工业机器人技术基础(完整版)
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工业机器人技术基础 工业机器人技术参数
O B
h
B
h
(b)
（b ）良好定位(精c) 度，很差重复定位精度
(d)
（a）合理定位精度，良好重复定位精度
（c）很差定位精度，良好重复定位精度
工业机器人工作空间
• 定义
工作空间是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合
• 参考点
手部中心、手腕中心或手指指尖 参考点不同，工作空间的大小、形状也不同
U-3
L-2
R-4 B-5 T-6
S-1
工业机器人自由度
• 工业机器人是典型机构，我们可以直接数出它的自由度。 • 组成机器人的旋转关节或移动关节，每个关节具有一个自由度! • 通常情况下，每个轴可以增加一个自由度。 • 常见的工业机器人有：4轴，6轴，7轴
工业机器人自由度
• 4自由度—SCARA机器人
• 3个旋转关节+1个移动关节 • 结构轻便、响应快 • 适用于平面定位，垂直方向进行装配的作业
工业机器人自由度
• 6自由度
• 第一个关节能在水平面自由旋转 • 二、三两个关节能在垂直平面移动； • “手臂”（四关节）+两个“手腕” （五六关节）可
以拿起水平面上任意朝向的部件，以特殊的角度放入 包装产品里。还可以执行许多由熟练工人才能完成的 操作。
工业机器人工作空间
• 决定因素
行程、尺寸、角度
• 意义
工作范围的形状和大小十分重要，机器人在执 行某作业时可能会因为存在手部不能到达的作业死 区而不能完成任务。
工业机器人最大速度
• 定义
• 设计角度：工业机器人主要自由度上的最大稳定角速度，单位：rad/s或°/s • 功能角度：在各轴联动的情况下，机器人手腕中心所能达到的最大线速度，单位：
工业机器人技术基础课件(最全)ppt课件
右图就处于a）的奇异状态，直角下示教会报警。
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
直角坐标系
Never Stop Improving
— 6—
1 机器人工坐业标系机器人坐标系
机器人系统 关节坐标系
两者关系？？？
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
— 2—
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
1 机器人坐标系
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
在分析机器人时会牵涉诸多坐标系，一些是操作者不须关心的，另外一些却是和工艺相 关的。常见的坐标系有： 关节坐标系 基座坐标系 工具坐标系 用户坐标系
Never Stop Improving
px a
p
py
b
1pz
c w
— 12 —
2 机器人位姿变换
坐标轴方向的描述：
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
i、j、k分别是直角坐标系中x、y、Z坐标轴的单位向量。若用齐次坐标来描述x、y、z轴的方向， 则
基坐标系
Never Stop Improving
— 7—
1 机器人工坐业标系机器人坐标系
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
用户坐标系（工件坐标系）:
用于描述各个物体或工位的方位的需要。用户常常在自
z
己关心的平面建立自己的坐标系，以方便示教。
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
直角坐标系
Never Stop Improving
— 6—
1 机器人工坐业标系机器人坐标系
机器人系统 关节坐标系
两者关系？？？
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
— 2—
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
1 机器人坐标系
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
在分析机器人时会牵涉诸多坐标系，一些是操作者不须关心的，另外一些却是和工艺相 关的。常见的坐标系有： 关节坐标系 基座坐标系 工具坐标系 用户坐标系
Never Stop Improving
px a
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2 机器人位姿变换
坐标轴方向的描述：
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
i、j、k分别是直角坐标系中x、y、Z坐标轴的单位向量。若用齐次坐标来描述x、y、z轴的方向， 则
基坐标系
Never Stop Improving
— 7—
1 机器人工坐业标系机器人坐标系
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
用户坐标系（工件坐标系）:
用于描述各个物体或工位的方位的需要。用户常常在自
z
己关心的平面建立自己的坐标系，以方便示教。
《工业机器人技术基础》(第1章)
ABB公司将在上海建设其全球最先进的机器人工厂，该工厂预计将于 2020年底投入运营。新的上海工厂将采用大量机器学习、数字化和协作解 决方案，使其成为机器人行业中最先进、自动化与柔性化程度最高的工厂， 实现用机器人制造机器人。此外，新的研发中心还将帮助加快人工智能领 域的发展。
