机器人的机械结构(方案).ppt
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工业机器人的组成PPT课件
2019/9/22
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四、传感部分 2. 机器人-环境交互系统
• 机器人-环境交互系统实现工业机器人与外部环境中 的设备相互联系和协调的系统。
• 工业机器人与外部设备集成为一个功能单元, 如加工制造 单元、多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储装 置等集成为一个去执行 复杂任务的功能单元。
2019/9/22
2019/9/22
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用途
机器人的精确控制
检测的信息
位置、角度、速度、加速度、姿 态、方向等
内部传感器
所用传感器
微动开关、光电开关、差动变压 器、编码器、电位计、旋转变压 器、测速发电机、加速度计、陀 螺、倾角传感器、力（或力矩） 传感器
2019/9/22
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用途
了解在工件、环境或机器人在环境中的状态、 对工件的灵活、有效的操作
• 伺服控制器控制各个关节的驱动器。
2019/9/22
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四、传感部分 1. 感受系统
• 感受系统包括内部检测系统与外部检测系统两部分。
• 内部检测系统的作用就是通过各种检测器，检测执行机构的运动境况，根 据需要反馈给控制系统，与设定值进行比较后对执行机构进行调整以保证 其动作符合设计要求。
• 外部检测系统检测机器人所处环境、外部 物体状态或机器人与外部物体的关系。
工业机器人的组成
Hale Waihona Puke 主要内容• 系统组成 • 机械部分 • 控制部分 • 传感部分
2019/9/22
2
一、系统组成
• 工业机器人由国际标准化组织正式定义为“自动控制的可重复编程的多功 能机械手”。
• 根据系统结构特点，工业机器人由三大部分6个子系统组成。
机器人技术概论PPT完整全套教学课件 (2)精选全文
二、 机器人的特点
二、 机器人的特点
二、 机器人的特点
二、 机器人的特点
单元3机器人分类
搬运机器人
喷涂机器人
焊接机器人
服务机器人、水下机器人
娱乐机器人、军用机器人
农业机器人、机器人化机器等
一、 按应用环境分类
装配机器人
一、 按应用环境分类
一、 按应用环境分类
一、 按应用环境分类
二、 按机械结构分类
一、 机器人的诞生
进入20世纪后，机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持，一些实用的机器人相继问世。
1927年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”，并在纽约举行的世界博览会上展出。它是一个电动机器人，装有无线电发报机，可以回答一些问题，但该机器人不能走动。
一、 机器人的诞生
现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用。
1773年，他们连续推出了自动书写玩偶、自动演奏玩偶等，他们发明的自动玩偶是利用齿轮和发条原理制成的。如图1-1所示，它们有的拿着画笔绘画，有的拿着鹅毛蘸墨水写字，结构巧妙，服装华丽，在欧洲风靡一时。
一、 机器人的诞生
由于当时技术条件的限制，这些玩偶都是身高一米的巨型玩具。现在保留下来的最早的机器人是瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，它制作于二百年前，两只手的十个手指可以按动风琴的琴键弹奏音乐，现在还定期演奏供参观者欣赏，展示了古代人的智慧。
二、 现代机器人
20世纪80年代，人们将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。
这一概念不但指导了机器人技术的研究与应用，而且赋予了机器人技术向深、向广发展的巨大空间，水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实。
