工业机器人技术基础 工业机器人驱动装置
合集下载
第四章 机器人的驱动与传动装置
13
步进电机
步进电机驱动放大器
14
15
4.5 其它驱动器
作为特殊的驱动装置，有压电晶体、形状记忆合金等
压电微驱动并联机器人
形状记忆合金驱动机器人手
16
4.6 驱动器的选择及安装
1．驱动器的选择
驱动器的选择应以作业要求、生产环境为先决条件， 以价格高低、技术水平为评价标准。
一般说来，目前负荷为100 kg以下的,可优先考虑电 动驱动器，并根据机器人的用途选择合适的电机。
只须点位控制且功率较小者，或有防暴、清洁等特殊 要求者，可采用气动驱动器。
负荷较大或机器人周围已有液压源的场合，可采用液 压驱动器。
对于驱动器来说，最重要的是要求起动力矩大，调 速范围宽，惯量小，尺寸小，同时还要有性能好的、与 之配套的数字控制系统。
17
2．驱动器的安装 底座安装——较大体积的驱动器。 法兰安装——中小型驱动器。 卡箍安装——微小型驱动器。 临时安装——微小型驱动器。
第四章 机器人的驱动装置及选择
4.1 机器人驱动装置的类型和特点
机器人
执行机构
传动装置
驱动装置
控制系统
感知系统
手腕臂腰 部部部部
（ 固基
定 或
移座
动
）
电 驱 动 装 置
液 压 驱 动 装 置
气 压 驱 动 装 置
关
节
处 理 器
伺 服 控 制
器
内外 部部 传传 感感 器器
1．电动驱动器类型和特点
气动驱动器可分为以下几种类型。
气缸 气动驱动
气动马达
回转马达 摆动马达
5
气缸
气动回转马达
气动摆动马达
步进电机
步进电机驱动放大器
14
15
4.5 其它驱动器
作为特殊的驱动装置，有压电晶体、形状记忆合金等
压电微驱动并联机器人
形状记忆合金驱动机器人手
16
4.6 驱动器的选择及安装
1．驱动器的选择
驱动器的选择应以作业要求、生产环境为先决条件， 以价格高低、技术水平为评价标准。
一般说来，目前负荷为100 kg以下的,可优先考虑电 动驱动器，并根据机器人的用途选择合适的电机。
只须点位控制且功率较小者，或有防暴、清洁等特殊 要求者，可采用气动驱动器。
负荷较大或机器人周围已有液压源的场合，可采用液 压驱动器。
对于驱动器来说，最重要的是要求起动力矩大，调 速范围宽，惯量小，尺寸小，同时还要有性能好的、与 之配套的数字控制系统。
17
2．驱动器的安装 底座安装——较大体积的驱动器。 法兰安装——中小型驱动器。 卡箍安装——微小型驱动器。 临时安装——微小型驱动器。
第四章 机器人的驱动装置及选择
4.1 机器人驱动装置的类型和特点
机器人
执行机构
传动装置
驱动装置
控制系统
感知系统
手腕臂腰 部部部部
（ 固基
定 或
移座
动
）
电 驱 动 装 置
液 压 驱 动 装 置
气 压 驱 动 装 置
关
节
处 理 器
伺 服 控 制
器
内外 部部 传传 感感 器器
1．电动驱动器类型和特点
气动驱动器可分为以下几种类型。
气缸 气动驱动
气动马达
回转马达 摆动马达
5
气缸
气动回转马达
气动摆动马达
教案-工业机器人基础第5章01
第五章机器人驱动系统5.1机器人驱动系统概述【内容提要】本课主要学习机器人驱动系统的主要几个指标:驱动方式、驱动元件、传动机构、制动机构。
知识要点：✓机器人的驱动方式✓机器人的驱动元件✓机器人的传动机构✓机器人的制动机构重点：✓机器人的驱动方式✓机器人的驱动元件难点：✓机器人的传动机构关键字：✓驱动方式、驱动元件、传动机构、制动机构【本课内容】【内容提要】本章主要介绍机器人的驱动系统。