2．工业机器人的发展趋势
工业机器人 技术基础
第1章 工业机器人概述
目录
CONTENT
1.1 工业机器人的基础知识 1.2 工业机器人的基本组成与技术参数 1.3 工业机器人的典型应用
学习 目标
1 掌握工业机器人的定义及特点。 2 了解工业机器人的历史与发展。 3 掌握在不同分类方式下，工业机器人的结
构与特征。 4 掌握工业机器人的基本组成及技术参数。 5 了解工业机器人的典型应用。
1992年，瑞士ABB公司推出开放式控制系统——S4。S4旨在改善对用户至关重 要的两个领域——人机界面和机器人的技术性能。
1994年，Motoman公司（即现在的安川电机）推出的机器人控制系统 MRC，使同步控制两台机器人成为可能。MRC可以从普通PC编辑工业机 器人作业，且具有控制多达21个轴的能力。
4．涉及学科广泛
工业机器人技术实质上是机械学和微电子学的结合——机电一体化技术。
1.1.2 工业机器人的历史与发展趋势
1．工业机器人的历史
1）萌芽阶段（20世纪40—50年代） 1954年，美国发明家德沃尔对工业机器人的概念进行了定义，并申请了专利。 1959年，德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出世界第一台工业机
4）智能化阶段（21世纪初至今） 2011年，日本发那科公司的R-1000iA机器人利用LVC（学习减振装置）对机器人
运动轨迹加以优化，减小了振动，将动作周期缩短约20%，从而实现更高速的动作。 2018年，发那科公司与首选网络公司合作，首次将人工智能应用于其伺服调谐、
2．工业机器人的发展趋势
工业机器人 技术基础
第1章 工业机器人概述
目录
CONTENT
1.1 工业机器人的基础知识 1.2 工业机器人的基本组成与技术参数 1.3 工业机器人的典型应用
学习 目标
1 掌握工业机器人的定义及特点。 2 了解工业机器人的历史与发展。 3 掌握在不同分类方式下，工业机器人的结
构与特征。 4 掌握工业机器人的基本组成及技术参数。 5 了解工业机器人的典型应用。
1992年，瑞士ABB公司推出开放式控制系统——S4。S4旨在改善对用户至关重 要的两个领域——人机界面和机器人的技术性能。
1994年，Motoman公司（即现在的安川电机）推出的机器人控制系统 MRC，使同步控制两台机器人成为可能。MRC可以从普通PC编辑工业机 器人作业，且具有控制多达21个轴的能力。
4．涉及学科广泛
工业机器人技术实质上是机械学和微电子学的结合——机电一体化技术。
1.1.2 工业机器人的历史与发展趋势
1．工业机器人的历史
1）萌芽阶段（20世纪40—50年代） 1954年，美国发明家德沃尔对工业机器人的概念进行了定义，并申请了专利。 1959年，德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出世界第一台工业机
4）智能化阶段（21世纪初至今） 2011年，日本发那科公司的R-1000iA机器人利用LVC（学习减振装置）对机器人
运动轨迹加以优化，减小了振动，将动作周期缩短约20%，从而实现更高速的动作。 2018年，发那科公司与首选网络公司合作，首次将人工智能应用于其伺服调谐、
(完整版)机器人技术基础(课后习题答案)
0.1 简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特征。
答：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具、或专用装置，通过可编程动作来执行种种任务并具有编程能力的多功能机械手。
1.机器人的动作结构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能。
2.机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变。
3.机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等。
4.机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。
0.2工业机器人与数控机床有什么区别？答：1.机器人的运动为开式运动链而数控机床为闭式运动链；2.工业机器人一般具有多关节，数控机床一般无关节且均为直角坐标系统；3.工业机器人是用于工业中各种作业的自动化机器而数控机床应用于冷加工。
4.机器人灵活性好，数控机床灵活性差。
0.5简述下面几个术语的含义：自有度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。
答：自由度是机器人所具有的独立坐标运动的数目，不包括手爪（末端执行器）的开合自由度。
重复定位精度是关于精度的统计数据，指机器人重复到达某一确定位置准确的概率，是重复同一位置的范围，可以用各次不同位置平均值的偏差来表示。
工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫工作区域。
工作速度一般指最大工作速度，可以是指自由度上最大的稳定速度，也可以定义为手臂末端最大的合成速度（通常在技术参数中加以说明）。
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质量。
0.6什么叫冗余自由度机器人？答：从运动学的观点看，完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。
