工业机器人基础知识
工业机器人基础知识
塑料橡胶制造业
工业机器人在塑料橡胶制造领 域的应用包括注塑、吹塑、挤
出等成型工艺。
其他制造业
工业机器人在其他制造业领域 的应用如食品包装、纺织印染
、木材加工等。
工业机器人市场现状及趋势
市场现状
全球工业机器人市场规模不断扩大，亚洲地区成为最大市场，中国是全球最大的 工业机器人市场之一。
发展趋势
随着人工智能技术的不断发展，工业机器人将越来越智能化，具备更高的自主性 和学习能力；同时，协作机器人（Cobots）将成为未来发展的重要方向，实现 人机协同作业，提高生产效率和质量。
导航技术
利用传感器感知环境信息，结合 地图构建和定位技术，实现工业 机器人在复杂环境中的自主导航 和避障。
机器视觉与图像处理技术
机器视觉
通过图像传感器获取环境信息，利用 计算机视觉算法对图像进行处理和分 析，提取出有用的特征和信息，为工 业机器人的决策和行动提供依据。
图像处理技术
包括图像增强、滤波、边缘检测、特 征提取等算法，用于提高图像质量、 减少噪声干扰、提取目标特征等。
及时更换磨损件
根据机器人的使用情况，定期更换易损件，如轴承、齿轮等，以 保证机器人的正常运行。
软件更新与备份
定期更新机器人软件，以修复潜在漏洞并提高性能；同时备份重 要数据，以防数据丢失。
维修工具及配件选择建议
专用维修工具
选择适用于工业机器人的专用维修工具，如专用螺丝刀、扳手、测 量仪表等，以确保维修质量和效率。
原厂配件
优先选用原厂生产的配件，以确保与机器人原有部件的兼容性和稳 定性。
高品质替代品
若无法获取原厂配件，可选用经过认证的高品质替代品，但需确保其 与机器人原有部件的匹配性和可靠性。
工业机器人基础知识
机器人的定义机器人的定义美国国家标准局（NBS ）的定义：“机器人是一种机器人是一种 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：机器人具有以下特性：（1）一种机械电子装置；）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；）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；）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。
）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：）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，按预定的不变方法有步骤地依此执行任务的设备，其执行顺序难其执行顺序难以修改；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。
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，第六类：智能机器人。
学工业机器人的基础知识
学工业机器人的基础知识工业机器人是一种能够自动完成各种生产任务的机器人，广泛应用于制造业。
学习工业机器人的基础知识对于从事相关工作的人员来说是必要的。
本文将介绍工业机器人的基本概念、分类、工作原理、应用领域以及未来发展方向等方面的知识。
一、工业机器人的基本概念工业机器人是一种可以代替人类完成重复性、危险性或高精度工作的自动化设备。
它具有多关节、可编程、可重复执行任务的特点。
工业机器人可以根据预设的程序和指令，完成各种生产任务，如搬运、装配、焊接、喷涂等。
二、工业机器人的分类根据机器人的结构和工作方式，工业机器人可以分为以下几类：1. 固定式机器人：固定在工作台或生产线上，只能在固定区域内工作。
2. 移动式机器人：具有自主移动能力，可以在工厂内自由移动，完成各种任务。
3. 可重配置机器人：可以根据需要进行结构和功能的重新配置，适应不同的生产任务。
4. 协作式机器人：与人类共同工作，能够感知人类的存在并做出相应的动作，实现人机协作。
三、工业机器人的工作原理工业机器人的工作原理包括感知、决策和执行三个步骤。
1. 感知：工业机器人通过传感器获取周围环境的信息，如视觉传感器、力传感器等，以便正确地感知和理解工作环境。