内容包括机器人的直接与间接驱动方式，液压、气压、电动驱动元件与特点，驱动机构与传动机构，制动器；液压系统组成与工作原理，液压系统的主要设各；气压系统组咸与王作原理，气压系统的主要设备；直流电动机与直流伺服电动机的结构原理与参数，交流电动机与交流伺服电动机的结构原理与参数，步进电动机的结构原理与参数，直线步进电动机简介。
学习完本章的内容后，学生应能够；了解机器人的驱动方式，掌握不同类型机器人驱动元件的性能与特点，熟悉驱动机构、传动机构及其传动方式的图例与特点，了解制动器的基本功能；能够熟练地分析实际机器人的驱动机构、驱动方式与制动原理，能够绘制出传动原理图。
掌握机器人的液压驱动系统的组成，熟悉液压驱动系统主要设备的工作机理；能够分析液压驱动系统的流程，能够找出液压驱动系统的故障环节。
掌握机器人的气压驱动系统的组成，熟悉气压驱动系统主要设备的工作机理；能够分析气压驱动系统的流程，能够找出气压驱动系统的故障环节。
了解伺服系统与伺服电动机的要点，掌握直流电动机与直流伺服电动机的结构原理与参数，掌握交流电动机与交流伺服电动机的结构原理与参数，掌握步进电动机的结构原理与参数；能够分析电动机驱动系统的工作特性，能够找出电动机驱动系统的控制要点。
5.1机器人驱动系统概述机器人是运动的，各个部位都需要能源和动力，因此设计和选择良好的驱动系统是非常重要的.本节主要介绍机器人驱动系统的主要几个指标；驱动方式、驱动元件、传动机构、制动机构。
工业机器人技术基础5.6工业机器人的驱动装置-液压驱动(3)
• 但液压驱动系统对密封的要求 较高，对温度有要求，此外要 求的制作精度较高，
小臂 铰接活塞缸 大臂 升降缸 夹臂缸 手爪
铰接活塞缸 立柱
二、液压驱动式特点
三、液压驱动式的应用
Nachi的SC700机器人与SC500机器人
自重式手部结构
工业机器人的驱动装置 ——液压驱动式
主要内容
• 液压驱动的工作原理
• 液压驱动式特的工作原理
• 液压驱动将油压泵产生的工作油的压力能，转变成机械能。
高压储能罐 液压 马达/泵
发动机
低压罐
二、液压驱动式特点
• 液压驱动系统具有控制精度较高、可无极调速、反应灵敏、可实现连续轨 迹控制； • 操作力大、功率体积比大，适 合于大负载、低速驱动。
小臂 铰接活塞缸 大臂 升降缸 夹臂缸 手爪
铰接活塞缸 立柱
二、液压驱动式特点
三、液压驱动式的应用
Nachi的SC700机器人与SC500机器人
自重式手部结构
工业机器人的驱动装置 ——液压驱动式
主要内容
• 液压驱动的工作原理
• 液压驱动式特的工作原理
• 液压驱动将油压泵产生的工作油的压力能，转变成机械能。
高压储能罐 液压 马达/泵
发动机
低压罐
二、液压驱动式特点
• 液压驱动系统具有控制精度较高、可无极调速、反应灵敏、可实现连续轨 迹控制； • 操作力大、功率体积比大，适 合于大负载、低速驱动。
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》(第3章)
（a）
（b）
图3-12 磁吸式末端执行器的工作原理
1—线圈；2—铁芯；3—衔铁
3.1.4 专用工具
工业机器人是一种通用性很强的自动化设备，可根据作业要求装配各种专用的末端 执行器来执行各种动作。
这些专用工具可通过电磁吸盘式换接器快速地进行更换，形成一整套系列满足用户 的不同加工需求，如图3-13所示。
（a）
（b） 图3-31 三轮行走机构
（c）
2．四轮行走机构
四轮行走机构在工业机器人中的应用最为广泛，其可采用不同的方式实现驱动和转 向，如图3-32所示。其中，图3-32〔a〕所示为后轮分散驱动；图3-32〔b〕所示为四轮 同步转向机构，这种机构可实现更灵活的转向和较大的回转半径。
（a）
（b）
图3-32 四轮行走机构
3.4.3 轮式行走机构