0.7题0.7图所示为二自由度平面关节型机器人机械手，图中L1=2L2，关节的转角范围是0゜≤θ1≤180゜,-90゜≤θ2≤180゜,画出该机械手的工作范围（画图时可以设L2=3cm）。
1.1 点矢量v 为]00.3000.2000.10[T ，相对参考系作如下齐次坐标变换：A=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--10000.9000.1000.0000.00.3000.0866.0500.00.11000.0500.0866.0 写出变换后点矢量v 的表达式，并说明是什么性质的变换，写出旋转算子Rot 及平移算子Trans 。
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。
16
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
《工业机器人技术基础》单元2 工业机器人的基本原理
对机器人的运动进行有效的实时控制
2.5 机器人动力学
2.5.2 机器人动力学方程
重复定位精度（mm） ±0.2-0.5 ±0.5 ±0.2-0.3 ±0.08-0.1 ±0.2-0.5
±0.02-0.03 ±0.06-0.08 ±0.06-0.1
2.2 工业机器人性能指标
2.2.2 其他技术参数
2 工作空间
2.2 工业机器人性能指标
2.2.2 其他技术参数
3 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，对此通常都会在技术参数中加以说明。
2.3 工业机器人位姿描述与坐标变换
2.3.1 坐标系
● 2 柱面坐标系
2.3 工业机器人位姿描述与坐标变换
2.3.1 坐标系
● 3 球面坐标系
2.3 工业机器人位姿描述与坐标变换
2.3.2 工业机器人坐标系
1 基坐标系 2 关节坐标系 3 工件坐标系 4 工具坐标系 5 大地坐标系 6 用户坐标系
2.2.1 工业机器人自由度 4 关节机器人的自由度
（1）SCARA型关节 机器人
2.2 工业机器人性能指标
2.2.1 工业机器人自由度
4 关节机器人的自由度 （2）六轴关节机器人
2.2 工业机器人性能指标
2.2.1 工业机器人自由度
5 并联机器人的自由度
2.2 工业机器人性能指标
2.2.2 其他技术参数
2.4 机器人运动学
2.4.2 机器人运动方程 2 PUMA560机器人运动方程
2.5 机器人动力学
2.5.1 机器人动力学概述
机器人的动力学正问题：已知机器人各关节执行器的驱动力或力矩，求解机器人 各关节的位置、速度、加速度
2.5 机器人动力学
2.5.2 机器人动力学方程
重复定位精度（mm） ±0.2-0.5 ±0.5 ±0.2-0.3 ±0.08-0.1 ±0.2-0.5
±0.02-0.03 ±0.06-0.08 ±0.06-0.1
2.2 工业机器人性能指标
2.2.2 其他技术参数
2 工作空间
2.2 工业机器人性能指标
2.2.2 其他技术参数
3 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，对此通常都会在技术参数中加以说明。
2.3 工业机器人位姿描述与坐标变换
2.3.1 坐标系
● 2 柱面坐标系
2.3 工业机器人位姿描述与坐标变换
2.3.1 坐标系
● 3 球面坐标系
2.3 工业机器人位姿描述与坐标变换
2.3.2 工业机器人坐标系
1 基坐标系 2 关节坐标系 3 工件坐标系 4 工具坐标系 5 大地坐标系 6 用户坐标系
2.2.1 工业机器人自由度 4 关节机器人的自由度
（1）SCARA型关节 机器人
2.2 工业机器人性能指标
2.2.1 工业机器人自由度
4 关节机器人的自由度 （2）六轴关节机器人
2.2 工业机器人性能指标
2.2.1 工业机器人自由度
5 并联机器人的自由度
2.2 工业机器人性能指标
2.2.2 其他技术参数
2.4 机器人运动学
2.4.2 机器人运动方程 2 PUMA560机器人运动方程
2.5 机器人动力学
2.5.1 机器人动力学概述
机器人的动力学正问题：已知机器人各关节执行器的驱动力或力矩，求解机器人 各关节的位置、速度、加速度
工业机器人技术基础-第2版-课件--第1章-工业机器人概论-
实际作业tact time最大缩 监视ROBOT的姿势、负荷， 设置面积A4尺寸，重量约
特
短15%幅度。附加功能：附 依据实际调整伺服增益/滤
加轴控制、追踪机能、
波。
８kg的新设计小型控制器。 搭载独自开发的5节闭连结
点 Ethernet等提升目标。
冲突检知机能，支持原点 机构及64bitCPU；
参 最大合成速度：5.5m/s 数 最大可搬重量：3.5kg
随着工业机器人的应用越来越广泛，我国也在积极推动我国机器人产业的发展。尤其是进入 “十三.五”以来，国家出台的《机器人产业发展规划（2016-2020）》对机器人产业进行了全面 规划，要求行业、企业搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进工业机器人产业化进程。
第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
工业机器人在我国发展概况
中国的机器人产业应走什么道路，如何建立自己的发展模式，确实值得探讨。中国工程院在 2003年12月完成并公开的《我国制造业焊接生产现状与发展战略研究总结报告》中认为，我国应 从“美国模式”着手，在条件成熟后逐步向“日本模式”靠近。