2. 决策：根据感知到的信息，工业机器人通过内置的控制系统进行数据处理和分析，做出相应的决策和规划工作路径。
3. 执行：工业机器人根据决策结果，通过驱动机构执行具体的动作，如移动、抓取、装配等。
四、工业机器人的应用领域工业机器人广泛应用于制造业的各个领域，如汽车制造、电子设备制造、食品加工等。
1. 汽车制造：工业机器人在汽车制造中扮演着重要的角色，可以完成车身焊接、喷涂、装配等工作。
2. 电子设备制造：工业机器人可以完成电子设备的组装、质量检测、包装等任务，提高生产效率和产品质量。
3. 食品加工：工业机器人在食品加工中的应用越来越广泛，可以完成食品的分拣、烹饪、包装等工作。
五、工业机器人的未来发展方向随着科技的不断进步，工业机器人也在不断发展和创新。
工业机器人基础知识
1．工业机器人技术及关键基础部件（1）机器人关键基础部件定义、分类及市场占有率；机器人关键基础部件是指构成机器人传动系统，控制系统和人机交互系统，对机器人性能起到关键影响作用，并具有通用性和模块化的部件单元。
机器人关键基础部件主要分成以下三部分：高精度机器人减速机，高性能交直流伺服电机和驱动器，高性能机器人控制器等。
目前在高精度机器人减速机方面，市场份额的75%均两家日本减速机公司垄断，分别为提供RV摆线针轮减速机的日本Nabtesco和提供高性能谐波减速机的日本Harmonic Drive.包括 ABB, FANUC, KUKA,MOTOMAN在内国际主流机器人厂商的减速机均由以上两家公司提供，与国内机器人公司选择的通用机型有所不同的是，国际主流机器人厂商均与上述两家公司签订了战略合作关系，提供的产品大部分为在通用机型基础上根据各厂商的特殊要求进行改进后的专用型号。
国内在高精度摆线针轮减速机方面研究起步较晚，仅在部分院校，研究所有过相关研究。
目前尚无成熟产品应用于工业机器人。
近年来国内部分厂商和院校开始致力高精度摆线针轮减速机的国产化和产业化研究，如浙江恒丰泰，重庆大学机械传动国家重点实验室，天津减速机厂，秦川机床厂，大连铁道学院等。
在谐波减速机方面，国内已有可替代产品，如北京中技克美，北京谐波传动所，但是相应产品在输入转速，扭转高度，传动精度和效率方面与日本产品还存在不小的差距，在工业机器人上的成熟应用还刚刚起步。
在伺服电机和驱动方面，目前欧系机器人的驱动部分主要由伦茨，Lust，博世力士乐等公司提供，这些欧系电机及驱动部件过载能力，动态响应好，驱动器开放性强，且具有总线接口，但是价格昂贵。
而日系品牌工业机器人关键部件主要由安川，松下，三菱等公司提供，其价格相对降低，但是动态响应能力较差，开放性较差，且大部分只具备模拟量和脉冲控制方式。
国内近年来也开展了大功率交流永磁同步电机及驱动部分基础研究和产业化，如哈尔滨工业大学，北京和利时，广州数控等单位，并且具备了一点的生产能力，但是其动态性能，开放性和可靠性还需要更多的实际机器人项目应用进行验证。
工业机器人的基础知识
图1-1 Unimate 机器人
2）初级阶段（20世纪60—70年代） 1961年，德沃尔的Unimation公司为通用汽车生产线安装了第一台用于生产的工
业机器人，它主要用于生产门窗把手、换挡旋钮、灯具和其他汽车内饰用五金件。 1978年，日本山梨大学牧野洋发明SCARA机器人（见图1-2），该机器人具有
将串联机器人和并联机器人有机结合起来的工业机器人，称为混联机 器人。混联机器人既有并联机器人刚度好的优点，又有串联机器人工作范 围大的优点，进一步扩大了机器人的应用范围。
2．按操作机坐标形式分类
工业机器人按操作机坐标形式的不同，可分为直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、 球坐标机器人和多关节机器人等。
四个轴和四个运动自由度，特别适合于装配工作，如今被广泛应用于汽车工业、电 子产品工业、药品工业和食品工业等领域。
图1-2 SCARA机器人
3）迅速发展阶段（20世纪80—90年代）
1981年，通用汽车公司第一次将CONSIGHT机器视觉系统成功地应用在了一个 恶劣的制造环境中，利用三台工业机器人以每小时1400个的速度分拣出六种不同的 铸件。
工业机器人基础
工业机器人的基础知识
1.1 工业机器人的定义及特点
用来进行搬运机械部件或工件的、可编程序的多功能操作器，或通过 改变程序可以完成各种工作的特殊机械装置。