轮式行走机构在工业机器人中应用十分普遍，其主要应用在平坦的地面上，如图330所示。车轮的结构、材料取决于地面的性质和车辆的承载能力。
图3-30 轮式行走机构在工业机器人中的应用
1．三轮行走机构
三轮行走机构稳定性较好，代表性的车轮配置方式是一个前轮、两个后轮，如图331所示。其中，图3-31〔a〕所示为两个后轮独立驱动，前轮仅起支承作用，通过后轮 速度差实现转向；图3-31〔b〕所示为前轮驱动，并通过前轮转向；图3-31〔c〕所示为 两后轮驱动并配有差动器，通过前轮转向。
3.3.3 臂部结构的设计
工业机器人臂部结构的设计具体设计要求有以下几点：
〔1〕臂部的结构应该满足工业机器人作业空间的要求。 〔2〕合理选择臂部截面形状，选用高强度轻质制造材料。工字形截面的 弯曲刚度一般比圆截面大，空心管的弯曲刚度和扭转刚度都比实心轴大得多， 所以常用钢管制作臂杆及导向杆，用工字钢和槽钢制作支承板。 〔3〕尽量减小臂部重量和整个臂部相对于转动关节的转动惯量，以减小 运动时的动载荷与冲击。 〔4〕合理设计臂部与腕部、机身的连接部位。臂部安装形式和位置不仅 关系到机器人的强度、刚度和承载能力，而且还直接影响机器人的外观。
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
工业机器人技术基础 项目三-工业机器人的机械结构
的台阶，爬坡、越沟等性能均优于轮式行走机构。
③ 履带支撑面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力。
1.3.2 移动式机座
（3）足式行走机构
车轮式行走机构只有在平坦坚硬的地面上
行驶才有理想的运动特性，如果地面凹凸
和车轮直径相当或地面很软，则它的运动
阻力将大大增加。
①可以在高低不平的地段上行走。
作用
• 移动式机座一方面支撑机器人的机身、臂部和手部，因而具有足
够的刚度和稳定性。
分类
• 机器人的行走机构按运动轨迹分为固定轨迹式行走机构和无固定
轨迹式行走机构。
1.3.2 移动式机座
1.固定轨迹式行走机构
固定轨迹一种配置形式，运动形式大多为直移式，具有占地面积小、有效
置。
1.垂直运动
工业机器人要完成空间的
运动，至少需要几个自由
2.径向运动
度进行运动呢？
3.回转运动
3.2.1 工业机器人手臂的运动
1.垂直运动
垂直运动是指机器人手臂的上下运动，这种运动通常采用液压缸机构或通过调整
机器人机身在垂直方向上的安装位置来实现。
工业机器人要
完成空间的运
动，至少需要
三个自由度的
总结
1.工业机器人的机械结构由机座、臂部、腕部、末端执行器组成。
2.固定式机器人由大臂、立柱、机座、小臂和手腕组成。
3.足式行走机构主要行走在平坦的地面上，车轮的形状和结构形式取决于地面
的性质和车辆的承载能力
4.履带行走机构由履带板、履带架、驱动链轮、导向轮、驱动轮、支重轮、托
链轮和张紧装置组成。
3.2工业机器人手臂
完成空间的运
动，至少需要
③ 履带支撑面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力。
1.3.2 移动式机座
（3）足式行走机构
车轮式行走机构只有在平坦坚硬的地面上
行驶才有理想的运动特性，如果地面凹凸
和车轮直径相当或地面很软，则它的运动
阻力将大大增加。
①可以在高低不平的地段上行走。
作用
• 移动式机座一方面支撑机器人的机身、臂部和手部，因而具有足
够的刚度和稳定性。
分类
• 机器人的行走机构按运动轨迹分为固定轨迹式行走机构和无固定
轨迹式行走机构。
1.3.2 移动式机座
1.固定轨迹式行走机构
固定轨迹一种配置形式，运动形式大多为直移式，具有占地面积小、有效
置。
1.垂直运动
工业机器人要完成空间的