目前，我国基本掌握了工业机器人的结构设计和制造、控制系统硬件和软件、运动学和轨迹规划等技术， 形成了机器人部分关键元器件的规模化生产能力。一些公司开发出的喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人 已经在多家企业的自动化生产线上获得规模应用，弧焊机器人也已广泛应用在汽车制造厂的焊装线上。总体来 看，在技术开发和工程应用水平与国外相比还有一定的差距。主要表现在以下几个方面：
迅猛。由此可见，未来工业机器人的应用依托汽车产业，并迅速向各行业延伸。对于
机器人行业来讲，这是一个非常积极的信号。
(完整版)工业机器人技术基础
其缺点是：功能编辑比较困难；难以使用传感器； 只能进行简单的轨迹编辑；示教时需要占用机器人，效 率低；编程的质量取决于编程者的熟练程度与经验。
21
• (2)离线编程
离线编程可以脱离机器人，直接在计算机上使用 离线编程软件，编辑所需的轨迹程序。其优点是：效 率高，编程时可不用机器人，机器人可进行其他工作 ；可预先优化操作方案和运行周期时间；可用传感器 探测外部信息，从而使机器人做出相应的响应；控制 功能中可以包括现有的CAD和CAM的信息，可以使用仿 真软件预先模拟运行程序，从而不会出现危险；可以 利用CAD软件编辑复杂的轨迹程序。
但离线编程中所需要的能补偿机器人系统误差的 功能、坐标系数据仍难以得到；仿真软件并不能完全 仿真真实的工作环境，还需要到现场进行调试。
22
3.1 示教编程
3.1.1 示教编程基础知识
（1） 机器人的运动方式
机器人的运动方式分为PTP方式和CP方式。 ➢ PTP方式为点到点方式（即机器人以全速从起始点运动
• 根据机器人不同的工作要求，主要有下面两种编程方法 ：
• (1)示教编程 示教编程是机器人最基本和最简单的编程方法，目
前，相当数量的机器人仍采用示教方式编程，机器人示 教后可以立即应用。顾名思义，就是我们通常所说的手 把手示教，由人直接通过示教盒控制机器人的手臂按照 我们所要求的轨迹运动， 其优点是：简单方便；不需要 环境模型；对实际的机器人进行示教时，可以修正机械 结构带来的误差。
再现操作盒 控制柜
示教编程器
16
（3） 焊接系统
焊接系统是焊接机器人 完成作业的核心装备，主要 由焊枪、焊接控制器及水、 电、气等辅助部分组成。焊 接控制器是由微处理器及部 分外围接口芯片组成的控制 系统，它可根据预定的焊接 监控程序，完成焊接参数输 入、焊接程序控制及焊接系 统故障自诊断，并实现与本 地计算机及手控盒的通讯联 系。
21
• (2)离线编程
离线编程可以脱离机器人，直接在计算机上使用 离线编程软件，编辑所需的轨迹程序。其优点是：效 率高，编程时可不用机器人，机器人可进行其他工作 ；可预先优化操作方案和运行周期时间；可用传感器 探测外部信息，从而使机器人做出相应的响应；控制 功能中可以包括现有的CAD和CAM的信息，可以使用仿 真软件预先模拟运行程序，从而不会出现危险；可以 利用CAD软件编辑复杂的轨迹程序。
但离线编程中所需要的能补偿机器人系统误差的 功能、坐标系数据仍难以得到；仿真软件并不能完全 仿真真实的工作环境，还需要到现场进行调试。
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3.1 示教编程
3.1.1 示教编程基础知识
（1） 机器人的运动方式
机器人的运动方式分为PTP方式和CP方式。 ➢ PTP方式为点到点方式（即机器人以全速从起始点运动
• 根据机器人不同的工作要求，主要有下面两种编程方法 ：
• (1)示教编程 示教编程是机器人最基本和最简单的编程方法，目
前，相当数量的机器人仍采用示教方式编程，机器人示 教后可以立即应用。顾名思义，就是我们通常所说的手 把手示教，由人直接通过示教盒控制机器人的手臂按照 我们所要求的轨迹运动， 其优点是：简单方便；不需要 环境模型；对实际的机器人进行示教时，可以修正机械 结构带来的误差。
再现操作盒 控制柜
示教编程器
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（3） 焊接系统
焊接系统是焊接机器人 完成作业的核心装备，主要 由焊枪、焊接控制器及水、 电、气等辅助部分组成。焊 接控制器是由微处理器及部 分外围接口芯片组成的控制 系统，它可根据预定的焊接 监控程序，完成焊接参数输 入、焊接程序控制及焊接系 统故障自诊断，并实现与本 地计算机及手控盒的通讯联 系。
工业机器人技术基础第2章 工业机器人的数学基础
根据此定义与微分的基本性质，可得如下关系式：
def d da dA (aA) A a dt dt dt
def d dA dB ( A B) dt dt dt
def d dA dB ( AB) B A dt dt dt
上式中： a为时间函数的标量； A与B 均为时间函数的矩阵，它们满足 矩阵运算的条件。
4 2 0
2 2 1
0 1 3
如果n阶矩阵A=（aij）的元素满足aij= aji（i，j=1，2，，n），则称 A为n阶反对称矩阵。显然，故aii=0（i=1，2，，n）
如：
0 1 2
1 0 3
2 3 0
第二章 工业机器人的数学基础
对于单位矩阵E,容易验证 EmAmn = Amn ， AmnEn = Amn 。 有了矩阵的乘法，就可以定义n阶方阵的幂。设A是n阶方阵，定义 A1 = A，A2 = A1 A1， ，Ak+1 = AkA1 ， 其中k为正整数。这就是说，Ak就是k个A相乘。显然，只有方阵的幂才有 意义。由于矩阵乘法适合结合律，所以方阵的幂满足以下运算规律： AA = A+ ，(A) = A 不过，一般 (AB)k AkBk。