二、 机器人的特点
二、 机器人的特点
二、 机器人的特点
单元3机器人分类
搬运机器人
喷涂机器人
焊接机器人
服务机器人、水下机器人
娱乐机器人、军用机器人
农业机器人、机器人化机器等
一、 按应用环境分类
装配机器人
一、 按应用环境分类
一、 按应用环境分类
一、 按应用环境分类
二、 按机械结构分类
一、 机器人的诞生
进入20世纪后，机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持，一些实用的机器人相继问世。
1927年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”，并在纽约举行的世界博览会上展出。它是一个电动机器人，装有无线电发报机，可以回答一些问题，但该机器人不能走动。
一、 机器人的诞生
现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用。
1773年，他们连续推出了自动书写玩偶、自动演奏玩偶等，他们发明的自动玩偶是利用齿轮和发条原理制成的。如图1-1所示，它们有的拿着画笔绘画，有的拿着鹅毛蘸墨水写字，结构巧妙，服装华丽，在欧洲风靡一时。
一、 机器人的诞生
由于当时技术条件的限制，这些玩偶都是身高一米的巨型玩具。现在保留下来的最早的机器人是瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，它制作于二百年前，两只手的十个手指可以按动风琴的琴键弹奏音乐，现在还定期演奏供参观者欣赏，展示了古代人的智慧。
二、 现代机器人
20世纪80年代，人们将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。
这一概念不但指导了机器人技术的研究与应用，而且赋予了机器人技术向深、向广发展的巨大空间，水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实。
机器人ppt(共21张PPT)
(1) 专用机器人：在固定地点以固定程序工作 其结构复杂，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。
其结构简单，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。 (1) 特殊煤层采掘机器人 1) 在摩托车行业中的应用
的机器人。其结构简单，无独立控制系统， 具有记忆功能，在操作者的示教操作后，能按示教的顺序、位置、条件与其他信息反复重现示教作业。
换刀机械手。 海南新大洲摩托车厂用4台弧焊机器人工作站完成新大洲50系列摩托车的车架焊接。
该生产线自1998年3月投入运行以来，运行良好，性能稳定。 哈工大博实公司自主开发的“自动包装机器人码垛生产线〞应用于大庆石化公司10万吨/年聚丙烯生产装置，全线实现了自动运行，
(2) 通用机器人：
具有独立控制系统，通过改变控制程序能完 成多种作业的机器人。其结构复杂，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。
这种机器人可以利用传感器来确定巷道的上缘，这样就可以自动瞄准巷道缝，然后把钻头按规定的间隔布置好，钻孔过程用微机控制，
1) 按系统功能分类 随时根据岩石硬度调整钻头的转速、力的大小以及钻孔的形状，这样可以大大提高生产率，人只要在平安的地方监视整个作业低廉，如附设在加工中心机床上的自动换刀机械手。
▪ 仿生特征：模仿人的肢体动作 ▪ 柔性特征：对作业具有广泛适应性 ▪ 智能特征：具有对外界的感知能力 ▪ 自动特征：自动完成作业任务
机器人
(a) 搬运机器人；(b) 涂料机器人；(c) 焊接机器人
工业机器人的组成
工业机器人一般由执行机构、控制系统、 驱动系统以及位置检测机构等几个局部组成。
工业机器人的分类
▪ (3) 示教再现式机器人： ▪ 具有记忆功能，在操作者的示教操作后，能
其结构简单，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。 (1) 特殊煤层采掘机器人 1) 在摩托车行业中的应用
的机器人。其结构简单，无独立控制系统， 具有记忆功能，在操作者的示教操作后，能按示教的顺序、位置、条件与其他信息反复重现示教作业。