运动，至少需要几个自由
2.径向运动
度进行运动呢？
3.回转运动
3.2.1 工业机器人手臂的运动
1.垂直运动
垂直运动是指机器人手臂的上下运动，这种运动通常采用液压缸机构或通过调整
机器人机身在垂直方向上的安装位置来实现。
工业机器人要
完成空间的运
动，至少需要
三个自由度的
总结
1.工业机器人的机械结构由机座、臂部、腕部、末端执行器组成。
2.固定式机器人由大臂、立柱、机座、小臂和手腕组成。
3.足式行走机构主要行走在平坦的地面上，车轮的形状和结构形式取决于地面
的性质和车辆的承载能力
4.履带行走机构由履带板、履带架、驱动链轮、导向轮、驱动轮、支重轮、托
链轮和张紧装置组成。
3.2工业机器人手臂
完成空间的运
动，至少需要
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。
工业机器人技术基础课件(最全)
设置编程语言、通信接口 、坐标系等参数
程序结构设计与实现过程
程序结构设计
注意事项
模块化设计、流程图设计、状态机设 计等
避免死锁、确保实时性、优化代码结 构等
实现过程
编写程序框架、定义变量和函数、实 现控制逻辑等
调试技巧及优化方法
01
02
03
调试技巧
单步执行、断点调试、变 量监视等
优化方法
减少计算量、优化算法、 使用高效数据结构等
03 电动驱动
精度高，响应速度快，维护方便，适用于各种负 载和行程的作业。
传感器配置与选型
01 内部传感器
检测机器人自身状态，如关节角度、电机电流等 。
02 外部传感器
检测机器人外部环境，如距离、温度、光照等。
03 选型原则
根据作业需求和机器人性能要求选择合适的传感 器类型和精度等级。
控制系统硬件架构
工业机器人技术基础 课件(最全)
目录
• 工业机器人概述 • 工业机器人核心技术 • 工业机器人硬件组成 • 工业机器人软件编程 • 工业机器人系统集成与应用案例 • 工业机器人维护与保养知识普及
01
工业机器人概述
定义与发展历程
定义
工业机器人是一种能自动执行工作的机器装置，靠自身 动力和控制能力来实现各种功能，可以接受人类指挥， 也可以按照预先编排的程序运行。
控制算法
详细讲解工业机器人控制 中常用的算法，如PID控 制、模糊控制、神经网络 控制等。
控制器设计
阐述工业机器人控制器的 设计原则和方法，包括硬 件设计和软件设计。
控制技术应用
探讨控制技术在工业机器 人中的应用，如焊接机器 人、装配机器人、喷涂机 器人等。
程序结构设计与实现过程
程序结构设计
注意事项
模块化设计、流程图设计、状态机设 计等
避免死锁、确保实时性、优化代码结 构等
实现过程
编写程序框架、定义变量和函数、实 现控制逻辑等
调试技巧及优化方法
01
02
03
调试技巧
单步执行、断点调试、变 量监视等
优化方法
减少计算量、优化算法、 使用高效数据结构等
03 电动驱动
精度高，响应速度快，维护方便，适用于各种负 载和行程的作业。
传感器配置与选型
01 内部传感器
检测机器人自身状态，如关节角度、电机电流等 。
02 外部传感器
检测机器人外部环境，如距离、温度、光照等。
03 选型原则
根据作业需求和机器人性能要求选择合适的传感 器类型和精度等级。
控制系统硬件架构
工业机器人技术基础 课件(最全)
目录
• 工业机器人概述 • 工业机器人核心技术 • 工业机器人硬件组成 • 工业机器人软件编程 • 工业机器人系统集成与应用案例 • 工业机器人维护与保养知识普及
01
工业机器人概述
定义与发展历程
定义
工业机器人是一种能自动执行工作的机器装置，靠自身 动力和控制能力来实现各种功能，可以接受人类指挥， 也可以按照预先编排的程序运行。
控制算法