b1 b B 2 bn
第二章 工业机器人的数学基础
工业机器人技术基础
例2 求AB和BA。其中
1 A 1
解：
1 1 ,B 1 1
1 1
1 AB 1 1 BA 1
1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 2` 2 1 1 1 2 2
a1n b1n a2 n b2 n amn bmn
《工业机器人技术基础》课程教学大纲
《工业机器人技术基础》课程教学大纲一、课程地位与作用工业机器人技术是近年来新技术发展的重要领域之一，是以微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一种综合性的高新技术。
这一技术在工业、农业、国防、医疗卫生、办公自动化及生活服务等众多领域有着越来越多的应用。
工业机器人在提高产品质量、加快产品更新、提高生产效率、促进制造业的柔性化、增强企业和国家的竞争力等诸方面具有举足轻重的地位。
本课程是以工业机器人概述、基本组成及技术参数、本体与控制器连接、末端操作器、工业机器人的环境感觉技术、编程语言介绍、工业机器人系统集成项目流程等为研究对象的一门专业基础课。
二、教学目标学生通过对本课程的学习，熟知工业机器人使用及搬运安全事项；了解工业机器人常见国际品牌与国内品牌；掌握工业机器人的三大组成部分和六个子系统；工业机器人的主要技术参数和常用软件，工业机器人末端操作器种类与应用等，让学生对工业机器人的定义、发展历史及前景、运用领域、基本组成、主要技术参数有一个初步的认识，为后面的专业核心课程打下理论基础，培养学生的学习兴趣，建立长期的学习计划。
同时树立示教器、专用设备、教具使用的安全意识及保养意识，使学生初步具备分析和解决基础技术问题的能力。
三、课程教学内容与方法设计第一章绪论【教学目标】1.掌握工业机器人行业典型应用、市场前景；2.熟知工业机器人品牌认识及行业应用前景；3.熟知使用机器人安全注意事项以及机器人的分类。
【重点难点】1.工业机器人的应用环境；2.工业机器人的使用安全；【教学内容】1.机器人的分类；2.工业机器人的应用环境，工业机器人的历史发展；3.工业机器人家族介绍；4.工业机器人应用安全注意事项。
【教学方法与设计】1.本章主要采用哪些教学方法？通过实际工程案例的讲解来引导知识点的学习和应用。
通过讲授和多媒体教学的方式,并结合板书进行教学，在讲解过程中注重与学生互动。
2.如何组织教学？运用哪些教学手段？在课堂中针对重难点内容不仅要通过多媒体展示，还要进行关键词组的板书。
(完整版)工业机器人技术基础课件(最全)
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2 机器人位姿 变换
坐标轴方向的描述：
i、j、k分别是直角坐标系中x、y、Z坐标轴的单位向量。若用齐次坐标 来描述x、y、z轴的方向，则
X 1 0 0 0T Y 0 1 0 0T Z 0 0 1 0T
1.已知机器人各关节的位置，求机器人 末端的位姿； 2.已知机器人末端的位姿，求机器人 各关节的位置.
3学机器人工运业动机器人基础知识
为什么要研究运动学：机器人的运动无非有两种：PTP(点到点) 及CP(连续运动)
3学机器人工运业动机器人基础知识
运动学的实用方式：
位置反 馈
3 机器人运动
学
D-H参数：
关节 坐标
系
两个关节轴线沿公垂线的距离an，称为连杆长度；另一个是 垂直于an的平面内两个轴线的夹角αn，称为连杆扭角，这两 个参数为连杆的尺寸参数；是沿关节n轴线两个公垂线的距离，
刚体的姿态可由动坐标系的坐标轴方向来表示。 令n、o、a分别为X′、y ′、z ′坐标轴的单位 方向矢量，每个单位方向矢量在固定坐标系上的 分量为动坐标系各坐标轴的方向余弦，用齐次坐 标形式的(4×1)列阵分别表示为：
2 机器人位姿 变换
刚体的位姿可用下面(4×4)矩
阵来描述：
nx ox ax xo
a）4、6轴共线附件，即5轴角度0附件。 b）2、3、5轴关节坐标系原点接近共线，即 已经到达工作范围边界。
c） 5轴关节坐标系原点在Z轴正上方附近。
右图就处于a）的奇异状态，直角下示 教会报警。
直角坐标系
1 系
机器人工坐业标机器人坐标系
工业机器人技术基础(完整版)
4
焊接机器人典型应用案例
轿车后桥双机协调弧焊系统
5
车身焊接线
6
轿车座椅骨架弧焊系统
7
火车侧梁弧焊系统
8
激光焊接系统
9
等离子焊接系统
10
1.1 弧焊机器人
• 机器人操作机：日本 MOTOMAN－UP20型6轴关节式机器人 • 机器人控制器：YASNAC XRC UP20型 • 负载能力：20kg • 自由度：6自由度 • 重复定位精度：±0.08mm • 工作范围：半径1658mm • 驱动：交流伺服电机。 • 焊接电源：MOTOWELD-S350, CO2/MAG焊机，可以实现碳钢、低合金高
成具有大批量、高质量要求的工作，如自动化
生产线中的点焊、弧焊
、喷漆、切割、
电子装配及物流系统的搬运 、包装、码垛
等作业的机器人。此外，机器人也可用于软质
材料的切削加工，如陶泥，泡沫，石蜡 ，有机
玻璃等。
3
1、Motoman机器人简介
• 焊接制造工艺由于其工艺的复杂性、劳动强度 、产品质量、批量等要求，使得焊接工艺对自 动化对于其工艺的自动化、机械化的要求极为 迫切，实现机器人焊接代替人工操作成为焊接 工作者追求的目标。
