机器人技术及其应用第2章 机器人的机构与分类
机器人应用2
3.机身和臂部的配置型式
机身和臂部的配置形式基本上反映了机器人的总体 布局。
（1）横梁式
单臂悬挂式
双臂悬挂式
（2）立柱式
单臂式
双臂式
（3）机座式
单臂回转式
双臂回转式
多臂回转式
（4）屈伸式
平面屈伸型
空间屈伸型
四、手腕结构
手腕是连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。多数将腕部结构的驱动部分安 排在小臂上。 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。 手腕结构多为上述三个回转方式的组合，组合的方 式可以有多种形式，
仿人手
多关节柔性手
三指灵巧手
四指灵巧手
六、行走机构 行走机构是由驱动装置、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:
(1)车轮式行走机构 (2)履带式行走机构 (3)和足式行走机构 此外，还有步进式行走机构、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。
4．工作载荷 机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受 的最大负载量（包括手部）。用质量、力矩、惯性矩 来表示。 5．控制方式
机器人用于控制轴的方式，是伺服还是非伺服， 伺服控制方式是实现连续轨迹还是点到点的运动。
6．驱动方式 指关节执行器的动力源。 7．精度、重复精度和分辨率
精度、重复精度和分辨率用来定义机器人手部的 定位能力。
机器人学_第2章_机器人机械结构
– 肩关节的摆动：
• 电机M2→同步带传动B2→减速器R2→肩关节摆动n2
29
腕部俯仰
关节型机器人传动 系统图：
肘关节摆动
肩关节的摆动
腕部的旋转
30
腕部旋转局部图例：
电机M5→减速器R5→链轮 副 C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5
上料道与下料道分 别设在机床的两侧， 双臂能同时动作， 两臂同步沿横梁移 动，缩短辅助时间
b.双臂交叉配置，
两臂轴线交于机床 的中心，两臂交错 伸缩进行上下料， 并同时沿横梁移动
c.双臂交叉配置，
悬伸梁式，横梁长 度较a,b短，双臂位 于横梁的同一侧
5
(2).双臂悬挂式（b）
双臂回转型，双 臂交叉且绕同轴 回转，分别负责 上下料（主要是 盘状零件），只 需一个动力源， 结构紧凑，动作 范围大
第2章 机器人的机械结构
2.1 机身和臂部 2.2 腕部和手部结构 2.3 传动部件设计
1
2.1 机身和臂部
• 一.机身和臂部的作用
• 机身是直接连接支承传动手臂和行走机 构的部件，机身可以是固定的，也可以 是行走式的
• 手臂部件用来支承腕部（关节）和手部 （包括工件和工具），并带动它们在空 间运动
• 远距离传动手腕：
–有时为了保证具有足够大的驱动力，驱动装 置又不能做得足够小，同时也为了减轻手腕 的重量，采用远距离的驱动方式，可以实现 三个自由度的运动。
44
1）液压直接驱动BBR手腕图例：
回转 R
俯仰 B
偏转 B
45
2）. 单回转腕部 结构示例
46
3）双回转油缸驱动手腕
机器人技术及其应用
1.2 机器人的发展及应用
一、古代机器人
西周时期，出现了能歌善舞的伶人， 西周时期，出现了能歌善舞的伶人， 这是我国最早记载的机器人。 这是我国最早记载的机器人。
机器马车
春秋后期，鲁班曾制造过一只木鸟，能在空中飞行“ 春秋后期，鲁班曾制造过一只木鸟，能在空中飞行“三日 不下” 不下”。 公元前2世纪， 公元前 世纪，亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的 世纪 机器人──自动机。可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。 机器人 自动机。可以自己开门，还可以借助蒸汽唱歌。 自动机
写字机器人
