部扩展需求：外部轴（行走轴）、视觉、上位机等 ② 打磨机器人： 应用：用于抛光、打磨、去毛刺等应用场合 额定负载：6kg-150kg 性能要求：轨迹重复精度，速度均匀， 外部扩展：外部轴（变位机）、力传感器、视觉等
第一部分 工业机器人基础知识
1.2 机器人系统
1.2.3 减速器 ：RV减速器 特点：
主轴承内置：可靠性高、成本低； 二级减速机构：振动小，GD^2小； 双柱支撑机构（曲柄轴）：扭矩刚性大、振动小、耐冲击； 滚转接触机构：启动功率小、耐磨损、寿命长、1弧分； 销齿轮机构：齿隙小(1弧分)、耐冲击；
1.2 机器人系统
1.2.3 减速器 ：RV和谐波减速机型号转矩指标差异、优势；
谐波减速机
RV减速机：RV-E系列
型号 14 17
20 …… 65
减速比
50 80 100 50 80 100 120 50 80 100 120 160
输入 2000r/min时 的额定转矩
起动、停止时 的容许最大转
矩
第一部分 工业机器人基础知识
1.1 机型介绍
➢ 码垛机器人： 1.基座 2.腰座伺服电机 3.减速机 4.垂直关节同步带 5.垂直关节伺服电机 6.垂直关节滚珠丝杆 7.垂直关节导轨 8.腰座部分 9.后臂 10.前臂
《工业机器人基础》工业机器人机械结构
持式 ① 外夹式：手部与被夹件的外表面相接触，进行夹持。 ② 内撑式：手部与工件的内表面相接触，进行夹持。 ③ 内外夹持式：手部与工件的内、外表面相接触，进行夹持。
第4章 工业机器人概论
4.4 工业机器人末端执行器
工业机器人技术基础
a. 外夹式 4、根据运动形式分类
b.内撑式
根据运动形式来分，末端执行器可分为回转型、平动型和平移型。
用B来标记，如图4-10b所示。
第4章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
4.3 工业机器人腕部
3.工业机器人的手转 手转是指腕部的上下摆动，这种运动也称为俯仰，又称为腕部弯曲，如图4-9所 示。 4.工业机器人的腕摆 工业机器人的腕摆是指机器人腕部的水平摆动，又称为腕部侧摆。腕部的旋转 和俯仰两种运动结合起可以看成是侧摆运动，通常机器人的侧摆运动由一个单 独的关节提供，如图4-9所示。 腕部运动多为臂转、手转、腕摆三个运动方式的组合，组合的方式可以有多种 ，常见腕部运动的组合方式有：臂转-腕摆-手转结构，臂转-双腕摆-手转结构 等，分别如图4-11所示。
③机器人机座用底板安装在地面上时，用螺栓孔安装底板在混凝土地面或钢 板上。机器人机座与底板用高强度螺栓固定联接。
第4章 工业机器人概论
4.1 工业机器人基座
工业机器人技术基础
4.1.2 机器人的行走式机座
行走式机座满足了机器人可行走条件，是行走机器人的重要执行部件，它由 驱动装置、传动机构、位置检测元件、传感器、电缆及管路等组成。它一方面 支承机器人的机身、臂部和手部；另一方面带动机器人按照工作任务的要求进 行运动。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．固定轨迹式行走机座
第4章 工业机器人概论
第4章 工业机器人概论
4.4 工业机器人末端执行器
工业机器人技术基础
a. 外夹式 4、根据运动形式分类
b.内撑式
根据运动形式来分，末端执行器可分为回转型、平动型和平移型。
用B来标记，如图4-10b所示。
第4章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
4.3 工业机器人腕部
3.工业机器人的手转 手转是指腕部的上下摆动，这种运动也称为俯仰，又称为腕部弯曲，如图4-9所 示。 4.工业机器人的腕摆 工业机器人的腕摆是指机器人腕部的水平摆动，又称为腕部侧摆。腕部的旋转 和俯仰两种运动结合起可以看成是侧摆运动，通常机器人的侧摆运动由一个单 独的关节提供，如图4-9所示。 腕部运动多为臂转、手转、腕摆三个运动方式的组合，组合的方式可以有多种 ，常见腕部运动的组合方式有：臂转-腕摆-手转结构，臂转-双腕摆-手转结构 等，分别如图4-11所示。
③机器人机座用底板安装在地面上时，用螺栓孔安装底板在混凝土地面或钢 板上。机器人机座与底板用高强度螺栓固定联接。
