工业机器人技术及应用第2章

— 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）
课 堂
和手腕 4 部分。
认
知 1) 基座 基座是机器人的基础部分 ，起支撑作用。
】
2) 腰部 腰部是机器人手臂的支承部分 。
3) 手臂 手臂是连接机身和手腕的部分，是执行结构中的主要运动部件，亦 称主轴， 主要用于改变手腕和末端执行器的空间位置。
置 ———
—
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。
腕关节
小臂
伺服电机 减速器
【
课
堂
认
肘关节
知
】
手腕
连接法兰
皮带传动
肩关节
大臂 腰部 腰关节
▲ 机器人操作机的每个关节 均采用 1 个交流伺服马达驱动
基座
关节型机器人操作机基本构造
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2.1 工业机器人的系统组成
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2.1 工业机器人的系统组成
所 处 位 置 ——— —
【 课 堂 认 知 】
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。
示教器
是机器人的人机交互接口，操作者 可通过它对机器人进行编程或手动 操纵机器人移动。
工业机器人技术及应用
—工业机器人的机械结构和运动控制
讲授：王 兴
章节目录
2.1 工业机器人的系统组成
2.1.1 操作机 2.1.2 控制器 2.1.3 示教器
2.2 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
2.3 工业机器人的运动控制
2.3.1 机器人运动学问题 2.3.2 机器人的点位运动 … 2.3.3 机器人的位置控制
所 2.1.1 操作机
处
位
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
置 ———
械操作装置，如夹紧爪、吸盘、焊枪等。
—
【 课
堂 认 知 】
夹紧爪
吸盘
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焊枪
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2.1 工业机器人的系统组成
所 2.1.1 操作机
处 位
(1) 机械臂
置 ———
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
【
课 堂 认
机器人常用的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动和电气驱动三种基本类 型。
知
】
目前，除个别运动精度不高、重负载或有防爆要求的机器人采用液压、
气压驱动外，工业机器人大多采用电气驱动，而其中属交流伺服电机应用最
广，且驱动器布置大都采用一个关节一个驱动器。
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2.1 工业机器人的系统组成
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课前回顾
所 处 位 置 ——— —
【 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。
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学习目标
所 处 位 置 ——— —
【 学 习 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
维修方便，液 体对温度变化 敏感，油液泄 漏易着火
可高速，冲击较 严重，精确定位 维修简单，能 困难。气体压缩 在高温、粉尘 性大，阻尼效果 等恶劣环境中 差，低速不易控 使用，泄露无 制，不易与 CPU 连 影响 接
容易与 CPU 连接，
控制性能好，响 应快，可精确定 位，但控制系统
维修使用较复 杂
复杂
结构体积
使用范 围
在输出力相 同的情况下 ，体积比气 压驱动方式 小
中、小 型及重 型机器 人
体积较大
中、小 型机器 人
需要减速装 置，体积较 小
高性能 、运动 轨迹要 求严格
制造成 本
液压元 件成本 较高， 油路比 较复杂
结构简 单，能 源方便 ，成本 低
成本较
高
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2.1 工业机器人的系统组成
2.1.1 操作机
所
处 位
(3) 传动单元
置
目前工业机器人广泛采用的机械传动单元是减速器，应用在关节型机器人上的
———减—速器主要有两类： RV 减速器 和 谐波减速器 。 一般将 RV 减速器放置在基座、腰部
、大臂等重负载的位置 ( 主要用于 20kg 以上的机器人关节 ) ；将谐波减速器放置在小
2.1.1 操作机
所
处 (2) 驱动装置
位
置
——— 特点
—
驱动方式
输出力
【
课
堂 认 知
液压 驱动
压力高，可获 得大的输出力
】
气压 驱动
气体压力低， 输出力较小， 如需输出力大 时，其结构尺 寸过大
电气 驱动
输出力较小或 较大
三种驱动方式特点比较
控制性能
维修使用
油液不可压缩， 压力、流量均容 易控制，可无级 调速，反应灵敏 ，可实现连续轨 迹控制
案 例 】
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。
4) 手腕 手腕是连接末端执行器和手臂的部分，亦称次轴，主要用于改变末端 执行器的空间姿态。
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2.1 工业机器人的系统组成
所 2.1.1 操作机
处
位 置
(2) 驱动装置
——— —
驱使工业机器人机械臂运动的机构。它按照控制系统发出的指令信号，借助 于动力元件使机器人产生动作，相当于人的肌肉、筋络。
操作机
用于完成各种作业任务的机械主 体，主要包含机械臂、驱动装置、 传动单元以及内部传感器等部分。
控制器
是完成机器人控制功能的结构实现 ，是决定机器人功能和水平的关键 部分。
工业机器人系统组成
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2.1 工业机器人的系统组成
所 2.1.1 操作机
处 位
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
➢了解工业机器人的运动控 制
➢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
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导入案例
所
国产机器人竞争力缺失 关键技术是瓶颈
处
位
置
———于— 先天众因所素周，知在，单中体国与机核器心人零产部业件由仍
【 然落后于日、美、韩等发达国家。虽
导 入
然中国机器人产业经过 30 年的发展，