工业机器人有以下几个特点：
1．可编程
生产自动化的进一步发展是柔性自动化。工业机器人可随其工作环境 变化的需要而再编程。因此，它在小批量、多品种、均衡、高效的柔性制 造过程中能发挥很好的作用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。
1）高性能 2）机械结构向模块化、可重构化发展 3）本体结构更新加快 4）控制技术的开放化、PC化和网络化 5）多传感器融合技术的实用化 6）多智能体协调控制技术
《工业机器人基础知识》
2.3 坐标系
2.3.1 简介
机器人是由运动轴和连杆组成的，而其运动方式是在不同的坐标系下进 行的，为了掌 握机器人的示教方法，应首先了解机器人的坐标系及各运动轴 在不同坐标系的运动。
主要有： 关节坐标系 绝对坐标系(直角坐标系) 圆柱坐标系 工具坐标系 用户坐标系
关节坐标系 机器人每个轴均可以独立地正向或反向转动，关节坐标系是机器人各关节 上固定的坐标系，用于确定机器人的关节角。
图4-17 工具坐标系及各轴的运动
主运动轴 腕运动轴
表4-4 工具坐标系下机器人的运动方式
轴
运动方式
六轴联动
沿 X 轴方向运动 沿 Y 轴方向运动
沿 Z 轴方向运动
末端点位置不变， 机器人分别绕 X 、Y、Z 轴转动
5. 用户坐标系 用户坐标系是用户根据工作的需要，自行定义的坐标系，用户可根据需要
基坐标系 基坐标系是一个固定定义的直角坐标系，位于位于机器人基座。它是最便 于机器人从一个位置移动到另一个位置的坐标系。
世界坐标系 世界坐标系是固定定义的直角坐标系，默认世界坐标系与基坐标系重合。 世界坐标系可定义机器人单元，所有其他的坐标系均与世界坐标系直接或 间接相 关。它适用于微动控制、一般移动以及处理具有若干机器人或外轴 移动机器人的工作站 和工作单元。
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 。
2.2.3 额定速度
工业机器人基础知识培训
contents •工业机器人概述•工业机器人组成与原理•工业机器人编程与操作•工业机器人维护与保养•工业机器人安全规范与法规•工业机器人发展趋势及挑战目录01工业机器人概述定义与发展历程定义发展历程汽车制造业电子电器行业塑料橡胶工业其他行业工业机器人应用领域工业机器人市场现状及趋势市场现状全球工业机器人市场规模不断扩大，亚洲地区尤其是中国已成为最大的工业机器人市场。
同时，工业机器人技术不断创新，应用领域不断拓展。
发展趋势随着人工智能、物联网等技术的不断发展，工业机器人将实现更高程度的智能化和自主化。
未来，工业机器人将与人类更加紧密地协作，共同推动制造业的转型升级。
同时，随着环保意识的提高和资源的日益紧缺，工业机器人的绿色化、节能化将成为重要的发展方向。
02工业机器人组成与原理机械结构工业机器人机械结构主要包括基座、腰部、大臂、小臂、腕部和手部等部分，构成一个多自由度的机械系统。
机械结构的设计需考虑机器人的工作范围、负载能力、精度和稳定性等要求。
常用的机械结构类型包括直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型和关节型等。
传感器与感知系统工业机器人配备多种传感器，如位置传感器、速度传感器、力传感器和视觉传感器等，用于感知自身状态和外部环境。
感知系统对传感器信息进行处理和融合，为机器人提供准确的环境信息和自身状态信息。
先进的感知技术如深度学习、机器视觉等，可提高机器人的感知能力和智能化水平。
执行器是机器人驱动系统的核心部件，根据控制指令驱动机器人各关节运动，实现机器人的各种动作。
控制系统的性能直接影响机器人的运动精度、响应速度和稳定性等关键指标。
工业机器人控制系统包括硬件和软件两部分，负责机器人的运动规划、控制算法实现和任务调度等功能。
控制系统与执行器工业机器人通过通讯接口与上位机或其他设备进行数据交换和协同工作。
常用的通讯协议包括EtherCAT、Profinet、Modbus等，可实现实时、高速和可靠的数据传输。
工业机器人技术基础-第一章-机器人基础知识
任务一 认识工业机器人
图1-1-1 世界上第一台工业机器人Unimate
任务一
2.工业机器人的发展现状