1773年 自动书写玩偶、自动演奏玩偶等被连续推出。 1773年，自动书写玩偶、自动演奏玩偶等被连续推出。现在 保留下来的瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶， 保留下来的瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，还定期弹奏 音乐供参观者欣赏。 音乐供参观者欣赏。 19世纪中叶出现了科学幻想派和机械制作派 1886年 19世纪中叶出现了科学幻想派和机械制作派 。1886年《未来 世纪中叶 的夏娃》问世。在机械实物制造方面，1893年摩尔制造了“ 的夏娃》问世。在机械实物制造方面，1893年摩尔制造了“蒸汽 年摩尔制造了 人”，“蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。 蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。
机 器 鱼
机器鱼“自由泳” 机器鱼“自由泳” “过龙门” 过龙门” 在水中“ 在水中“戏球 ”自主地避开障碍物
我 国 研 制 的 排 爆 机 器 人
我国工业机器人的发展： 我国工业机器人的发展：
70年代的萌芽期，80年代的开发期和 年代的适用化期。 年代的萌芽期， 年代的开发期和 年代的适用化期。 年代的开发期和90年代的适用化期 年代的萌芽期 1972年开始研制自己的工业机器人 年开始研制自己的工业机器人 “七五”期间，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发， 七五”期间，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发， 研制出了喷涂、点焊、 研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人 1986年国家高技术研究发展计划（863计划）开始实施 年国家高技术研究发展计划（ 计划 计划） 年国家高技术研究发展计划 上世纪90年代初期起， 上世纪 年代初期起，形成了一批机器人产业化基地 年代初期起
工业机器人技术与应用第2章 工业机器人的机械结构
2.4 工业机器人手部结构
2.5 工业机器人驱动与传动
2.1 工业机器人机身结构
工业机器人机身是直接连接、支承和传动手臂及行走机构的部件。它是由 臂部运动（升降、平移、回转和俯仰）机构及有关的导向装置、支撑件等 组成。 1．回转与升降型机身结构 回转与升降型机身结构主要由实现臂部的回转和升降运动的机构组成。
KUKA IR-662/100型机器人手腕传动图
2.2 工业机器人臂部结构
三、机器人臂部机构 3．臂部回转与升降机构
手臂回转与升降机构常采用回转缸与升降缸单独驱动，适用于升降行程短而 回转角度小于360°的情况，也有采用升降缸与气动马达-锥齿轮传动的结构。
2.3 工业机器人腕部结构
腕部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调整。
一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （1）单自由度回转运动手腕
回转油缸直接驱动的单自由度腕部结构 1-回转油缸 2-定片 3-腕回转轴 4-动片 5-手腕
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （2）双自由度回转运动手腕
2.3 工业机器人腕部结构
一、机器人手腕的典型结构 2．手腕的典型结构 （3）三自由度回转运动手腕
4．类人机器人型机身结构 类人机器人的机身上除装 有驱动臂部的运动装置外 ，还应装有驱动腿部运动 的装置和腰部关节。
2.1 工业机器人机身结构
2.1 工业机器人机身结构
没有手臂的双足机器人Cassie
2.2 工业机器人臂部结构
