机器人结构和分类

长 (L)
宽 (W) 高 (H)
15%
40% 70%
水平面（长×宽）：85-90% ≤1000mm × 1000mm 垂直面（高）： 85% ≤500mm
二、机器人的腕部结构
1. 焊接机器人的腕部动作：
焊接机器人的腕部与焊枪是刚性连接的
可视为一体式结构 由于焊接操作(特别是电弧焊)的特殊性，要求机器人腕部 设计考虑以下三个方面： 1）焊枪姿态控制的灵活性 2）实现曲线焊缝的灵活性 3）实现焊枪摆动的灵活性 现在的 3 轴 最初的 2 轴
7. 驱动方式：交流伺服
AC Servo
8. 定位方式：绝对编码器 ABS 9. 存储容量：200,000 步 + 10,000 条指令
② 机器人的动作形态和坐标系：
1）圆柱坐标型机器人： 运动范围：圆柱体 特点：占地面积小 活动范围大
R
φ
T
结构紧凑
定位精度高 缺点：负载能力较差 用途：装配等 θ
Z
2）极坐标型机器人： 运动范围：球体
R
φ2
特点：占地面积小
活动范围大 动作较灵活 缺点：定位精度较低 用途：早期机器人
φ1
T θ
点焊、搬运
3）直角坐标型机器人： 运动范围：立方体 特点：结构简单 活动范围大 运动直观性强 缺点：占地面积大 定位精度较低
X
Z
Y
动作灵活性较差
用途：大型机器人
φ
T
4）多关节型 机器人：
END
3. 机械手概念图
S：Turning/Sweep L：Lower Arm
U：Upper Arm
R：Wrist Roll
B：Bend/ Pitch
T：Wrist Twist
示教盒
本体
控制柜
Βιβλιοθήκη Baidu
焊接机器人系统原理图
运动范围：近似于球体 特点：通用性强 动作灵活 活动范围大 S L T U R B
缺点：运动直观性差
运动控制较复杂 用途：通用型
一般电弧焊工件的外形轮廓尺寸分布
单位：mm 长度 ≤ 250 方向 250 – 500 – 1000 – 500 1000 1500 ≥ 1500 40% 30% 10% 5% 30% 15% 20% 10% 5% 3% 5% 2%
第二章 机器人分类及结构
1. 2.
3.
4.
5.
机器人基本结构 机器人分类 各类机器人的结构特点 机器人的腕部结构 机器人机构运行
一、机器人系统的基本结构
机 械 手 总 成 基座 传动机构 机械手机构 末端执行器 内 部 传 感 器 驱动/控制器 控 制 器 软 硬 件 系统软件 机器人语言 控制算法软件 功能软件
机器人结构属于空间结构，主要运动形式：移动、转动
机器人自由度：机器人机构能够独立运动（包括移动和转 动）的关节（杆件）的数目。 6 自由度： 3 个自由度：空间定位 3 个自由度：姿态控制
各种运动机构的表示符号
序号 运动方式 正面 运动机能符号 侧面
1 2
3 4 5
平行移动 垂直移动
回转1 回转2 摆动1
2. 机器人的腕部结构：
三、机器人的机构运行
机器人运行的最基本要求： 运动平稳、重复定位精度高 以上要求主要涉及： 机器人机械结构设计、控制器（控制和驱动）设计
1. 定位与缓冲：
影响机器人运动稳定性： 惯性冲击力、定位方式、结构刚性、控制系统品质
1）惯性冲击力
F = W · Δt /g = W· ΔV/ dv/dt /g F：惯性冲击力 W：机器人运动构件总重量 ΔV：运动速度变化量
环境及任务
外部 传感 器
示教盒
人
1. 焊接机器人的基本构成：
执行机构：本体
控制系统
焊接机器人 驱动系统
控制柜、示教盒 焊接电源
外围设备
变位机 工装
其他
2. 机器人分类：
自动重复型 控制功能 智能型 自主式 ① 控制系统 编程方式 示教再现 数控 点位 运动控制 连续轨迹
4-6 个自由度 自由度 6 个以上
② 动作形态
直角坐标 多关节型
坐标形式
圆柱坐标 极坐标
电动
③ 驱动方式 气动
液压
弧焊：CO2/MAG/MIG/ TIG/Plasma/Laser 点焊：交流/直流/凸焊 ④ 用途 切割：Plasma/Laser/ 水/火焰 涂胶 装配 搬运
……
3. 机器人结构形式及特点：
① 机器人的运动自由度：
6 7
8
摆动2 行走
固定基础
Motoman MA1400机器人的主要技术参数
1. 抓重：表明机器人的负载能力 3 Kg
2. 自由度：可控制的轴数
6轴
3. 重复定位精度：运动控制水平 ± 0.08mm 4. 运动速度：本体机构设计 220°/s - 610°/s （各轴） 5. 运动范围：本体机构设计 最大工作半径 1434 mm 6. 机器人本体重量 ：130Kg
V
Δt：冲击力作用时间
dv/dt↑→ F↑
t
2）定位方式
定位方式决定了机构的运动/位置精度 接近开关：0.1 – 1 mm 机械挡板：0.01 – 0.1 mm 编码器：0.036°（2500线，4分频）
2. 防振：
振动问题影响运动精度（轨迹精度、定位精度）
机器人的振动：机械结构共振和速度冲击振动