换刀机械手。 海南新大洲摩托车厂用4台弧焊机器人工作站完成新大洲50系列摩托车的车架焊接。
该生产线自1998年3月投入运行以来，运行良好，性能稳定。 哈工大博实公司自主开发的“自动包装机器人码垛生产线〞应用于大庆石化公司10万吨/年聚丙烯生产装置，全线实现了自动运行，
(2) 通用机器人：
具有独立控制系统，通过改变控制程序能完 成多种作业的机器人。其结构复杂，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。
这种机器人可以利用传感器来确定巷道的上缘，这样就可以自动瞄准巷道缝，然后把钻头按规定的间隔布置好，钻孔过程用微机控制，
1) 按系统功能分类 随时根据岩石硬度调整钻头的转速、力的大小以及钻孔的形状，这样可以大大提高生产率，人只要在平安的地方监视整个作业低廉，如附设在加工中心机床上的自动换刀机械手。
▪ 仿生特征：模仿人的肢体动作 ▪ 柔性特征：对作业具有广泛适应性 ▪ 智能特征：具有对外界的感知能力 ▪ 自动特征：自动完成作业任务
机器人
(a) 搬运机器人；(b) 涂料机器人；(c) 焊接机器人
工业机器人的组成
工业机器人一般由执行机构、控制系统、 驱动系统以及位置检测机构等几个局部组成。
工业机器人的分类
▪ (3) 示教再现式机器人： ▪ 具有记忆功能，在操作者的示教操作后，能
工业机器人结构设计ppt课件
2.2.1 钳爪式手部的设计
四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例
N
N
P
N=P/2 注：①两手指平移 ②增力比（N/P）小
齿轮齿条式手部结构
No.32
2.2.1 钳爪式手部的设计
四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例
α
γB A β
P
C
EN
N
N=PLcos(α+β+γ)/(2lsinαcosβ)
2、开式连杆系中的每根连杆都 具有独立的驱动器，属于主动连 杆系，连杆的运动各自独立，不 同连杆的运动之间没有依从关系， 运动灵活。
No.5
2.1 机器人本体的基本结构
二、机器人本体基本结构特点：
3、连杆驱动扭矩的顺态过程在 时域中的变化非常复杂，且和执 行器反馈信号有关。连杆的驱动 属于伺服控制型，因而对机械传 动系统的刚度、间隙和运动精度 都有较高的要求。
应根据被抓取工件的要求确定吸盘的形 状。由于气吸式手部多吸附薄片状的工 件，故可用耐油橡胶压制不同尺寸的盘 状吸头。
No.41
2.2.2 吸附式手部的设计
三、气吸式手部的吸力计算
吸盘吸力的大小主要取决于真空度(或 负压的大小)与吸附面积的大小。
真空吸盘吸力F计算公式：
F nD2 ( H )
4K1K2K3 76
注：①AB＝DE，DB＝AE，L＝BC杆长，l＝AB杆长； ②两手指保持平行；③当α角较小时，可获得较大的力比。
平行连杆杠杆式手部结构
No.33
2.2.1 钳爪式手部的设计
四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例
P
φ
α
c
bN
N
N=Pcsin(α+φ)/2bsinαsinφ
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；
工业机器人的组成ppt课件
部运动。
腰部：立柱，是 支撑手臂的部件，
其作用是带动臂 7
二、机械部分 2. 驱动—传动装置
工业机器人的驱动系统包括驱动器和传动 机构两部分，它们通常与执行机构连成机 器人驱本动体系统。
驱动器 传动机构
8
二、机械部分
2. 驱动—传动装置 工业机器人
驱动器通常有：
➢ 电机驱动：直流伺服电机、 步进电机、交流伺服电机。
传动机构常用的有：谐波减速器、滚珠丝 杆、链、带以及各种齿轮系。
传动机构 谐波传动 螺旋传动 链传动 带传动 齿轮传动
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二、机械部分 2. 驱动—传动装置
- 由谐波发生器（椭圆形凸轮 及薄壁轴承）、柔轮（在柔 性材料上切制齿形）以及与 它们啮合的钢轮构成的传动 机构
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三、控制部分 1. 人机交互系统
驱动器
➢ 液压驱动； ➢ 气动驱动。