手臂部件（简称臂部）是机器人的主要执行部件，它的作用是支撑腕部和 手部，并带动它们在空间运动，工业机器人腕部的空间位置及其工作空间 都与臂部的运动和臂部的参数有关。 一、机器人臂部的组成 机器人的手臂主要包括臂杆以及与其伸缩、屈伸或自转等运动有关的构件 ，如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支撑联接和位置检测元件等。 根据臂部的运动和布局、驱动方式、传动和导向装置的不同可分为：伸缩 型臂部结构，转动伸缩型臂部结构，屈伸型臂部结构，其他专用的机械传 动臂部结构。
机器人技术第二章
图2-3所示的机器人， 臂部在xO1y面内有三 个独立运——升降(L1)、 伸缩(L2)、和转动(Φ1)， 腕部在xO1y面内有一 个独立的运动——转 动(Φ2)。机器人手部 位置需要一个独立变 量——手部绕自身轴 线O3C的旋转Φ3。
机器人自由度的选择
• 一般自由度的选择：机器人自由度都是根 据机器人的用途来设计的，在三维空间中 描述一个物体的位姿（位置和姿态）需要6 个自由度。工业机器人的自由度是根据其 用途而设计的，可能小于6个自由度，也可 能大于6个自由度。
指机器人重复到达某一目标位置 的差异程度。 的差异程度 。 或 在相同的位置指令
下 ， 机器人连续重复若干次其位置的 分散情况。 分散情况 。 它是衡量一列误差值的密 集程度，即重复度。 集程度，即重复度。
o
o
机器人的分辨率和精度
• 分辨率：机器人的分辨率由系统设计参数 决定，并受到位置检测反馈元件的影响。 可分为编程分辨率和控制分辨率，编程分 辨率是指程序中可以设定的最小移动单位， 又称基准分辨率；控制分辨率是指位置反 馈回路能检测到的最小位移量。当它们相 等时，系统性能达到最佳。
1、驱动系统 、 概念： 概念：要使机器人运行起来, 需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置 作用：提供机器人各部位、各关节动作的原动力 驱动系统可以是液压传动、 气动传 动、电动传动, 或者把它们结合起来应 用的综合系统; 可以是直接驱动或者是 通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等 机械传动机构进行间接驱动。
表2-3为不同作业机器人要求的重复 精度。
工作空间（ ）：机器人 工作空间（Working space）：机器人 ）： 手腕参考点或末端操作器安装点（ 手腕参考点或末端操作器安装点（不 包括末端操作器） 包括末端操作器）所能到达的所有空 间区域， 间区域，一般不包括末端操作器本身 所能到达的区域。 所能到达的区域。
(完整)工业机器人技术及应用(教案)2-工业机器人的机械结构和运动控制
第二章工业机器人的机械结构和运动控制章节目录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。
学习目标认知目标*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＊了解工业机器人的运动控制能力目标＊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导入案例国产机器人竞争力缺失关键技术是瓶颈众所周知,中国机器人产业由于先天因素，在单体与核心零部件仍然落后于日、美、韩等发达国家。
虽然中国机器人产业经过 30 年的发展，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.课堂认知2.1 工业机器人的系统组成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。
工业机器人系统组成2。
1.1 操作机操作机（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.关节型机器人操作机基本构造机器人操作机最后一个轴的机械接口通常为一连接法兰，可接装不同的机械操作装置，如夹紧爪、吸盘、焊枪等。
(1）机械臂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。
机器人技术基础教学课件第2章
Ti ——输入力矩（N·m）；
To ——输出力矩（N·m）；
