第1章 工业机器人-3

(4)机座 机座是工业机器人的基础部件，承受
相应的载荷，机座分为固定式和移动式两类。
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二、 工业机器人的组成
2、控制系统是机器人的大脑，支配着机器人按 规定的程序运动，并记忆人们给予的指令信 息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度等)，同 时按其控制系统的信息控制执行机构按规定 要求动作。
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二、 工业机器人的组成
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自由度数越高，机器人可以完成的动作越复 杂，通用性越强，应用范围也越广。 每个自由度需要一个伺服轴进行驱动，相应 地带来的技术困难也越大。 一般情况下，通用工业机器人有3～6个自由 度。
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(2) 工作空间。工作空间是指机器人应用手爪进行工作 的空间范围。
机器人的工作空间主要取决于臂部的自由度 和每个
以一定放入精度达到设定位置状态。
常用力、位置、触觉、视觉等传感器
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三、 工业机器人的性能特征
工业机器人的性能特征影响着机器人的工作 效率和可靠性。在设计和选用机器人时应考 虑如下几个性能指标： (1) 自由度。工业机器人的运动自由度是指各 关节在三维空间对于固定坐标系具有的独立 运动。各关节自由度的总和就是工业机器人 的自由度数。
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（5）示教再现机器人 这类机器人能够按照 记忆装置存储的信息来复现由人示教的动 作。其示教动作可自动地重复执行。 （6）智能机器人 采用传感器来感知工作 环境或工作条件的变化，并借助其自身的 决策能力，完成相应的工作任务。
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五、 工业机器人的发展趋势
（1）提高工作速度和运动精度，减少自身重量和占
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三个回转轴关节
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2.按控制方式分
（1）点位控制(Point to Point)
机器人 运动为空间点到点之间的直线运动，不涉及
两点之间的移动轨迹，
只在目标点处控制机器人末端执行器的位置和姿态。
特点：控制方式简单，适用于上下料、点焊等作业。
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（2）连续轨迹控制（Continuous Path） 机器人 运动轨迹可以是空间的任意连续曲线。 机器人在空间的整个运动过程都要控制，
地面积。
（2）加快机器人部件的标准化和模块化，将各种功
能（回转、伸缩、俯仰、摆动等）机械模块与控制 模块、检测模块组合成结构和用途不同的机器人。 （3）采用新型结构，如微动机构、多关节手臂、类 人手指、新型行走机构等，以适应各种作业需要。
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（4）研制各种传感检测装置，如视觉、触觉、听 觉和测距传感器等，来获取有关工作对象和外部
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(3) 提取重力。提取的重力是反映机器人负载能力的一 个参数，根据提取重力的不同，可将机器人分为： ① 微型机器人，提取重力在10 N以下； ② 小型机器人， 提取重力为10～50 N；
③ 中型机器人， 提取重力为50～300 N；
④ 大型机器人， 提取重力为300～500 N；
⑤ 重型机器人，提取重力在500N以上。
末端执行器在空间任何位置都可以控制姿态。
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3.按信息输入方式分
（1）人操作机械手 是一种由操作人员直接 进行操作的具有几个自由度的机械手。 （2）固定程序机器人 按预先规定的顺序、 条件和位置，逐步地重复执行给定的作业任 务的机械手。
（3）可变程序机器人它与固定程序机器人基
本相同，但其工作次序等信息易于修改。
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（2）吸附式末端执行器
吸附式手部又分为气吸式和磁吸式：
气吸式手部 利用真空吸力及负压吸力吸持工件，它
适用于抓取薄片、易碎工件，通常吸盘由橡胶或塑
料制成；
磁吸式手部 利用电磁铁和永久磁铁的磁场力吸取具 有磁性物质的小五金工件。
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（2）吸附式末端执行器
抓取物料时，碟形橡胶吸
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(5) 位置精度。
位置精度是衡量机器人工作质量的又一技术指标。 位置精度的高低取决于位置控制方式以及机器人运
动部件本身的精度和刚度，此外还与提取重力和运
动速度等因素有密切的关系。
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四、工业机器人的分类
工业机器人的分类方法：
√按坐标形式、
√按控制方式
√ 按信息输入方式
按系统功能
按驱动方式
按用途
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一、工业机器人的定义
工业机器人以刚性高的机械手臂为主体，与人相比， 可以有更快的运动速度，可以搬更重的东西，而且
定位精度相当高。它可以很据外部来的信号，自动
进行各种操作。
工业机器人是应用计算机进行控制的替代人进行工
作的高度自动化系统，是典型的机电一体化的产品。 工业机器人在实现智能化、多功能化、柔性自动化 生产、提高产品质量、代替人在恶劣环境条件下工 作中发挥重大作用。
（2）圆柱坐标机器人 机器人