详细讲解工业机器人控制 中常用的算法，如PID控 制、模糊控制、神经网络 控制等。
控制器设计
阐述工业机器人控制器的 设计原则和方法，包括硬 件设计和软件设计。
控制技术应用
探讨控制技术在工业机器 人中的应用，如焊接机器 人、装配机器人、喷涂机 器人等。
机器人技术基础教学课件第2章
Tii Too
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；
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；
工业机器人的基本组成与技术参数
55°至205°
280（°）/s
Axis4 手腕 Axis5 弯曲
230°至230° 120°至125°
560（°）/s 420（°）/s
Axis6 翻转
400°至400°
750（°）/s
工业机器人基础
人机交互系统是使操作人员参与机器人控制并与机器人进行联系的装置，如计算机的标 准终端、信息显示板、指令控制台、危险信号报警器等。该系统归纳起来可分为指令给定 装置和信息显示装置两大类。
2）控制系统
通过对工业机器人驱动系统的控制，使执行机构按照规定的要求进行工 作。工业机器人的控制系统一般由控制计算机和伺服控制器组成。控制计算 机不仅发出指令，协调各关节驱动之间的运动，同时要完成编程示教及再现， 在其他环境状态（传感器信息）、工艺要求、外部相关设备（如电焊机）之 间传递信息和协调工作。伺服控制器控制各个关节的驱动器，使各杆按一定 的速度、加速度和位置要求进行运动。
（2）说明书上提供的工作范围往往要小于运动学意义上的最大空间。
（3）实际应用中的工业机器人还可能由于受到机械结构的限制，在工 作范围的内部也存在着臂端不能到达的区域，这类区域称为空洞或空腔。
2．自由度
自由度是指机器人操作机在空间运动所需的变量数，用以表示机器人动作灵活 程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。
4．运动速度
运动速度影响工业机器人的工作效率和运动周期，它与工业机器人所提取的重力和位 置精度均有密切的关系。运动速度提高，工业机器人所承受的动载荷会增大，所承受的 加减速时的惯性力也会增大，这会影响工业机器人的工作平稳性和位置精度。以目前的 技术水平而言，一般工业机器人的最大直线运动速度大多在1 000 mm/s以下，最大回转速 度一般不超过120（°）/s。
工业机器人技术基础5.5工业机器人机座
• 横梁式机器人，是工厂中常见的一种配置形式。
• 运动形式大多为直移式。 • 具有占地面积小、能有效地利用空间、直观等优点。
1. 固定轨迹式行走机构
• Gudel公司设计的机器人手臂能在一个弯曲 的门架上沿固定轨迹移动。
2. 无固定轨迹式行走机构
• 轮式行走机构、履带式行走机构和关节式行走机构
• 轮式行走机构、履带式行走机构形态为运行车式
2. 无固定轨迹式行走机构
总结
• 机座支撑整个机器人，要有一定的刚度和稳定性。
• 机座有固定式和移动式两类。
二、固定式机座
• 一般用铆钉固定在地面或者工作台上。
二、固定式机座
• 固定的横梁式机器人
二、固定式机座
• 固定在平台上的机器人
三、移动式机座
• 由驱动装置、传动机构、位置
检测和
手部，另一方面扩大机器人的 活动范围。
1. 固定轨迹式行走机构
二固定式机座?固定的横梁式机器人二固定式机座?固定在平台上的机器人三移动式机座?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
工业机器人机座
主要内容
• 机座特点
• 固定式机座 • 移动式机座
一、机座特点