强钢和不锈钢等的焊接； 最大焊接电流350A • 保护气体：CO2、Ar+CO2、 Ar+CO2+O2 • 焊丝：直径0.9、1.2、1.6mm实心焊丝或药芯焊丝，如H08Mn2SiA等
11
1.2 弧焊机器人系统简介
机器人要完成焊接作业必须依赖于控制系统 与辅助设备的支持和配合。完整的焊接机器人系 统一般由如下几部分组成：机器人操作机、变位 机、控制器、焊接系统、焊接传感器、中央控制 计算机和相应的安全设备等。
焊接机器人典型应用案例
轿车后桥双机协调弧焊系统
5
车身焊接线
6
轿车座椅骨架弧焊系统
7
火车侧梁弧焊系统
8
激光焊接系统
9
等离子焊接系统
10
1.1 弧焊机器人
• 机器人操作机：日本 MOTOMAN－UP20型6轴关节式机器人 • 机器人控制器：YASNAC XRC UP20型 • 负载能力：20kg • 自由度：6自由度 • 重复定位精度：±0.08mm • 工作范围：半径1658mm • 驱动：交流伺服电机。 • 焊接电源：MOTOWELD-S350, CO2/MAG焊机，可以实现碳钢、低合金高
成具有大批量、高质量要求的工作，如自动化
生产线中的点焊、弧焊
、喷漆、切割、
电子装配及物流系统的搬运 、包装、码垛
等作业的机器人。此外，机器人也可用于软质
材料的切削加工，如陶泥，泡沫，石蜡 ，有机
玻璃等。
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1、Motoman机器人简介
• 焊接制造工艺由于其工艺的复杂性、劳动强度 、产品质量、批量等要求，使得焊接工艺对自 动化对于其工艺的自动化、机械化的要求极为 迫切，实现机器人焊接代替人工操作成为焊接 工作者追求的目标。
强钢和不锈钢等的焊接； 最大焊接电流350A • 保护气体：CO2、Ar+CO2、 Ar+CO2+O2 • 焊丝：直径0.9、1.2、1.6mm实心焊丝或药芯焊丝，如H08Mn2SiA等
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1.2 弧焊机器人系统简介
机器人要完成焊接作业必须依赖于控制系统 与辅助设备的支持和配合。完整的焊接机器人系 统一般由如下几部分组成：机器人操作机、变位 机、控制器、焊接系统、焊接传感器、中央控制 计算机和相应的安全设备等。
《工业机器人技术基础》(第5章)
点位控制方式的主要技术指标是定位精度和运动所需的时间。
2．连续轨迹控制
（a）
（b）
（c）
图5-11 示教数据的编辑机能
（d）
连续轨迹控制不仅要求机器人以一定的精度到达目标点，而且对移动轨
迹也有一定的精度要求。
5.2.2 力控制
1．被动交互控制
在被动交互控制中，由于机器人固有的柔顺，机器人末端执行器的轨迹 被相互作用力所修正。被动交互控制不需要力〔力矩〕传感器，并且预设的 末端执行器轨迹在执行期间也不需要改变。此外，被动柔顺结构的响应远快 于利用计算机控制算法实现的主动重定位。
集中控制结构是用一台计算机实现全部控制功能，构简单、本钱低，但实时 性差，难以扩展。
图5-3 集中控制结构框图
2．主从控制结构
主从控制结构采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。主计算机实现管理、 坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等；从计算机实现所有关节的动作控制。这种控制结 构系统实时性较好，适于高精度、高速度控制，但其系统扩展性较差，维修困难。
2．运动控制功能
运动控制功能是指通过对机器人末端执行器在空间的位姿、速度、加速度等项的 控制，使机器人末端执行器按照任务要求进行动作，最终完成给定的作业任务。
运动控制功能与示教再现功能的区别
在示教再现控制中，机器人末端执行器的各项运动参数是由示教人员 教给它的，其精度取决于示教人员的熟练程度；而在运动控制中，机器 人末端执行器的各项运动参数是由机器人的控制系统经过运算得来的， 且在工作人员不能示教的情况下，通过编程指令仍然可以控制机器人完 成给定的作业任务。
5.1.3 工业机器人控制系统的组成
工业机器人控制系统主要由控制计算机、示教盒、操作面板、硬盘和软盘存储器、 数字和模拟量输入/输出接口、打印机接口、传感器接口、轴控制器、辅助设备控制 接口、通信接口、网络接口等组成，如图5-2所示。
2．连续轨迹控制
（a）
（b）
（c）
图5-11 示教数据的编辑机能
（d）
连续轨迹控制不仅要求机器人以一定的精度到达目标点，而且对移动轨
迹也有一定的精度要求。
5.2.2 力控制
1．被动交互控制
在被动交互控制中，由于机器人固有的柔顺，机器人末端执行器的轨迹 被相互作用力所修正。被动交互控制不需要力〔力矩〕传感器，并且预设的 末端执行器轨迹在执行期间也不需要改变。此外，被动柔顺结构的响应远快 于利用计算机控制算法实现的主动重定位。
集中控制结构是用一台计算机实现全部控制功能，构简单、本钱低，但实时 性差，难以扩展。
图5-3 集中控制结构框图
2．主从控制结构
主从控制结构采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。主计算机实现管理、 坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等；从计算机实现所有关节的动作控制。这种控制结 构系统实时性较好，适于高精度、高速度控制，但其系统扩展性较差，维修困难。
2．运动控制功能
运动控制功能是指通过对机器人末端执行器在空间的位姿、速度、加速度等项的 控制，使机器人末端执行器按照任务要求进行动作，最终完成给定的作业任务。