第4章 工业机器人概论
4.1 工业机器人基座
工业机器人技术基础
4.1.2 机器人的行走式机座
行走式机座满足了机器人可行走条件，是行走机器人的重要执行部件，它由 驱动装置、传动机构、位置检测元件、传感器、电缆及管路等组成。它一方面 支承机器人的机身、臂部和手部；另一方面带动机器人按照工作任务的要求进 行运动。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．固定轨迹式行走机座
第4章 工业机器人概论
工业机器人技术基础 工业机器人传动装置
热处理要求较高，工艺复杂。
谐波减速器
应用：
带传动
定义：利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械传动
传递动力
变速功能
传递形式
带传动
分类：
啮合型
带
传
动
摩擦型
同步带 平皮带 V型带 多楔带 圆形带
带传动
工业机器人：
• 机器人要求严格地传动精度。 • 与摩擦型带传动比较，同步带传动的带轮和传动
14 输入端盖
4
3 2
6 5
7
9
11 10
8
12 13
14
行星齿轮
行星减速器：
• 特点： 结构紧凑，承载能力大，工作平稳 结构较复杂，制造精度高 有些类型效率高，但传动比不大 有些类型传动比可以很大，但效率较低 行星减速机的效率随传动比的增大而减小。
RV减速器
• RV传动是在摆线针轮传动基础上发展起来的一种新型传动
• 分类：滚动轴承，滑动轴承
内圈 外圈
• 滚动轴承结构：外圈， 内圈， 滚动体，保持架 滚子 保持架 套圈（外圈&内圈）：限制滚动体侧面移动，降低接触应力
滚动体：保证轴承内外套圈之间具有滚动摩擦的零件
轴承
适合于工业机器人：
• 等截面薄壁轴承
• 特点：极度轻而需要很小空间，显著降低摩擦
• 交叉滚子轴承
总结
掌握各种工业机器人传动装置的结构、作用、工 作原理、特点以及应用
• 特点：具有出色的旋转精度，操作安装简便，承载能力大，刚性好 • 应用：工业机器人的腰部、肘部、腕部等
丝杠
普通丝杠驱动：
• 运动：一个旋转的精密丝杠驱动一个螺母沿丝杠轴向移动 • 特点：摩擦力较大，效率低，惯性大，易出现爬行现象，精度低，回差大 • 应用：低成本工业机器人
谐波减速器
应用：
带传动
定义：利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械传动
传递动力
变速功能
传递形式
带传动
分类：
啮合型
带
传
动
摩擦型
同步带 平皮带 V型带 多楔带 圆形带
带传动
工业机器人：
• 机器人要求严格地传动精度。 • 与摩擦型带传动比较，同步带传动的带轮和传动
14 输入端盖
4
3 2
6 5
7
9
11 10
8
12 13
14
行星齿轮
行星减速器：
• 特点： 结构紧凑，承载能力大，工作平稳 结构较复杂，制造精度高 有些类型效率高，但传动比不大 有些类型传动比可以很大，但效率较低 行星减速机的效率随传动比的增大而减小。
RV减速器
• RV传动是在摆线针轮传动基础上发展起来的一种新型传动
• 分类：滚动轴承，滑动轴承
内圈 外圈
• 滚动轴承结构：外圈， 内圈， 滚动体，保持架 滚子 保持架 套圈（外圈&内圈）：限制滚动体侧面移动，降低接触应力
滚动体：保证轴承内外套圈之间具有滚动摩擦的零件
轴承
适合于工业机器人：
• 等截面薄壁轴承
• 特点：极度轻而需要很小空间，显著降低摩擦
• 交叉滚子轴承
总结
掌握各种工业机器人传动装置的结构、作用、工 作原理、特点以及应用
• 特点：具有出色的旋转精度，操作安装简便，承载能力大，刚性好 • 应用：工业机器人的腰部、肘部、腕部等
丝杠
普通丝杠驱动：
• 运动：一个旋转的精密丝杠驱动一个螺母沿丝杠轴向移动 • 特点：摩擦力较大，效率低，惯性大，易出现爬行现象，精度低，回差大 • 应用：低成本工业机器人
工业机器人技术基础 工业机器人驱动装置
• 驱动装置组成：气源，气动三联件，气动阀，气动动力机构 • 气源：空气压缩机（气泵），储气罐，汽水分离器，调压过滤器 • 气动三联件：分水滤气器，调压器，油雾器 • 气动阀：电磁阀、节流调速阀，减压阀 • 气动动力机构：直线气缸和摆动气缸
总结