认识工业机器人
机器人作为20世纪人类最伟大的发明之一,自20世纪60年代初问世以来,从简单机
器人发展到智能机器人,意味着机器人技术的发展已取得长足进步。
2005年,日本安川(YASKAWA)公司推出能够从事此前由人类完成的组装及搬运作业 的产业机器人MOTOMAN-DA20和MO-TOMAN-IA20,如图1-1-2所示。MOTOMAN-DA20 机器人是一款在仿造人类上半身的构造物上配备2个六轴驱动臂型的双臂机器人,其上半身 构造物本身具有绕垂直轴旋转的关节,尺寸与成年男性大体相同,可直接配置在此前人类进 行作业的场所。因为可实现接近人类两臂的动作,因此MOTOMAN-DA20机器人可以稳定 地搬运工件,还可以从事紧固螺母以及部件的组装和插入等作业。另外,它与协调控制2个臂 型机器人相比,占地面积更小。其单臂负重能力为20kg,双臂最多可搬运40kg的工件。
任务一 认识工业机器人
(1)第一代机器人——示教再现机器人 示教再现机器人能够按照人类预先示教的轨迹、 行为、顺序和速度重复作业。示教可以由操作人员手把手地进行。例如操作人员握住机器 人上的喷枪,沿喷漆路线示教一遍,机器人会记住这一连串运动,工作时,自动重复这些运动, 从而完成给定位置的涂装工作。这种手把手示教方式即所谓的直接示教, 如图1-1-6a所示。 但是,比较普遍的方式是通过示教器示教,如图1-1-6b所示。操作人员利用示教器上的开关或 按键来控制机器人一步一步运动,机器人自动记录,然后重复。目前在工业现场应用的机器 人大多属于第一代机器人。
管组件受到机械性损伤,而且可以防止软管在机器人改变方
工业机器人基础知识
1. 1 认识工业机器人
• 四轴并联机器人又名蜘蛛手机器人、DELTA 机器人, 四个关节呈并联 结构, 运行速度快, 用于食品、药品分拣等应用领域, 如图1-8 所示。
• 3. 按机器人应用分类 • “中国制造2025” 战略规划的提出, 使制造业向数字化、网络化、智
能化方向发展, 工业机器人作为智能制造领域的重要载体, 已广泛应用 于汽车及其零部件制造业、机械加工行业、3C 行业、橡胶及塑料工 业、食品、医药、陶瓷卫浴、木材与家具制造业等领域, 见表1-1。机 器人产品也已涉及焊接、装配、搬运、上下料、冲压、铸锻、注塑、 折弯、码垛、喷涂等应用。短短40 年内, 机器人技术得到了迅速发展 。
• 1. 1. 3 工业机器人的组成
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1. 1 认识工业机器人
• 工业机器人由机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统组成, 如图 1-1 所示。
• 机械系统即机器人的身体, 包括机座、臂部、手腕、末端执行器、行 走机构等; 驱动系统即机器人的肌肉, 主要有电气驱动、液压驱动和气 压驱动三种类型; 控制系统即机器人的大脑, 由计算机控制软件和硬件 组成; 感知系统即机器人神经系统, 由内部传感器和外部传感器组成。
• 1. 1. 4 工业机器人的分类
• 关于工业机器人的分类, 国际上没有制定统一的标准, 一般按照应用领 域、机械结构特征、自由度数等进行分类。
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1. 1 认识工业机器人
• 工业机器人还处在起步发展阶段, 需要进行不断完善和发展, 本书主要 介绍如下几种分类方法。
• 1. 按机器人的技术等级分类 • (1) 示教再现机器人(第一代工业机器人) • 能够按照人类预先示教的轨迹、行为、顺序和速度重复作业, 操作员
(完整版)工业机器人技术基础
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• (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。
工业机器人基础知识
工业机器人基础知识目录CONTENTS 1. 工业机器人的发展历程及现状2. 工业机器人的类型及技术参数3. 机器人的坐标系统01 埃斯顿企业简介01工业机器人的发展历程及现状ROBOTICS 011954年乔治·德沃尔申请了一个“可编程关节式转移物料装置”的专利约瑟夫·恩格尔伯格与德沃尔合作成立了世界上第一个机器人公司Unimation1959年研制出第一台工业机器人Unimate，并在1961年将其应用到汽车生产线上，用于将铸件中的零件取出。