运动控制功能与示教再现功能的区别
在示教再现控制中，机器人末端执行器的各项运动参数是由示教人员 教给它的，其精度取决于示教人员的熟练程度；而在运动控制中，机器 人末端执行器的各项运动参数是由机器人的控制系统经过运算得来的， 且在工作人员不能示教的情况下，通过编程指令仍然可以控制机器人完 成给定的作业任务。
5.1.3 工业机器人控制系统的组成
工业机器人控制系统主要由控制计算机、示教盒、操作面板、硬盘和软盘存储器、 数字和模拟量输入/输出接口、打印机接口、传感器接口、轴控制器、辅助设备控制 接口、通信接口、网络接口等组成，如图5-2所示。
《工业机器人技术基础》 答案
第一章1．填空题（1）机械学；微电子学（2）串联；并联（3）位置集合2．选择题DDCA3．简答题略第二章1．填空题（1）行矩阵；列矩阵；零矩阵（2）（0，8，2）（3）189 12057 11053⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭（4）大小；方向（5）刚体2．选择题AABA3．计算题（1）01011 1007 00113 0001-⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭（2）0.7070.70702 0.7070.7070500140001-⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭（3）T(19.898 2.828)，，（4）T(12.696 1.698 2.544)，，（5）略第三章1．填空题（1）夹持式；回转式；吸附式（2）电磁式吸盘；防尘盖；线圈；壳体（3）R；B（4）电动驱动；液压驱动；气动驱动（5）刚轮；柔轮；波发生器2．选择题BCABB BD3．简答题略第四章1．填空题（1）敏感元件；转化元件；基本转化电路（2）灵敏度（3）动态特性（4）速度；距离（5）电涡流2．选择题CBCD3．简答题略第五章1．填空题（1）示教再现；运动控制（2）系统监控；作业管理；实时插补（3）点位控制；连续轨迹控制（4）相互作用力2．选择题BABD3．简答题略第六章1．填空题（1）在线编程；离线编程；自主编程（2）动作节点（3）容易性（4）解析几何计算2．选择题CDA3．简答题略。
工业机器人技术基础ppt课件
(5)输入输出功能 用来与外部传感器进行信息交互和中断。如“DOUT”执行 外部输出信号的开关，“DIN”给变量读入输入信号， “WAIT”待机至外部输入信号与指定状态相符。 如：DIN B016 IN#(16); ——把通道16的输入信号赋给变 量B016。
WAIT IN#(12)=ON T=10.00; ;——当通道12信号 为开时，等待10秒
44
LOGO
(e) 显示新建程序画面，按[选择]键。
45
LOGO
(f) 显示字母表画面。以名为“TEST”的程序为例进行说明。
注意：程序名称可使用数字、英文字母及其他 符号，最大长度为8个字符。
46
LOGO
(g) 光标放在“T”上按[选择]键。以同样的方法输入“E”、 “S”、 “T”。
47
LOGO
矢量是由其三维坐标以及机器人末端绕x,y,z旋转的角度表 示，也可以用六个关节各自的脉冲值表示。 C0013= 50.00, -35.00, 0.00, 180.0, 20.0, 0.0 (3)数值运算功能
与通用程序语言相比，机器人语言的数值运算功能大致相 当于BASIC语言的水平，如四则运算、关系运算、计数、 位运算和三角函数运算等； 如： 加减：ADD/SUB I012 I013；
再现操作盒 控制柜
16
示教编程器
LOGO
（3） 焊接系统
焊接系统是焊接机器人 完成作业的核心装备，主要 由焊枪、焊接控制器及水、 电、气等辅助部分组成。焊 接控制器是由微处理器及部 分外围接口芯片组成的控制 系统，它可根据预定的焊接 监控程序，完成焊接参数输 入、焊接程序控制及焊接系 统故障自诊断，并实现与本 地计算机及手控盒的通讯联 系。
40
WAIT IN#(12)=ON T=10.00; ;——当通道12信号 为开时，等待10秒
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LOGO
(e) 显示新建程序画面，按[选择]键。
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LOGO
(f) 显示字母表画面。以名为“TEST”的程序为例进行说明。
注意：程序名称可使用数字、英文字母及其他 符号，最大长度为8个字符。
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LOGO
(g) 光标放在“T”上按[选择]键。以同样的方法输入“E”、 “S”、 “T”。
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LOGO
矢量是由其三维坐标以及机器人末端绕x,y,z旋转的角度表 示，也可以用六个关节各自的脉冲值表示。 C0013= 50.00, -35.00, 0.00, 180.0, 20.0, 0.0 (3)数值运算功能
与通用程序语言相比，机器人语言的数值运算功能大致相 当于BASIC语言的水平，如四则运算、关系运算、计数、 位运算和三角函数运算等； 如： 加减：ADD/SUB I012 I013；
再现操作盒 控制柜
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示教编程器
LOGO