1. 掌握工业机器人驱动系统的作用和组成 2. 掌握工业机器人三种驱动装置的工作原理、优缺点、 应用
发动机
液压驱动式：
• 原理：将液压泵产生的工作油的压力能转变成机械能
液压 马达/泵
低压罐
• 优点：控制精度较高、可无极调速、反应灵敏、可实现连续轨迹控制；操作力 大、功率体积比大
• 缺点：对密封的要求较高，不宜在高温或低温的场合工作，要求的制作精度较 高，快速反应的伺服阀成本高，漏夜维护复杂
• 应用：适合于大负载、低速驱动
• 液压驱动器：直线液压缸和液压马达等
驱动装置分类
气动驱动式：
• 原理：靠压缩空气来推动气缸运动进而带动元件运动 • 优点：结构简单，成本低 • 缺点：精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现伺服控制，能效比
较低 • 应用：轻负载，快速驱动，精度要求较低的有限点位控制的工业机器人
驱动装置分类
气动驱动式：
工业机器人驱动装置
学习目标
工业机器人 驱动装置
驱动系统分类、作用、组成，驱动装置分类、优缺点、应用
驱动装置概述
• 作用：驱动系统相当于机器人“肌肉”与筋络，向机械结构系统各部件
提供动力
• 组成：
驱动装置分类
电动驱动式：
• 原理：由电能产生动能，直接或间接地驱动 机器人各关节动作
• 特点：控制精度高，能精确定位，反应灵敏 • 应用：用于中小负载，要求具有较高的位置
总结
1. 掌握工业机器人驱动系统的作用和组成 2. 掌握工业机器人三种驱动装置的工作原理、优缺点、 应用
发动机
液压驱动式：
• 原理：将液压泵产生的工作油的压力能转变成机械能
液压 马达/泵
低压罐
• 优点：控制精度较高、可无极调速、反应灵敏、可实现连续轨迹控制；操作力 大、功率体积比大
• 缺点：对密封的要求较高，不宜在高温或低温的场合工作，要求的制作精度较 高，快速反应的伺服阀成本高，漏夜维护复杂
• 应用：适合于大负载、低速驱动
• 液压驱动器：直线液压缸和液压马达等
驱动装置分类
气动驱动式：
• 原理：靠压缩空气来推动气缸运动进而带动元件运动 • 优点：结构简单，成本低 • 缺点：精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现伺服控制，能效比
较低 • 应用：轻负载，快速驱动，精度要求较低的有限点位控制的工业机器人
驱动装置分类
气动驱动式：
工业机器人驱动装置
学习目标
工业机器人 驱动装置
驱动系统分类、作用、组成，驱动装置分类、优缺点、应用
驱动装置概述
• 作用：驱动系统相当于机器人“肌肉”与筋络，向机械结构系统各部件
提供动力
• 组成：
驱动装置分类
电动驱动式：
• 原理：由电能产生动能，直接或间接地驱动 机器人各关节动作
• 特点：控制精度高，能精确定位，反应灵敏 • 应用：用于中小负载，要求具有较高的位置
工业机器人驱动方式选择
1.液压泵的流量 ---按所有执行元件最高速度和流量和，以及系统泄漏量确定。 2.液压泵的工作压力 ---根据系统执行元件最大压力及压力损失计算。 3.液压泵的类型选择---根据泵流量及工作压力选择泵的类型。 --额定压力为2.5MPa时,应选用齿轮泵;额定压力为6.3MPa时,应选用叶片泵;若工作压力更高时, 选择柱塞泵。
选择步骤
4-选择步进电机相数
5-使用环境选择 6-特殊要求
步进电机厂家：
液压驱动选择方法
液压驱动系统组成：
动力元件 执行元件 液压系统 控制元件
泵- -机械能转液压能
液压缸、马达--液压能转机械能
液压阀--控制压力、方向、流量 油箱、过滤器、管路等 液压油
辅助元件
介质
液压泵的选择：根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求确定。
液压驱动 直 线 驱 动 直 线 液 压 缸 旋 转 驱 动 液 压 马 达 摆 动 液 压 缸
气压驱动 直 线 驱 动 直 线 气 压 缸 旋 转 驱 动 气 压 马 达 摆 动 气 压 缸
各主要驱动方式优缺点比较：
属性 分类 电机
优点
能源简单，速度平滑无冲 击、效率高，伺服电机速 度和位置精度高，安全可 靠易维护。 功率大，可无减速装置直 接驱动，结构紧凑，刚度 好，响应快，伺服驱动具 有较高的精度。