Unimation是Universal和Automation的组合。
1960年被称为机器人元年；德沃尔和恩格尔伯格被称为工业机器人之父。
世界第一台工业机器人发明专利第一台安装在通用汽车公司的机器人根据国际机器人联盟IFR发布的数据，工业机器人年度装机量突破42 万台，至2019年底全球工业机器人装机总量达到274.7万台，预计未来三年将以13%的速度持续增长。
在产业结构调整及制造业智能化转型升级的背景下，亚太地区机器人市场需求强劲。
2019年，全球机器人市场规模达到294亿美元（含工业机器人及服务机器人）。
60%20%3% 17%亚太地区 北美地区 欧洲地区其他地区2019年全球机器人市场规模（亿美元）7.3 58.6 51.1 177100200亚太地区 欧洲地区北美地区 其他地区2019年全球机器人市场结构（亿美元）135159120 140 160 180服务机器人工业机器人 [百分 比][百分 比]服务机器人 工业机器人TOP10厂商市场占有率较高，占据中国工业机器人市场的62%左右，相对2018年头部企业进一步集中，“四大家族”约占中国市场的39%。
T op11~20梯队中，国产品牌汇川、广数、台达等聚焦细分行业与重点客户，2019年销量有明显增长。
2020年受疫情影响，将会有更多机器人企业面临“资金荒”，行业将面临更严峻的洗牌，市场格局或将发生更大的变化。
工业机器人的基础知识
工业机器人的基础知识工业机器人是能模仿人体某些器官的功能（主要是动作功能）、有独立的控制系统、可以改变工作程序和编程的多用途自动操作装置。
工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。
“机器人”一词出自捷克文，意为劳役或苦工。
1920年，捷克斯洛伐克小说家、剧作家恰佩克在他写的科学幻想戏剧《罗素姆万能机器人》中第一次使用了机器人一词。
此后被欧洲各国语言所吸收而成为专门名词。
20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人;60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用;1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。
此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。
由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。
工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。
主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。
大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度;驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作;控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
工业机器人按臂部的运动形式分为四种。
直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动;圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作;球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩;关节型的臂部有多个转动关节。
工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。
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
工业机器人基础知识大全,看完秒懂!