i ——输入齿轮角位移；
o ——输出齿轮角位移；
机器人技术基础
第二节 机器人的驱动机构
1．齿轮机构
Ti ,i
啮合齿轮转过的总的圆周距离相等，可以 得到齿轮半径与角位移之间的关系：
Rii Roo
TO ,O
Ri ——输入轴上的齿轮半径（m）； R0 ——输出轴上的齿轮半径（m）。
第一节 工业机器人的结构
（3）连杆杠杆式回转型夹持器
夹紧力FN和驱动力Fp之间关系：
FN
Fpc
2b tan a
连杆杠杆式回转型夹持器 1—杆；2—-连杆；3—-摆动钳爪；4—-调整垫片
机器人技术基础
第一节 工业机器人的结构
（4）齿轮齿条平行连杆式平移型夹持器
夹紧力FN和驱动力Fp之间关系：
FN
Fp R
Fp c
2b sin
楔块杠杆式回转型夹持器 1—-杠杆；2—弹簧；3—滚子；4—楔块；5—气缸
机器人技术基础
第一节 工业机器人的结构
（2）滑槽杠杆式回转型夹持器
夹紧力FN和驱动力Fp之间关系：
FN
Fp a 2b cos2
a
滑槽杠杆式回转型夹持器 1—支架；2—杆；3—圆柱销；4—-杠杆；
机器人技术基础
1．液压驱动
液压隧道凿岩机器人 机器人技术基础
液压混凝土破碎切割机器人
第二节 机器人的驱动机构
2．气压驱动
优点：
缺点：
（1）容易达到高速（1m/s）；
（1）压缩空气压力低；
（2）对环境无污染，使用安全；
（2）实现精确位置控制难度大；
机器人的基本概念与机构简述
4) 手腕(Wrist)：位于执行器与手臂之间，具 有支撑和调整末端执行器姿态功能的机构。 操作臂的组成部分之一。 5)手臂(Arm)：位于基座和手腕之间，由操作 手的动力关节和连杆等组成的组件。能支撑 手腕和末端执行器，并具有调整末端执行器 位置的功能。操作臂的组成部分。Outdated！ 6) 世界坐标系(World Coordinate System)： 参照地球的直角坐标系。 7) 机座坐标系、基坐标系(Base reference coordinate system)：参照机器人基座的坐标 系，即机器人末端位姿的参考坐标系。 8) 坐标变换(Coordinate Transformation)： 将一个点的坐标描述从一个坐标系转换到另 一个坐标系下描述的过程。
并联机器人
优点：系统的刚度大、定位 精度高 缺点：工作空间小、运动速 度低
串联机器人的种类：
Y
A、直角坐标型机器人
Z
X
P F ( X ,Y , Z )
B、 圆柱坐标机器人
R
R
z
P F (, Z , R )
z
C、 球坐标机器人
R
P F (, , R)
D、SCARA机器人
《机器人学》
第二章 机器人的基本概念与机构简介
战强
北京航空航天大学机器人研究所
2-1、基本概念
1) 自由度(Degree of Freedom, DOF)：指一个 点或一个物体运动的方式，或一个动态系统 的变化方式。每个自由度可表示一个独立的 变量，而利用所有的自由度，就可完全规定 所研究的一个物体或一个系统的位置和姿态。 也指描述物体运动所需的独立坐标数，3维空 间需要6个自由度。 2) 操作臂(Manipulator)：具有和人手臂(Arm) 相似的功能、可在空间抓放物体或进行其它 操作的机电装置。----Arm 3) 末端执行器(End-Effector)：位于机器人腕 部的末端，直接执行工作要求的装置。如灵 巧手、夹持器。----Hand/Gripper
机器人结构和分类
机器人结构和分类
一、按适用范围分类：
1、工业机器人：工业机器人是指应用于工业自动化生产的机器人，工业机器人通常包括分拣机器人、搬运机器人、焊接机器人、涂装机器人等。
2、医疗机器人：医疗机器人是指用于医疗的机器人，医疗机器人可以实现手术机器人、辅助诊断机器人、医疗照护机器人等。
3、服务机器人：服务机器人是指用于家庭、政府机构以及商业机构的机器人，服务机器人可以用于家政服务、保安守护、派送物品等。
4、教育科研机器人：教育科研机器人是指用于教育和科学研究的机器人，可用于试验室、展览馆、科技节等场合，可通过程序控制的动作来展示科学原理的可视化。
二、按工作原理分类：
1、机械式机器人：机械式机器人是指通过机械传动系统实现机器人的运动，比如减速机、减速器等。