• 机座是整个机器人的支持部分，要有一定的刚度和稳定性。
• 机座有固定式和移动式两类。 a) 若机座不具备行走功能，则构成固定式机器人； b) 若机座具备移动机构，则构成移动式机器人。
• 运动形式大多为直移式。 • 具有占地面积小、能有效地利用空间、直观等优点。
1. 固定轨迹式行走机构
• Gudel公司设计的机器人手臂能在一个弯曲 的门架上沿固定轨迹移动。
2. 无固定轨迹式行走机构
• 轮式行走机构、履带式行走机构和关节式行走机构
• 轮式行走机构、履带式行走机构形态为运行车式
2. 无固定轨迹式行走机构
总结
• 机座支撑整个机器人，要有一定的刚度和稳定性。
• 机座有固定式和移动式两类。
二、固定式机座
• 一般用铆钉固定在地面或者工作台上。
二、固定式机座
• 固定的横梁式机器人
二、固定式机座
• 固定在平台上的机器人
三、移动式机座
• 由驱动装置、传动机构、位置
检测和
手部，另一方面扩大机器人的 活动范围。
1. 固定轨迹式行走机构
二固定式机座?固定的横梁式机器人二固定式机座?固定在平台上的机器人三移动式机座?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
工业机器人机座
主要内容
• 机座特点
• 固定式机座 • 移动式机座
一、机座特点
• 机座是整个机器人的支持部分，要有一定的刚度和稳定性。
• 机座有固定式和移动式两类。 a) 若机座不具备行走功能，则构成固定式机器人； b) 若机座具备移动机构，则构成移动式机器人。
工业机器人技术基础5.1工业机器人的末端执行器
主要内容
• 一、末端操作器的分类
• 二、夹钳式末端操作器
一、末端操作器的分类
1. 根据用途分类
• 根据用途，末端操作器可分为手爪和工具。
一、末端操作器的分类
2. 根据工作原理分类
根据工作原理，末端操作器可分为手指式和吸附式。
一、末端操作器的分类
3. 根据夹持方式分类
根据夹持方式，末端操作器可分为外夹式、内撑式和内外夹持式。
2 1
6—喷嘴套
三、吸附式末端操作器
• 3) 挤压排气吸附式取料手
3 拉杆 2 弹簧
1 橡胶吸盘
三、吸附式末端操作器
• 2. 磁吸附式取料手
手 臂 滚 动 轴 承 座 圈 电 磁 式 吸 盘 钢板 电 磁 式 吸 盘 齿轮 电磁式吸盘
手 部 电 磁 式 吸 盘
多孔钢板
a)吸附滚动轴承底座 b)吸取钢板
c) 尖指
d) 特形指
二、夹钳式末端操作器
• V型手指
a) 固定V型
b) 滚柱V型
c) 自定位式V型
二、夹钳式末端操作器
• 手指面a) 光滑指Fra bibliotekb) 齿形指面
c) 柔性指面
工业机器人的手部 ——末端执行器_2
主要内容
• 三、吸附式末端操作器
• 四、专用末端操作器
• 五、工具快换装置
三、吸附式末端操作器
c)吸取齿轮
d)吸附多孔钢板
四、专用末端操作器
• 工业机器人是一种通用性很强的自动化设备，配上各种专用的末端操作器 后，就能完成各种任务。
五、工具快换装置
五、工具快换装置
电缆线插针
定位销孔
水路 通信线插针
定位销孔 气路
工业机器人机械基础与维护-工业机器人的机械结构和运动控制
结构体积
在输出力相同的情况下体 积比气压驱动方式小
体积较大
需要减速装置，体 积较小
2.1 工业机器人的系统组成
操作机
驱动装置
驱动 方式 内容
密封性
液压驱动 密封问题较大
气压驱动 密封问题较小
电气驱动 无密封问题
安全性
防爆性能较好，用液压油 作传动介质，在一定条件下 有火灾危险
防爆性能好，高于1000kPa 时，应注意设备的抗压性
已知末端执行器在参考坐标系中的 初始位姿和目标位姿，求各关节角矢量， 称为逆向运动学，又称为运动学逆解。