是通过两个移动（升降运动及
手臂伸缩运动） 和一个转动
（腰转）来实现末端执行器空 间位置的改变。腰部转运动及 升降运动通常由机身来实现。 特点：位置精度高、控制简单 、避障性好，但结构较庞大
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（3）极坐标机器人 机器人 手臂的运动由一个直线运动 和两个转动组成，即手臂的 伸缩运动和绕垂直轴线的回 转运动（回转运动）、绕水 平轴线的回转运动（俯仰运 动）。通常把回转及俯仰运 动归属于机身。
常用的有电气、液压、气动和机械等四种驱动 方式。 有些机器人采用这些驱动方式的组合, 如电—液 混合驱动和气—液混合驱动等驱动方式。
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二、 工业机器人的组成
4、位置检测系统 主要检测工业机器人执行系统的运动位置、 状态，并随时将执行系统的实际位置反馈 给控制系统，并与设定的位置进行比较， 然后通过控制系统进行调整，使执行系统
关节的运动范围。
腕部的自由度主要用来调整手部在空间的方位。
手指的开闭动作，仅用于夹放工件或工夹具，它不
改变工件或工夹具的空间位置和方位，所一般不计
入机器人的自由度数。
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直角坐标机器人的工作空间是一个矩形空间， 圆柱坐标机器人的工作空间是一圆柱体， 而球坐标机器人的工作空间是一个球体。
目前实际应用机器人一般为中、小型机器人。
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(4) 运动速度。
运动速度影响机器人的工作效率，它与机器人所提取
的重力和位置精度均有密切的关系。
运动速度高，机器人所承受的动载荷增大， 必将在
加减速时承受较大的惯性力， 影响机器人的工作平
稳性和位置精度。
目前的技术水平而言，通用机器人的最大直线运动速 度大多在1000 mm/s以下。
盘与物料表面接触，橡胶
吸盘起到密封和缓冲两个 作用，真空泵进行真空抽 气，在吸盘内前形成负压， 实现物料的抓取。
放料时，吸盘内通入大气，
失去真空后，物料放下。
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（3）多指灵巧手
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2. 手腕
手腕是连接末端执行器和手臂的部件， 作用：是调整或改变末端执行器方位， 组成：三个独立的回转关节。 绕小臂轴线X旋转的臂转 相对于小臂摆动的腕摆
第一章
工业机器人
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一、工业机器人的定义
国际上，关于机器人的定义主要有以下几种： （1）美国机器人协会(RIA)的定义：机器人是“一
种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，
通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有编程 能力的多功能机械手(manipulator)”。 （2）日本工业机器人协会(JIRA)的定义：工业机器 人是“一种装备有记忆装置和末端执行器(end
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特点： 结构简单，无独立控制系统，造价低廉， 如附设在加工中心机床上的自动换刀机械手。 （4）程序控制机器人 具有 独立的控制系统，作 业任务指令是由计算机程序向机器人提供的，其控 制方式与数控机床一样。
特点： 结构复杂，工作范围大，定位精度高，通
用性强，适用于不断变换生产品种的柔性制造系统。
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”。
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一、工业机器人的定义
（5）我国科学家对机器人的定义是：“机器人是
一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一 些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规 划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度
求来设计的，从而形成了多种多样的结构形式。
末端执行器安装在执行机构的手腕或手臂的机械接
口上。
根据用途可分为 机械式夹持器、 吸附式末端执行器 专用工具三类。
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（1）机械式夹持器
机械式夹持器组成 ：手爪、传动机构、驱动装置
等。
通过手爪的开、合动作实现对物料的夹持。
1-手爪 2-传动机构 3-驱动装置 4-支架 5-物料
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二、 工业机器人的组成
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二、 工业机器人的组成 执行机构 （1、3）
控制系统（2） 驱动系统（液压缸、电机等）
工 业 机 器 人
检测系统
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各组成部分关系
控制系统 驱动系统 执行机构 操作对象
检测系统
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二、 工业机器人的组成
1. 执行机构：一种具有和人手臂相似的动作功能， 可在空间抓放物体或执行其他操作的机械装置， 通常包括：机座、手臂、手腕和末端执行器；
夹持圆柱形物料的机械式夹持器 46
1）手爪 手爪是直接与物料接触的部件，夹持器松 开和夹紧物料是通过手爪的张开和闭合来实现的。 机械式夹持器的结构形式取决于被夹持物料的形 状和特性。
2）传动机构 传动机构是向手爪传递运动和动力， 以实现夹紧和松开动作的机构。
传动机构按其运动方式分为回转型和移动型，回 转型又分为单支点回转型和双支点回转型。 3）驱动装置 驱动装置是向传动机构提供动力的装 置，它一般有液压、气动、机械等驱动方式。