2、电动式机器人：电动式机器人是指通过电动传动系统来控制机器人的运动，包括电机、驱动器等。
《机器人第二章》课件
探讨医疗机器人在手术和康复等领域的重要作 用。
家庭服务机器人的应用
介绍家庭服务机器人的应用场景，如智能家居 和老年人护理等。
军事机器人的应用
分析军事机器人在侦察和无人作战等任务中的 应用情况。
未来机器人的发展趋势
1 智能化和自主化
展望机器人未来的发展方向，包括更智能和 自主的特点。
机器人的历史发展概览
回顾机器人的历史，了解其 发展的里程碑和主要进展。
机器人的构成要素
1 硬件和软件
深入了解机器人的硬件组 成和软件系统，以及二者 之间的关系。
2 传感器和执行器
了解机器人的传感器和执 行器，它们对机器人感知 和执行任务的重要性。
3 控制系统和决策系统
探索机器人的控制系统和 决策系统，理解它们如何 使机器人能够做出智能决 策。
2 多模态和交互式
研究机器人未来的多模态感知和交互技术的 发展趋势。
3 协作式和群体化
探索机器人将更多地以协作和群体形式工作 的前景。
4 轻量化和柔性化
展示机器人轻量化和柔性化的趋势，以适应 不同的工作场景。
《机器人第二章》PPT课 件
欢迎来到《机器人第二章》PPT课件。本课程将带您深入了解机器人的定义、 分类和应用领域，以及机器人的构成要素和运动学、动力学、视觉系统、学 习和认知等方面知识。
概述
机器人的定义和分类
了解机器人的准确定义以及 不同类型的分类。
机器人的应用领域
探索机器人在各个领域中的 应用，包括工业、家庭服务、 医疗和军事等。
了解机器人的不同学习类型和学习方法，如监督学习和强化学习等。2Biblioteka 机器人的感知和认知及其模型
探索机器人的感知和认知能力，以及相关的认知模型和理论。
《机器人技术基础》课程大纲
《机器人技术基础》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：机器人技术基础英文名称：Robotic Technology Foundation二、课程编码及性质课程编码：0801051课程性质：选修课三、学时与学分总学时：32学分：2.0四、先修课程机械原理、机械设计、材料加工工程、工业控制五、授课对象本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设，也可以供机械科学与工程专业和机电一体化专业学生选修。
六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程是本专业的核心选修课程之一，其教学目的主要包括：1. 系统全面掌握机器人技术专业知识，具备应用这些知识分析、解决机器人应用中的系统集成及其自动化控制等复杂问题的能力；2. 掌握机器人概况、机器人学的数学基础、机器人运动学、机器人动力学、机器人控制原则与方法、机器人在材料成型加工中的应用以及人工智能，具备针对不同需求设计机器人集成制造/加工系统的能力；3. 理解不同机器人系统架构的特点与共性问题，掌握机器人路径规划与离线仿真分析方法，具备机器人集成系统的性能分析与评价能力；4. 了解机器人技术的发展前沿，掌握其在机械制造、材料成型、医疗、电子、航空航天与资源开发等行业的发展特点与动向，具备研发机器人制造/加工的基础与能力。
表1 课程目标对毕业要求的支撑关系七、教学重点与难点：教学重点：1）机器人应用范围非常广泛，其形式与结构等也多种多样，本课程以介绍机器人系统结构、设计与控制为主体，以讲述机器人集成制造/加工系统为重点；2）在全面了解与掌握机器人系统种类及结构特点的基础上，重点学习机器人系统设计与控制技术、机器人路径规划、离线仿真以及集成系统设计与实现；3）课程将重点或详细介绍机器人在机械制造、材料加工工程、先进制造中的典型应用，而对较普遍应用的系统仅作简要介绍或自学。
4）重点学习的章节内容包括：第3章“机器人运动学与动力学”（4学时）、第4章“机器人的驱动与控制”（4学时）、第5章“机器人轨迹规划及离线仿真”（4学时）第6章“工业机器人应用”（8学时）第7章“机器人系统集成技术”（4学时）。