机器人再现时，机器人控制器逐点 进行运动学逆解运算，并将矢量分解到 操作机各关节。
2.3 工业机器人的运动控制
奇异点
在运动学逆解时，如果得不到唯一解时，即 方程为无解或多解时，就是一个奇异点位置。
动器需要统一安装
独立式
电源和驱动电路集成一体，每一轴的 驱动器可独立安装和使用
2.1 工业机器人的系统组成
控制系统
3）上级控制器
用途
机器人与机器人、机器人与行走装置的协同作业控制 机器人与数控机床、机器人与其他机电一体化设备的集中控制 机器人的调试、编程
形式
PC机：一般的机器人编程、调试和网络连接操作 CNC：机器人和数控机床结合，组成柔性加工单元（FMC） PLC：自动化生产线等设备
缺点：
系统控制缺乏灵活性 控制危险容易集中 出现故障，影响面广，后果严重 系统实时性差 连线复杂，会降低系统的可靠性
2.1 工业机器人的系统组成
控制系统
2）主从式控制系统
主从控制方式是采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。主CPU实 现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等；从CPU实现所有关节的动作控制。
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》工业机器人机械结构
持式 ① 外夹式：手部与被夹件的外表面相接触，进行夹持。 ② 内撑式：手部与工件的内表面相接触，进行夹持。 ③ 内外夹持式：手部与工件的内、外表面相接触，进行夹持。
第4章 工业机器人概论
4.4 工业机器人末端执行器
工业机器人技术基础
a. 外夹式 4、根据运动形式分类
b.内撑式
根据运动形式来分，末端执行器可分为回转型、平动型和平移型。
用B来标记，如图4-10b所示。
第4章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
4.3 工业机器人腕部
3.工业机器人的手转 手转是指腕部的上下摆动，这种运动也称为俯仰，又称为腕部弯曲，如图4-9所 示。 4.工业机器人的腕摆 工业机器人的腕摆是指机器人腕部的水平摆动，又称为腕部侧摆。腕部的旋转 和俯仰两种运动结合起可以看成是侧摆运动，通常机器人的侧摆运动由一个单 独的关节提供，如图4-9所示。 腕部运动多为臂转、手转、腕摆三个运动方式的组合，组合的方式可以有多种 ，常见腕部运动的组合方式有：臂转-腕摆-手转结构，臂转-双腕摆-手转结构 等，分别如图4-11所示。
③机器人机座用底板安装在地面上时，用螺栓孔安装底板在混凝土地面或钢 板上。机器人机座与底板用高强度螺栓固定联接。
第4章 工业机器人概论
4.1 工业机器人基座
工业机器人技术基础
4.1.2 机器人的行走式机座
行走式机座满足了机器人可行走条件，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；另一方面带动机器人按照工作任务的要求进 行运动。机器人的行走机构按运动轨迹分为固定轨迹式行走机构和无固定轨迹 式行走机构。 1．固定轨迹式行走机座
第4章 工业机器人概论
第4章 工业机器人概论
4.4 工业机器人末端执行器
工业机器人技术基础
a. 外夹式 4、根据运动形式分类
b.内撑式
根据运动形式来分，末端执行器可分为回转型、平动型和平移型。
用B来标记，如图4-10b所示。
第4章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
4.3 工业机器人腕部