工业机器人基础知识大全，看完秒懂！1.主体主体机械即机座和实行机构，包括大臂、小臂、腕部和手部，构成的多自由度的机械系统。
有的机器人另有行走机构。
工业机器人有6个自由度乃至更多腕部通常有1～3个活动自由度。
2.驱动系统工业机器人的驱动系统，按动力源分为液压，气动和电动三大类。
依据需求也可由这三种范例组合并复合式的驱动系统。
或者通过同步带、轮系、齿轮等机械传动机构来间接驱动。
驱动系统有动力装置和传动机构，用以实行机构发生相应的动作，这三类根本驱动系统的各有特点，现在主流的是电动驱动系统。
由于低惯量，大转矩交、直流伺服电机及其配套的伺服驱动器(交换变频器、直流脉冲宽度调制器)的普遍接纳。
这类系统不需能量转换，运用方便，控制灵敏。
大多数电机后面需安装精细的传动机构：减速器。
其齿运用齿轮的速率转换器，将电机的反转数减速到所要的反转数，并得到较大转矩的装置，从而降低转速，添加转矩,当负载较大时，一味提升伺服电机的功率是很不划算的，能够在适宜的速率范畴内通过减速器来进步输出扭矩。
伺服电机在低频运转下容易发热和出现低频振动，长时间和重复性的工作不利于确保其准确性、牢靠地运转。
精细减速电机的存在使伺服电机在一个适宜的速率下运转，加强机器体刚性的同时输出更大的力矩。
如今主流的减速器有两种：谐波减速器和RV减速3.控制系统机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功用和功能的主要要素。
控制系统是按照输入的程序对驱动系统和实行机构收回指令信号，并进行控制。
工业机器人控制技术的主要任务便是控制工业机器人在工作空间中的活动范围、姿势和轨迹、动作的时间等。
具有编程简单、软件菜单操纵、友好的人机交互界面、在线操纵提示和运用方便等特点。
控制器系统是机器人的中心，外国有关公司对我国实验紧密封闭。
连年来随着微电子技术的开展，微处置器的功能越来越高，而价钱则越来越便宜，现在市集上曾经出现了1-2美金的32位微处置器。
高性价比的微处置器为机器人控制器带来了新的开展机会，使开辟低本钱、高功能的机器人控制器成为可能。
工业机器人基础知识
工业机器人基础知识工业机器人是近年来广泛应用于工业生产领域的一种自动化设备。
它具有高效、精确、灵活等诸多优点，已经成为现代制造业的重要组成部分。
本文将介绍工业机器人的基础知识，包括其定义、分类、工作原理以及应用等方面。
一、定义工业机器人是一种可以代替人类进行重复性、危险性或高精度操作的自动化设备。
它由机械结构、控制系统和传感器等部分组成，能够根据预先编程的指令完成各种生产任务。
工业机器人通常具有多个自由度，能够在三维空间内移动和操作物体。
二、分类根据机械结构的不同，工业机器人可以分为多种类型。
常见的工业机器人分类如下：1. SCARA机器人：SCARA机器人是一种具有两个旋转自由度和一个平移自由度的机器人。
它适用于高速组装和加工任务，广泛应用于电子、汽车和医疗器械等行业。
2. Delta机器人：Delta机器人是一种具有较高速度和精度的平行机器人。
它常用于包装、搬运和装配等工作，有着快速响应和高效率的特点。
3. 前后向臂机器人：前后向臂机器人是一种结构简单、稳定性良好的机器人。
它主要用于装配、焊接和喷涂等工艺操作中。
4. 悬臂机器人：悬臂机器人是一种由臂架和转台组成的机器人。
它可以完成搬运、装配和焊接等任务，被广泛应用于汽车、食品和制药等领域。
三、工作原理工业机器人的工作原理主要包括控制系统和传感器的配合。
控制系统通过编程设置机器人的运动轨迹和操作方式，传感器则可以感知环境信息，并实时调整机器人的动作。
具体而言，工业机器人的工作流程如下：1. 传感器感知环境：工业机器人通过传感器感知周围环境的信息，包括物体的位置、形状和质量等。
2. 运动规划：根据任务需求和环境信息，控制系统对机器人的运动轨迹进行规划，并生成相应的控制指令。
3. 运动执行：控制系统将生成的控制指令发送给机械结构，机器人根据指令执行相应的动作。
4. 完成任务：机器人根据预定的轨迹和操作方式完成任务，如搬运物体、焊接零件或装配产品等。
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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。
这是给机器人赋予的伦理性纲领。