工业机器人技术及应用(教案)2-工业机器人的机械结构和运动控制
工业机器人技术及应用(教案)2-工业机器人的机械结构和运动控制一、机器人的机械结构1. 机器人的基本构造•机器人的基本构造包括：臂部、手部和控制系统•臂部是机器人的主体，由一系列连接的杆件和关节构成，可用于控制机器人的姿态和位置•手部包含各种工具和夹具，可以用于各种生产和制造任务•控制系统包括计算机、传感器和执行器，用于控制机器人的运动和操作任务2. 关节类型•机器人的关节可分为旋转关节和平移关节•旋转关节可以使机器人沿着轴旋转，常用于拾取和放置物品的任务•平移关节可以使机器人沿着轴移动，常用于加工任务3. 机械臂•机械臂是机器人的核心部分，通常由6个旋转关节组成•机械臂的材料通常是铝合金或碳纤维，以保证强度和轻量化•机械臂的末端装有工具或夹具，以进行各种操作任务二、机器人的运动控制1. 运动规划•运动规划是制造机器人进行操作任务的一个重要部分•运动规划可以精确计算机器人的轨迹和姿态，以达到完成任务的目的•运动规划分为离线运动规划和在线运动规划2. 控制系统•控制系统是用于控制机器人运动的核心部分•控制系统包括控制器、传感器和执行器•控制器负责计算机器人的位置和姿态，并控制执行器完成任务•传感器用于检测机器人周围环境的变化•执行器通常使用电机或液压驱动系统，以驱动机械臂进行运动和操作任务3. 轨迹控制•轨迹控制是控制机器人运动的一个重要部分•轨迹控制可以实现精确控制机械臂的速度、加速度和位置•轨迹控制可以通过控制硬件和软件实现三、工业机器人的应用1. 应用领域•工业机器人广泛应用于自动化生产线、汽车制造、电子产品制造等领域•工业机器人可以减少劳动力成本，提高生产效率，降低事故率•工业机器人的应用范围不断扩大，也在人类生产中扮演越来越重要的角色2. 应用案例•工业机器人在汽车制造中的应用，可以实现大规模生产，提高生产效率•工业机器人在电子产品制造中的应用，可以提高制造质量、提高生产效率，并减少原料浪费•工业机器人也在生物医药和军事领域得到应用，如手术机器人和无人机等四、小结本文较为详细地介绍了工业机器人的机械结构和运动控制，以及应用领域和案例。
机器人技术与应用
机器人技术与应用机器人技术是近年来掀起的一股热潮，无论是在工业制造领域、医疗护理领域、军事领域还是在消费市场，都有着广泛的应用。
机器人的诞生，是为了模仿人类进行某种动作或任务，并完成一定的工作，具有很大的潜力和发展空间。
本文将巨览机器人技术的起源、分类、应用等方面进行阐述。
一、机器人技术的起源机器人技术，特指能自动执行特定任务的电、机、气等力学或电学元件的控制系统的集成，它是以计算机技术、控制技术、传感器技术和人工智能技术为核心的新兴技术。
20世纪50年代，机器人技术开始进入实用化阶段。
最早的机器人是由美国马萨诸塞州一位机械学家设计的，它只能识别物件、抓取物件并且将物件转移到另一个位置，操作方式非常简单。
随着人工智能技术的飞速发展，机器人技术取得了长足进展，现如今已成为生产与服务领域一个不可或缺的重要组成部分。
二、机器人技术的分类机器人按照工作环境的不同分为工业机器人、服务机器人、特种机器人等多种类型。
工业机器人是指在大型生产线上执行重复性、高精度、繁琐、危险或高速的作业任务的机器人。
工业机器人按照控制和感应器等方面的特点又可分为全电气、气液液压、模块化等多种类型。
服务机器人是指能够执行代替人工如：运输、送餐、清洁、保安、导航、游戏、服务、教育等服务的机器人。
特种机器人是指具有特殊用途的机器人，如探测器、炸药处理机器人、救援机器人、水下机器人、太空机器人等等。
三、机器人技术的应用机器人技术已经广泛应用于现代社会各个领域。
在工业制造领域，机器人可以完成大量重复性、精密的生产工作，实现高效的生产和协作。
在医疗护理领域，机器人可以协助医护人员完成手术、人工智能诊断和康复等工作。
在军事领域，机器人可以用于军事侦察和空中作战，降低军人伤亡。
在消费市场，机器人则可以帮助人们完成家庭保洁、物品排序、语音交互等工作。
随着机器人技术的不断进步，未来的应用前景也是非常广阔的，包括认知机器人、量子机器人、纳米机器人等方面的应用。