3.工业机器人的手转 手转是指腕部的上下摆动，这种运动也称为俯仰，又称为腕部弯曲，如图4-9所 示。 4.工业机器人的腕摆 工业机器人的腕摆是指机器人腕部的水平摆动，又称为腕部侧摆。腕部的旋转 和俯仰两种运动结合起可以看成是侧摆运动，通常机器人的侧摆运动由一个单 独的关节提供，如图4-9所示。 腕部运动多为臂转、手转、腕摆三个运动方式的组合，组合的方式可以有多种 ，常见腕部运动的组合方式有：臂转-腕摆-手转结构，臂转-双腕摆-手转结构 等，分别如图4-11所示。
③机器人机座用底板安装在地面上时，用螺栓孔安装底板在混凝土地面或钢 板上。机器人机座与底板用高强度螺栓固定联接。
第4章 工业机器人概论
4.1 工业机器人基座
工业机器人技术基础
4.1.2 机器人的行走式机座
行走式机座满足了机器人可行走条件，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；另一方面带动机器人按照工作任务的要求进 行运动。机器人的行走机构按运动轨迹分为固定轨迹式行走机构和无固定轨迹 式行走机构。 1．固定轨迹式行走机座
第4章 工业机器人概论
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发动机
液压驱动式：
• 原理：将液压泵产生的工作油的压力能转变成机械能
液压 马达/泵
低压罐
• 优点：控制精度较高、可无极调速、反应灵敏、可实现连续轨迹控制；操作力 大、功率体积比大
• 缺点：对密封的要求较高，不宜在高温或低温的场合工作，要求的制作精度较 高，快速反应的伺服阀成本高，漏夜维护复杂
• 应用：适合于大负载、低速驱动
• 液压驱动器：直线液压缸和液压马达等
驱动装置分类
气动驱动式：
• 原理：靠压缩空气来推动气缸运动进而带动元件运动 • 优点：结构简单，成本低 • 缺点：精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现伺服控制，能效比
较低 • 应用：轻负载，快速驱动，精度要求较低的有限点位控制的工业机器人
驱动装置分类
气动驱动式：
控制精度，速度较高的机器人
驱动装置分类
电动驱动式：
• 电机
• 直流电机
• 步进电机
式：
• 永磁式直流电机
• 低成本永磁电动机（陶瓷磁铁）：玩具机器人和非专业机器人 • 无铁心转子式电动机：小机器人，电感系数很低，摩擦很小，没有嵌齿转
矩，热容量低 • 直流有刷电动机：换向时有火花，对环境的防爆性能较差
• 驱动装置组成：气源，气动三联件，气动阀，气动动力机构 • 气源：空气压缩机（气泵），储气罐，汽水分离器，调压过滤器 • 气动三联件：分水滤气器，调压器，油雾器 • 气动阀：电磁阀、节流调速阀，减压阀 • 气动动力机构：直线气缸和摆动气缸
总结
1. 掌握工业机器人驱动系统的作用和组成 2. 掌握工业机器人三种驱动装置的工作原理、优缺点、 应用
工业机器人驱动装置
学习目标
工业机器人 驱动装置
驱动系统分类、作用、组成，驱动装置分类、优缺点、应用
驱动装置概述
• 作用：驱动系统相当于机器人“肌肉”与筋络，向机械结构系统各部件
提供动力
• 组成：
驱动装置分类
电动驱动式：
• 原理：由电能产生动能，直接或间接地驱动 机器人各关节动作
• 特点：控制精度高，能精确定位，反应灵敏 • 应用：用于中小负载，要求具有较高的位置
驱动装置分类
电动驱动式：
• 无刷电动机
• 无刷直流电动机：在低成本的条件下表现突出 • 交流伺服电动机：应用广，反应迅速、速度不受负载影响、加减速快、精
度高抗过载能力强
驱动装置分类
电动驱动式：
• 步进电动机
• 特点：不累积误差，调速范围相对较小 • 应用：小型或简易型机器人
驱动装置分类
高压储能罐