机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则。
1959年第一台工业机器人（采用可编程控制器、圆柱坐标机械手）在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。
我国机器人的发展有人认为，应用机器人只是为了节省劳动力，而我国劳动力资源丰富，发展机器人不一定符合我国国情。
其实这是一种误解，在我国，社会主义制度的优越性决定了机器人能够充分发挥其长处，它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益，而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。
我国机器人学研究起步较晚，但进步较快，已经在工业机器人、特种机器人和智能机器人各个方面区的了明显的成就，为我国机器人学的发展打下了坚实的基础。
机器人研究的基础内容1、空间机构学机器人机身和臂部机构的设计、机器人手部机构设计、机器人行走机构的设计、机器人关节部机构的设计。
2、机器人运动学研究要涉及到组成这一系统的各杆件之间以及系统与对象之间的相互关系，为此需要一种有效的数学描述方法。
3、机器人静力学静力学主要讨论机器人手部端点力与驱动器输入力矩的关系。
4、机器人动力学动力学方程是指作用于机器人各机构的力或力矩与其位置、速度、加速度关系的方程式。
5、机器人控制技术主要研究的内容有机器人控制方式和机器人控制策略。
6、机器人传感器机器人的感觉主要通过传感器来实现。
外部传感器有视觉、触觉、听觉、力觉传感器，内部传感器主要有位置、姿态、速度、加速度传感器。
7、机器人语言机器人语言分为通用计算机语言和专用机器人语言，机器人的组成1机械部分；2传感器(一个或多个)；3控制器；4驱动源。
按机器人的分类按照机器人的控制类型和结构坐标系特点分为：(1)非伺服机器人；(2)伺服控制机器人。
伺服控制机器人分为：(1)点位伺服控制；(2)连续轨迹伺服控制。
按机器人结构坐标系特点方式分类(1)直角坐标机器人；(2)圆柱坐标型机器人；(3)极坐标机器人；(4)多关节机器人。
机器人的主要技术参数１．自由度２．工作空间３．工作速度４．工作载荷５．控制方式６．驱动方式７．精度、重复精度和分辨率机器人机械结构的组成１．手部机器人为了进行作业，在手腕上配置了操作机构，有时也称为手爪或末端操作器．２．手腕联接手部和手臂的部分，主要作用是改变手部的空间方向和将作业载荷传递到手臂．３．臂部联接机身和手腕的部分，主要作用是改变手部的空间位置，满足机器人的作业空间，并将各种载荷传递到机座．４．机身机器人的基础部分，起支承作用．对固定式机器人，直接联接在地面基础上，对移动式机器人，则安装在移动机构上．机器人机构的运动１．手臂的运动1.垂直移动2.径向移动3.回转运动２．手腕的运动(1)手腕旋转(2)手腕弯曲(3)手腕侧摆常用的机身结构：１）升降回转型机身结构２）俯仰型机身结构３）直移型机身结构４）类人机器人机身结构手腕是联接手臂和手部的结构部件，它的主要作用是确定手部的作业方向。
因此它具有独立的自由度，以满足机器人手部完成复杂的姿态。
要确定手部的作业方向，一般需要三个自由度，这三个回转方向为：１）臂转绕小臂轴线方向的旋转。
２）手转使手部绕自身的轴线方向旋转。
３）腕摆使手部相对于臂进行摆动。
机器人的手部是是最重要的执行机构，从功能和形态上看，它可分为工业机器人的手部和仿人机器人的手部。
常用的手部按其握持原理可以分为夹持类和吸附类两大类。
行走机构行走机构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，另一方面还根据工作任务的要求，带动机器人实现在更广阔的空间内运动。
一般而言，行走机器人的行走机构主要有车轮式行走机构、履带式行走机构和足式行走机构，此外，还有不进式行走机构、蠕动式行走机构、混合式行走机构和蛇行式行走机构等，以适合于各种特别的场合。
履带式行走机构虽然可在高低不平的地面上运动，但它的适应性不够，行走时候晃动太大，在软地面上行驶运动效率低。
足式行走对崎岖路面具有很好的适应能力一，足式运动方式的立足点是离散的点，可以在可能到达的地面上选择最优的支撑点，而轮式和履带行走工具必须面临最坏的地形上的几乎所有点；足式运动方式还具有主动隔振能力，尽管地面高低不平，机身的运动仍然可以相当平稳；足式行走在不平地面和松软地面上的运动速度较高，能耗较少。