气缸著名品牌：
费斯托, ORIGA,日本SMC,小金井,英
国诺冠,亚德客,气立可,贺尔碧格, CKD） 喜开理,康茂盛
气动马达的选择：
1.确定马达输出功率--- P=M*n/9550 M=额定扭矩 ；n=额定转速；由负载确定。 2.确定工作转速---根据系统要求确定，可查马达性能曲线图。 3.确定工作转矩---根据负载确定，可查马达性能曲线最大和额定转矩。 4.确定工作压力---空气压力70%为基准确定气动马达的工作压力大小。
选择步骤
4-选择步进电机相数
5-使用环境选择 6-特殊要求
步进电机厂家：
液压驱动选择方法
液压驱动系统组成：
动力元件 执行元件 液压系统 控制元件
泵- -机械能转液压能
液压缸、马达--液压能转机械能
液压阀--控制压力、方向、流量 油箱、过滤器、管路等 液压油
辅助元件
介质
液压泵的选择：根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求确定。
液压驱动 直 线 驱 动 直 线 液 压 缸 旋 转 驱 动 液 压 马 达 摆 动 液 压 缸
气压驱动 直 线 驱 动 直 线 气 压 缸 旋 转 驱 动 气 压 马 达 摆 动 气 压 缸
各主要驱动方式优缺点比较：
属性 分类 电机
优点
能源简单，速度平滑无冲 击、效率高，伺服电机速 度和位置精度高，安全可 靠易维护。 功率大，可无减速装置直 接驱动，结构紧凑，刚度 好，响应快，伺服驱动具 有较高的精度。
气缸著名品牌：
费斯托, ORIGA,日本SMC,小金井,英
国诺冠,亚德客,气立可,贺尔碧格, CKD） 喜开理,康茂盛
气动马达的选择：
1.确定马达输出功率--- P=M*n/9550 M=额定扭矩 ；n=额定转速；由负载确定。 2.确定工作转速---根据系统要求确定，可查马达性能曲线图。 3.确定工作转矩---根据负载确定，可查马达性能曲线最大和额定转矩。 4.确定工作压力---空气压力70%为基准确定气动马达的工作压力大小。
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二、电动驱动方式分类
• 2. 无刷电动机
• 使用光学的或者磁场的传感器以及电子换向电路来代替石墨电刷以及铜条 式换向器。 • 包括交流伺服电动机和无刷直流电动机。 • 交流伺服电动机实现了位置、速 度和力矩的闭环控制，精度由编 码器的精度决定，具有反应迅速、 速度不受负载影响、加减速快、 精度高、低速稳定。对有瞬间负 载波动和要求快速起动的场合特 别适用。 伺服电机及驱动器
Adept机器人使用可变磁阻电动机
步进电机及驱动器 Sony机器人使用开环永磁步进电动机
高负载或高速度时易失步，低速运行时会产生步进运行。
一、电动驱动方式特点
• 电机有许多种。
a）直流无刷电机
b)步进电机
c)交流伺服电机
d)直驱电机
二、电动驱动方式分类
• 1. 永磁式直流电动机
• 低成本的永磁电动机——玩具机器人和非专业机器人。 • 无铁心的转子式电动机——小机器人。 • 无铁心的转子式电动机特点： • 电感系数很低，摩擦很小且没有嵌齿转矩； • 圆盘电枢式电动机可以产生具有低转矩的平稳输出； • 缺点在于热容量很低，传热通道受限，在高功率工作负荷下，它们有严格 永磁直流电动机（有刷） 的工作循环间隙限制以及被动空气散热需求。
盘式无刷直流电机
库卡KRAgilus系列机器人及AKM伺服电机
பைடு நூலகம்
二、电动驱动方式分类
• 3. 步进电动机
• 电脉冲信号→步进电机角位移或线位移。 • 它的角位移和线位移量与脉冲数成正比，转速或线速度与脉冲频率成正比。 • 特点 能够正转、反转、速停、无级调速； 误差不长期积累； 控制精度受步距角限制，调速范围相对较小；
工业机器人的驱动装置 ——电动驱动式
主要内容
• 电动驱动方式特点
• 电动驱动方式分类
一、电动驱动方式特点
• 利用各种电动机产生力矩和力，即由电能产生动能，直接或间接地驱动机 器人各关节动作。
• 电动驱动方式控制精度高， 能精确定位，反应灵敏； 可实现连续轨迹控制； • 适用于中小负载，要求具 有较高的位置控制精度， 速度较高的机器人。