工业机器人技术基础2.2工业机器人的机械结构分类-根据坐标系统分类-课件
平面关节式机器人
可以看成是关节坐标式机器人的特例,它只有平行的肩关节和肘关节,关节 轴线共面,
谢谢各位的聆听
直角坐标型机器人的特点
• 优点：容易求解空间轨迹，容易实现控制，容易达到高定 位精度。
• 缺点：本体占空间体积大, 工作空间小，操作灵活性差。
2. 圆柱坐标型机器人（R2P）
• 通过两个移动和一个转动来实现手部空间位置的改变。
圆柱坐标型机器人的特点
• 优点：运动学模型简单；可获得较高的速度；可输出较大 的动力；能够伸入型腔式机器内部；本体所占空间体积比 直角坐标式要小。
• 缺点：可以到达的空间受到限制；末端操作器离立柱轴心 越远，精度越低；手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。
3. 球坐标型机器人（2RP）
• 手臂的运动由一个直线运动和两个转动所组成。
Xm
Z1
Z1
Xm
Ym
Zm
Y1
X1
Ym
Zm
Y1
X1
球坐标型机器人的特点
• 优点：本体所占空间体积小，机构紧凑；中心支架附近的 工作范围大，伸缩关节的线位移恒定。
工业机器人技术基础2.2工业机器人的机械结构分类-根据坐 标系统分类-课件
工业机器人的应用领域
一、根据坐标系统的分类
• 按坐标系统分，工业机器人的主要机械结构有： • 直角坐标型 • 圆柱坐标型 • 球坐标型（也称极坐标型） • 关节坐标型和平面关节型
1. 直角坐标型机器人（3P）
• 通过三个相互垂直轴线上的移动来改变手部的空间位置。
• 缺点：轨迹求解较难，难于控制，且转动关节在末端执行 器上的线位移分辨率是一个变量。
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机器人的组成和分类
（３）极坐标型机器人 极坐标型机器人又称为球坐标型机器人， 其结构如图２⁃１c 所示， R、θ 和
β 为坐标系的三个坐标。其中θ 是绕手臂支承底座垂直轴的转动角， β 是手臂在铅 垂面内的摆动角。这种机器人运动所形成的轨迹表面是半球面。
机器人的组成和分类
（４） 多关节坐标型机器人 多关节坐标型机器人的结构如图２⁃１ｄ 所示， 它是以其各相邻运动构件之 间的相对角位移作为坐标系的。θ、α 和ϕ 为坐标系的三个坐标， 其中θ是绕底座铅 垂轴的转角， ϕ 是过底座的水平线与第一臂之间的夹角， α 是第二臂相对于第一 臂的转角。这种机器人手臂可以达到球形体积内绝大部分位置， 所能到达区域的 形状取决于两个臂的长度比例。
机器人的组成和分类 2.1.2 机器人的分类
机器人有多种分类方法， 本节分别按机器人的控制方式、结构坐标系特点、 机器人组成结构进行分类。
1.按机器人的控制方式分类 按照控制方式可把机器人分为非伺服控制机器人和伺服控制机器人两种。
机器人的组成和分类
（１） 非伺服控制机器人 非伺服控制机器人工作能力比较有限， 机器人按 照预先编好的程序顺序进行工作， 使用限位开关、制动器、插销板和定序器来控 制机器人的运动。插销板是用来预先规定机器人的工作顺序， 而且往往是可调的。 定序器是一种定序开关或步进装置， 它能够按照预定的正确顺序接通驱动装置的 能源。驱动装置接通能源后，就带动机器人的手臂、腕部和手部等装置运动。当 它们移动到由限位开关所规定的位置时， 限位开关切换工作状态， 给定序器送去 一个工作任务已完成的信号， 并使终端制动器动作， 切断驱动能源， 使机器人 停止运动。
连续轨迹伺服控制机器人能够平滑地跟随某个规定的路径， 其轨迹往往是某 条不在预编程端点停留的曲线路径。连续轨迹伺服控制机器人具有良好的控制和 运行特性。由于数据是依时间采样， 而不是依预先规定的空间点采样的， 因此机 器人的运行速度较快，功率较小， 负载能力也较小。连续轨迹伺服控制机器人主 要用于弧焊、喷涂、打坐标结构机器人的特点。
机器人的组成和分类
表２⁃１ 总结了不同坐标结构机器人的特点。
机器人的组成和分类
表２⁃１ 总结了不同坐标结构机器人的特点。
机器人的组成和分类
表２⁃１ 总结了不同坐标结构机器人的特点。
机器人的组成和分类
3.按机器人组成结构分类