（3） 焊接系统
焊接系统是焊接机器人 完成作业的核心装备，主要 由焊枪、焊接控制器及水、 电、气等辅助部分组成。焊 接控制器是由微处理器及部 分外围接口芯片组成的控制 系统，它可根据预定的焊接 监控程序，完成焊接参数输 入、焊接程序控制及焊接系 统故障自诊断，并实现与本 地计算机及手控盒的通讯联 系。
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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
《机器人技术基础》02 工业机器人
机器人码垛生产线
机器人码垛示意图
机器人码垛生产线
机械手爪
作为码垛机器人的重要组成部分之一，码垛机械手（也称手爪 或抓手）的工作性能，包括高可靠性、结构简单新颖、质量小等参 数对码垛机器人的整体工作性能具有非常重要的意义。可根据不同 的产品，设计不同类型的机械手爪，使得码垛机器人具有效率高、 质量好、适用范围广、成本低等优势，并能很好地完成码垛工作。
自动供袋取袋夹袋
不合格 不合格
剔除
1.自动定量包装机
2.自动供袋取袋套袋装置
3.主输送单元
4.自动封口单元
5.喷墨打印（打码）单元
6.倒包、压包输送单元
7.高低输送单元
8.金属检测机
9.重量复检机
10.自动剔除机
11.机器人码垛
12.电气控制单元
高位码垛
机器人码垛
机器人码垛生产线
机器人码垛生产线整体示意图
化肥
水泥
41
机器人码垛生产线
机械手爪：夹板式机械手爪
说明：该类手爪主要用于整箱或规则盒装包 装物品的码放，可用于各种行业。可以一次 码一箱（盒）或多箱（盒）。
单板型机械手爪
双板型机械手爪
码箱视频演示
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机器人码垛生产线
机械手爪：真空吸取式机械手爪 说明：该类手爪主要用于适合吸盘吸取的码放物，如覆膜包装盒， 塑料箱，纸箱等。
喷涂机器人
机器人喷涂汽车后视镜
机器人喷涂汽车保险杠Biblioteka ABB喷涂机器人ABB
喷 涂 机 器 人
紧凑型喷涂机器人
三、装配工业机器人
• 装配工艺是整个机械制造过程中自动化程度最低的。 • 随着科技的进步和市场竞争的加剧，尤其对多品种、
工业机器人技术基础模块一
(3)本体结构更新加快 随着技术的进步,机器人本体近10年来发展变化 很快。以日本安川公司的MOTOMAN机器人产品为例,L系列机器人持 续10年时间,K系列机器人持续5年时间,SK系列机器人持续3年时间。其 最突出的特点是:大臂采用新型的非平行四边形的单连杆机构,工作空间 有所增加,本体自重进一步减小,变得更加轻巧。
模块一 工业机器人基础知识
任务一 认识工业机器人
知识目标: 1.掌握工业机器人的定义。 2.熟悉工业机器人的常见分类及行业应用。 3.了解工业机器人的发展现状和趋势。
4.了解工业机器人的安全使用注意事项。
能力目标: 1.能结合工厂自动化生产线说出搬运机器人、码垛机器人、
装配机器人、涂装机器人和焊接机器人的应用场合。 2.能进行简单的机器人操作。
我国在机器人领域的发展尚处于起步阶段,应以美国模式着手,在条件成 熟后逐步向日本模式靠近。整体而言,与国外进口机器人相比,国产工业 机器人在精度、速度等方面不如同类进口产品,特别是在关键核心技术 上还没有取得应用突破。
任务一 认识工业机器人
3.工业机器人的发展趋势
从近几年推出的产品来看,工业机器人技术正向高性能、智能化 、模块化和系统化方向发展,其发展趋势主要为:结构的模块化和 可重构化;控制技术的开放化、PC化和网络化;伺服驱动技术的数 字化和分散化;多传感器融合技术的实用化;工作环境设计的优化 和作业的柔性化。
任务一 认识工业机器人
总之,机器人行业的发展与30年前的计算机行业极为相似。机器人制造 公司没有统一的操作系统软件,流行的应用程序很难在五花八门的装置 上运行。机器人硬件的标准化工作也尚未开始,在一台机器人上使用的 编程代码,几乎不可能在另一台机器人上发挥作用。如果想开发新的机 器人,通常需要从零开始。
模块一 工业机器人基础知识
任务一 认识工业机器人
知识目标: 1.掌握工业机器人的定义。 2.熟悉工业机器人的常见分类及行业应用。 3.了解工业机器人的发展现状和趋势。
4.了解工业机器人的安全使用注意事项。
能力目标: 1.能结合工厂自动化生产线说出搬运机器人、码垛机器人、
装配机器人、涂装机器人和焊接机器人的应用场合。 2.能进行简单的机器人操作。
我国在机器人领域的发展尚处于起步阶段,应以美国模式着手,在条件成 熟后逐步向日本模式靠近。整体而言,与国外进口机器人相比,国产工业 机器人在精度、速度等方面不如同类进口产品,特别是在关键核心技术 上还没有取得应用突破。
任务一 认识工业机器人
3.工业机器人的发展趋势
从近几年推出的产品来看,工业机器人技术正向高性能、智能化 、模块化和系统化方向发展,其发展趋势主要为:结构的模块化和 可重构化;控制技术的开放化、PC化和网络化;伺服驱动技术的数 字化和分散化;多传感器融合技术的实用化;工作环境设计的优化 和作业的柔性化。
任务一 认识工业机器人
总之,机器人行业的发展与30年前的计算机行业极为相似。机器人制造 公司没有统一的操作系统软件,流行的应用程序很难在五花八门的装置 上运行。机器人硬件的标准化工作也尚未开始,在一台机器人上使用的 编程代码,几乎不可能在另一台机器人上发挥作用。如果想开发新的机 器人,通常需要从零开始。
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