各种电、液、气装置
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驱动器
直动 气缸
气动
气动 马达
气爪
液压
液压 液压 马达 缸
直流 伺服 电动 机
电动
交流 伺服 电动 机
步进 电动 机
电液 气综 合驱 动
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直流伺服电机与驱动放大器
交流伺服电机
驱动放大器
直流无刷电机
步进电机
直驱电机
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二、机械部分 2. 驱动—传动装置
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四、传感部分 2. 机器人-环境交互系统
机器人-环境交互系统实现工业机器人与 外部环境中的设备相互联系和协调的系统。
工业机器人与外部设备集成为一个功能单元, 如加工制造单元、多台机器人、多台机床或 设备、多个零件存储装置等集成为一个去执 行 复杂任务的功能单元。
工业机器人技术-工业机器人机械结构ppt课件
上臂
☞ 见P61、图3.3-10
电机
减速器 上臂
下臂
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
❖ 大型机器人结构1
☞ S轴采用同步皮带传动、手腕电机后置（后驱）
目的：
✓ 减小S轴电机； ✓ 平衡上臂重力； ✓ 提高结构稳定性。
☞ 见P43、图3.1-11, P45、图3.1-13
B/T电机位置 上臂回转
B/T电机位置
腕部回转
前驱
后驱
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
前驱特点 ✓ 结构简单、外形紧凑； ✓ 传动链短、传动精度高； ✓ 电机规格受限，承载能力低，适合小型机器人； ✓ 电机安装空间小、散热差，维修困难； ✓ 上臂前端重量大、重心远，结构稳定性差。
减速器
手腕电机
S轴电机 同步皮带
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
❖ 大型机器人结构2
☞ S轴采用同步皮带传动、上臂连杆驱动
目的：
✓ 减小S、U轴电机； ✓ 降低机器人重心； ✓ 提高结构稳定性。
❖ 典型结构剖析1（前驱）
R轴
☞ 见P64、图3.3-14
连接轴
减速器
电机
上臂回转段 上臂固定段
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
☞ 见P61、图3.3-10
电机
减速器 上臂
下臂
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
❖ 大型机器人结构1
☞ S轴采用同步皮带传动、手腕电机后置（后驱）
目的：
✓ 减小S轴电机； ✓ 平衡上臂重力； ✓ 提高结构稳定性。
☞ 见P43、图3.1-11, P45、图3.1-13
B/T电机位置 上臂回转
B/T电机位置
腕部回转
前驱
后驱
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
前驱特点 ✓ 结构简单、外形紧凑； ✓ 传动链短、传动精度高； ✓ 电机规格受限，承载能力低，适合小型机器人； ✓ 电机安装空间小、散热差，维修困难； ✓ 上臂前端重量大、重心远，结构稳定性差。
减速器
手腕电机
S轴电机 同步皮带
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
❖ 大型机器人结构2
☞ S轴采用同步皮带传动、上臂连杆驱动
目的：
✓ 减小S、U轴电机； ✓ 降低机器人重心； ✓ 提高结构稳定性。
❖ 典型结构剖析1（前驱）
R轴
☞ 见P64、图3.3-14
连接轴
减速器
电机
上臂回转段 上臂固定段
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
工业机器人组成及工作原理ppt课件
• 存储：保存示教信息。 • 再现：根据需要，读出存储的示教信息向机器人发出重复动作
的命令。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
控制信息