（１） 串联机器人 串联机器人是一个开式运动链机构， 它是由一系列的连杆通过转动关节或移 动关节串联而成的， 即机械结构使用串联机构实现的机器人称为串联机器人。按 构件之间运动副的不同， 串联机器人可分为直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器 人、极坐标型机器人和多关节坐标型机器人。 串联机器人因其结构简单、易操作、灵活性强、工作空间大等特点而得到了广 泛的应用。串联机器人的不足之处是运动链较长， 系统的刚度和运动精度相对较 低。另外，由于串联机器人需在各关节上设置驱动装置， 各动臂的运动惯量相对 较大， 因而， 也不宜实现高速或超高速操作。
第二章
机器人的机构分类 与设计
目录 Contents
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
机器人的组成和分类 机器人的主要技术参数 机器人设计和选用准则 机器人的机械结构 机器人的驱动机构 小结
机器人的组成 和分类
机器人的组成和分类
2.1.1 机器人概述
机器人一般都由四个主要部分组成： ①机械系统； ②传感系统； ③驱动系 统； ④控制系统。
机器人的组成和分类
点位伺服控制机器人的受控运动方式为由一个点位目标移向另一个点位目标， 只在目标点上完成操作。机器人可以以最快的和最直接的路径从一个目标点移到 另一个目标点。通常， 点位伺服控制机器人能用于只有终端位置是重要的而对目 标点之间的路径和速度不做主要考虑的场合。点位控制主要用于点焊、搬运机器 人。
机器人的组成和分类
2.按机器人结构坐标系特点分类
（１） 直角坐标型机器人 直角坐标型机器人的结构如图２⁃１a 所示， 它在x、y、z轴上的运动是独立 的。
机器人的组成和分类
（２） 圆柱坐标型机器人 圆柱坐标型机器人的结构如图２⁃１b 所示，R、 θ 和z为坐标系的三个坐标， 其中R 是手臂的径向长度， θ是手臂的角位置， z是垂直方向上手臂的位置。如果 机器人手臂的径向坐标R保持不变， 机器人手臂的运动将形成一个圆柱表面。
机器人的组成和分类
使各种机械构件产生运动的装置为驱动器， 驱动方式可以是气动的、液压的 或电动的。驱动器可以直接与臂、腕或手上的连杆或关节连接在一起， 也可以通 过齿轮等传动系统与运动构件相连。
传感系统的作用是将机器人运动学、动力学、外部环境等信息传递给机器人 的控制器， 控制器通过这些信息确定机械系统各部分的运行轨迹、速度、加速度 和外部环境， 使机械系统的各部分按预定程序在规定的时间开始和结束动作。
机械系统包括传动机构和由连杆集合形成的开环或闭环运动链两部分。连杆 类似于人类的大臂、小臂等， 关节通常为移动关节和转动关节。移动关节允许连 杆做直线移动，转动关节允许构件之间产生旋转运动。由关节⁃连杆所构成的机械 结构一般有三个主要部件: 臂、腕和手， 它们可根据要求在相应的方向运动， 这 些运动就是机器人在“做工”。
机器人的组成和分类
（２） 伺服控制机器人 伺服控制机器人比非伺服控制机器人有更强的工作 能力。伺服系统的被控制量可为机器人手部执行装置的位置、速度、加速度和力 等。通过传感器取得的反馈信号与来自给定装置的综合信号， 用比较器加以比较 后， 得到误差信号， 经过放大后用以激发机器人的驱动装置， 进而带动末端执 行器以一定规律运动， 到达规定的位置或速度等， 这是一个反馈控制系统。伺服 控制机器人可分为点位伺服控制机器人和连续轨迹伺服控制机器人两种。
机器人的组成和分类
（２） 并联机器人 并联机器人是一种闭环机构， 包含有运动平台（末端执行器） 和固定平台 （机架）， 运动平台通过至少两个独立的运动链与固定平台相连接， 机构具有两 个或两个以上的自由度， 且以并联方式驱动。 并联机器人机构按照自由度划分， 有二自由度、三自由度、四自由度、五自 由度和六自由度并联机构。其中２～５ 个自由度机构被称为少自由度并联机构。 １） 二自由度并联机构。二自由度并联机构中， ５⁃R、３⁃R⁃２⁃P （R 表示 转动副， P 表示移动副） 是最典型的两种结构形式。图2-2为一个2自由度并联机 构。