机器人关节的驱动方式：１．液压驱动２．气动式３．电动式自由度：物体能够对坐标系进行独立运动的数目称为自由度(DOF, degree of freedom)。
刚体具有6个自由度三个旋转自由度R1, R2, R3三个平移自由度T1, T2, T3研究的对象机器人从机构形式上分为两种，一种是关节式串联机器人，另外一种是并联机器人。
这两种机器人有所不同：串联机器人：工作空间大，灵活，刚度差，负载小，误差累积并放大。
并联机器人：刚性好，负载大，误差不积累，工作空间小，姿态范围不大。
通常串联机构正向运动学简单,逆向运动学复杂; 并联机构正向运动学复杂(多解),逆向运动学简单常见的机器人运动学问题可归纳如下：1．对一给定的机器人，已知杆件几何参数和关节角矢量求机器人末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态。
2．已知机器人杆件的几何参数，给定机器人末端执行器相对于参考坐标系的期望位置和姿态 (位姿)，机器人能否使其末端执行器达到这个预期的位姿？如能达到，那么机器人有几种不同形态可满足同样的条件?我们引入向量分别表示手爪位置和关节变量，因此，利用上述两个向量来描述一下这个2自由度机器人的运动学问题。
手爪位置的各分量，按几何学可表示为：坐标变换补充知识分别绕x,y,z 轴的旋转变换(基本旋转变换); 复合变换：平移和旋转构成复合变换。
所谓机器人的规划(P1anning)，指的是——机器人根据自身的任务，求得完成这一任务的解决方案的过程。
这里所说的任务，具有广义的概念，既可以指机器人要完成的某一具体任务，也可以是机器人的某个动作，比如手部或关节的某个规定的运动等。
为了实现每一个动作，需要对手部的运动轨迹进行必要的规定，这是手部轨迹规划(Hand trajectory planning )。
为了使手部实现预定的运动，就要知道各关节的运动规律，这是关节轨迹规划(Joint trajectory planning)。
最后才是关节的运动控制(Motion control)。
机器人的规划是分层次的，从高层的任务规划，动作规划到手部轨迹规划和关节轨迹规划，最后才是底层的控制。
力的大小也是要控制的，这时，除了手部或关节的轨迹规划，还要进行手部和关节输出力的规划。
智能化程度越高，规划的层次越多，操作就越简单。
对工业机器人来说，高层的任务规划和动作规划一般是依赖人来完成的。
而且一般的工业机器人也不具备力的反馈，所以，工业机器人通常只具有轨迹规划的和底层的控制功能。
机器人规划分为高层规划和低层规划。
自动规划在机器人规划中称为高层规划。
在无特别说明时，机器人规划都是指自动规划。
自动规划是一种重要的问题求解技术，它从某个特定的问题状态出发，寻求一系列行为动作，并建立一个操作序列，直到求得目标状态为止。
与一般问题求解相比，自动规划更注重于问题的求解过程，而不是求解结果。
规划就是指机器人为达到目标而需要的行动过程的描述。
规划内容可能没有次序，但是一般来说，规划具有某个规划目标的蕴含排序。
任务规划有三个阶段：建立模型、任务说明和操作机程序综合。
任务的世界模型应含有11212cos cos()x L L θθθ=++11212sin sin()y L L θθθ=++()r f θ=,00001),(⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=θθθθθc s s c x R ,00100),(⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=θθθθθc s s c y R ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=10000),(θθθθθc s s c z R如下的信息:(1)任务环境中的所有物体和机器人的几何描述；(2)所有物体的物理描述；(3)所有连接件的运动学描述，(4) 机器人和传感器特性的描述。
在世界模型中，任务状态模型还必包括全部物体和连接件的布局。
轨迹规划的目的是——将操作人员输入的简单的任务描述变为详细的运动轨迹描述。
在关节变量空间的规划有三个优点：1. 直接用运动时的受控变量规划轨迹；2.轨迹规划可接近实时地进行；3. 关节轨迹易于规划。