• 顺序信息：各种动作单元（包括机械手和外围设备）按动作先 后顺序的设定、检测等。
±(0.01 ±(0.01 ±(0.2~ ~0.5) ~0.5) 0.5)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
分辨率
是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动 角度。精度和分辨率不一定相关。
“遥控”方式：由人用有线或无线遥控器控制机器人在人难以 到达或危险的场所完成某项任务。如防暴排险机器人、军用机 器人、在有核辐射和化学污染环境工作的机器人等。
“自主控制”方式：是机器人控制中最高级、最复杂的控制方 式，它要求机器人在复杂的非结构化环境中具有识别环境和自 主决策能力，也就是要具有人的某些智能行为。
控制系统的组成 工业机器人的控制系统一般分为上、下两个控制层次：
下上级—实组时织控级制级
动前轨运它其迹动根任或情据务适况机是当，器将的综人期操合动望作出力的，适学任并当特务随的性转时命及化检令机为测，器运机驱人动当 器机人器各人部机分构的完运成动指及定工的作运情动况和，操处作理。 意外事件。
24
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
的命令。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
控制信息
• 顺序信息：各种动作单元（包括机械手和外围设备）按动作先 后顺序的设定、检测等。
±(0.01 ±(0.01 ±(0.2~ ~0.5) ~0.5) 0.5)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
分辨率
是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动 角度。精度和分辨率不一定相关。
“遥控”方式：由人用有线或无线遥控器控制机器人在人难以 到达或危险的场所完成某项任务。如防暴排险机器人、军用机 器人、在有核辐射和化学污染环境工作的机器人等。
“自主控制”方式：是机器人控制中最高级、最复杂的控制方 式，它要求机器人在复杂的非结构化环境中具有识别环境和自 主决策能力，也就是要具有人的某些智能行为。
控制系统的组成 工业机器人的控制系统一般分为上、下两个控制层次：
下上级—实组时织控级制级
动前轨运它其迹动根任或情据务适况机是当，器将的综人期操合动望作出力的，适学任并当特务随的性转时命及化检令机为测，器运机驱人动当 器机人器各人部机分构的完运成动指及定工的作运情动况和，操处作理。 意外事件。
24
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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直角坐标 P
P
圆柱坐标 R
P
球坐标
R
R
SCARA
R
R
关节坐标 R
R
关节3 转动关节数
P
0
P
1
P
2
P
2
R
3
刚体在三维空间中有6个自由度，机器 人要完成任意动作，需要6个自由度，工 业机器人的运动由手臂和手腕运动组合 而成，通常手臂有3个关节，用来改变手 腕参考点的位置，手腕有3个关节，改变 手爪的姿态
2 机器人的分类
按照从低级→高级的发展程度可分为三类
•可编程机器人 •感知机器人 •智能机器人
按照结构形态、负载能力分
•超大型机器人：负载能力 1000 kg 以上 •大型机器人：100-1000 kg之间 •中型机器人：10-100 kg之间 •小型机器人：0.1-10 kg之间 •超小型机器人：0.1 kg 以下
第二章 机器人的机械结构
2.1 机器人的组成和分类
1 机器人的组成
机器人的机械结构、控制方式、驱动方式 或传感器千差万别，但多数机器人由4个主 要部件：机械部分，传感器，控制器，液压、 气压、电力驱动源
机械系统是具有传动执行装置的机械，由 臂、关节和末端执行装置组成
驱动系统为个部分提供动力，有4种
▪ 重复精度 指机器人重复到达同样位置的精确程度 。它不仅与机器人驱动器的分辨率及反馈装置有 关，还与传动机构的精度及机器人的动态性能有 关。
2.3 机器人的机械结构与运动
1、机器人机械结构的组成 机器人本体通常有以下各部组成 （1）机身：基础部分起支撑作用 （2）臂部：连接机身和手腕 （3）手腕：连接手和手臂 （4）手部：手爪或末端执行器
按机器人控制器的信息输入方式来分
程序机器人 操纵机器人 示教再现机器人 智能机器人
按代替人的器官方式来分
遥控操作机器人 视觉机器人 移动机器人
按坐标形式分
3 机器人机构运动简图
定义：用机构与运动图形符号表示机器人 机械臂、手腕和手指等运动机能的图形。 目的：分析和记录机器人各种运动及运动 组合 （1）常见图形符号
机器人自由度一般为4～6个，7个以上是 冗余自由度。
2、工作空间： 机器人运动时手臂或手部 安装点的空间活动的最大范围。不包括手本 身到达的区域。
3、工作载荷：在规定的性能范围内，机 械接口处能承受的最大负载量。
4、工作速度：机器人在工作载荷下，匀 速运动过程中，机械接口中心或工具中心的 最大速度。
3、机器人本体设计原则
（1）按用户要求优化工作空间相关参数
（2）优选材料、结构、工艺、提高速度及精度
•材料选择：运动部分质量轻、强度高、弹性模量 （刚度）大、价格经济，常用结构钢、铝合金、陶 瓷、复合材料、纤维增强合金 （3）应用机电一体化思想提高功能价格比
感知系统收集机器人内部状态和外部环境 信息
控制系统从计算机接收指令，控制驱动器 的动作，并与传感器反馈信息协调机器人 运动
工业机器人-环境交互系统实现工业机器人 与外部环境的设备互相连接和协调的系统
人机交互系统是使操作人员参与计算机控 制并与机器人进行联系的装置、指令给定 装置和信息显示装置
5、控制方式：机器人用于轴的控制方式，
伺服/非伺服,PTP/CP
6、驱动方式：关节执行器的动力源形式
7、精度、重复精度、分辨率：用来定义机 器人手部的定位能力。
▪ 分辨率 指机器人每根轴能够实现的最小移动距离 或最小转动角度。
▪ 精度 指机器人到达指定点的精确程度。它与机器 人驱动器的分辨率及反馈装置有关。
开式、半闭式、闭式运动链
Stewart机构是典型的并联机 器人．末端执行器的位置和姿 态可由6个直线油缸的行程长度 所决定，油缸的一端与基座通 过二自由度的万向连轴节(铰链) 相连，另一端(连杆)由三自由度 的球—套关节(球面副)与末端执 行器相连．这种机器人手臀的 三个自由度与手腕的三个自由 度集成在一起，具有闭环机构 的共同特点：刚度高，但连杆 的运动范围十分有限。
按照应用领域
工业机器人、农业机器人、军事机器人、 医用机器人、空间机器人、水下机器人
按照驱动方式
•液压驱动：机构紧凑、力大、运行平稳，密封 要求高 •气压驱动：结构简单造价低，负荷能力小 •电动驱动：结构简单紧凑，控制灵活 •新型：记忆合金、人工肌肉、压电
按控制方式分类(4种)
伺服控制机器人：用伺服手段，包括位置、力等 伺服方法进行控制的机人 非伺服控制机器人：采用伺服以外的手段，如顺 序控制、定位开关控制等进行控制的机器人，机器 人无法确定自身位置
移动1 移动2
回转机构 旋转1 旋转2
（2）5种典型机器人的机构简图 直角坐标机器人：3个直线运动
圆柱坐标机器人： 1个回转运动，2个直线运动
球坐标（极坐标）机器人： 2个转动， 1个直线运动
关节坐标机器人：3个转动自由度
SCARA机器人：2个旋转运动， 1个直线运动
机器人 关节1 关节2
机器人本体是机器人的重要组成部分， 是所有的计算、分析、控制和编程的基 础，最终要通过本体的运动和动作完成 特定的任务。
机器人的本体各部分的结构、材料的 选择直接影响整体性某些功能，也称为机器人操作机或机 械手。
2、机器人机构的运动
机器人机构可以视为一种连杆机构，它的 基本结构是将机构学中的杆件（link）和运 动副（Pair）相互链接而构成的运动链。
CP控制机器人（连续轨迹伺服控制机器人） 除了对起点和终点的要求以外，还对运动轨迹的中间 各点有要求的控制方式，如弧焊机器人就是典型的 CP控制机器人。 PTP控制机器人（点位控制机器人） 只对手部末端的起点和终点位置有要求，而对起点和 终点的中间过程无要求的控制方式，如点焊机器人就 是典型的PTP控制机器人．
2.2 机器人的主要技术参数
设计机器人，首先确定机器人的技术参 数，再确定机械结构、坐标形式和传动装置.
1、自由度：物体对于坐标系进行独立运 动的数目。
自由度的多少由机器人的机械结构决定， 一般以沿轴线和绕轴线转动的独立运动数表 示（末端执行器的动作不包括）。
自由度数越多，越接近人手的动作机能， 通用性好，动作灵活，但结构复杂，整体性 要求高，两者互相矛盾。