自动机与自动线第四章机器人与机器手
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计算。 ❖ 运动速度 指最大速度或平均速度，或各运动自由度的速度。 ❖ 抓取重量 表示机器人负荷能力的参数。通常用最大速度时腕部最大负
荷（N）表示。 ❖ 驱动方式 说明采用何种方式（液压、气动、电动等）驱动以及驱动机
构状况。 ❖ 定位精度 这是衡量工业机械手工作质量的重要指标。一般指重复定位
精度。定位精度与位置控制方式、运动部件本身的精度和刚度、抓重、 运动速度等因素有密切关系。 ❖ 动力源 说明电源、气压、液压等动力的规格、功率等。
械手 ④电力传动机械手
(2)机器人驱动方式的分类
❖
❖ 直线型
❖ ❖
❖ 旋转型
❖
电动：音圈电机、直线电机 液压：活塞液压缸 气压：伸缩软管、气缸
电动：直流伺服电机、交流伺服电机、
液压：旋转马达 气压：气压马达、涡轮
步进电机
❖ (3)机器人驱动方式的特点及比较
3.按工业机器人的结构分类
❖ 1)五种基本坐标式机器人：直角坐标式机器人、圆 柱坐标式机器人、球坐标式机器人、关节坐标式机 器人、平面关节式机器人。
4.2手爪的类型及结构
❖ 4.2.1手爪结构分类 ❖ 1.机械手指型 ❖ 按手爪上的指数分为二指型和三指型，大多数为
二指型。 ❖ 按手爪数目分为单爪型和多爪型。 ❖ 2.真空型及磁铁型 ❖ 3.万能手爪
4.2.2机械手指型抓取机构
❖ 1.连杆型 ❖ 图4-3 滑块-摇杆机构
图4-4 摇杆滑块机构
❖ 工业机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分 是：机械部分、传感部分、控制部分。六个子系统 是：驱动系统、机械结构构系统(机械部分)，感受 系统、机器人-环境交互系统(传感部分)，人机交互 系统、控制系统(控制部分)。
4.1.3工业机械手及机器人的分类
❖ 1.按使用范围分 ❖ (1)专用机械手 (2)通用机械手 ❖ 2.按驱动方式分 ❖ (1)机械手驱动方式分类 ❖ ①机械传动机械手②液压传动机械手 ③气动传动机
4.1工业机械手及机器人的组成和分类
❖ 4.1.1工业机械手的组成 ❖ 工业机械手主要由执行机构、驱动机构、控制系
统和机座等四部分组成。 ❖ 1.执行机构 ❖ (1)手爪 (2)手腕 (3)手臂 (4)立柱 (5)行走机构 ❖ 2.驱动机构 ❖ 3.控制系统 ❖ 4.机座
4.1.2工业机器人的组成
❖ (3)真空泵式吸盘 ❖ 2.电磁吸盘型 ❖ 4.2.4新型手爪 ❖ 1.可吹胀手爪 ❖ 图4-13 可吹胀手爪
❖ 2.软性手爪 ❖ 图4-14 软性手爪
❖ 3.三手指型 ❖ 图4-15 三指手爪示意图
4.3 手腕的选用及手臂的典型结构
❖ 4.3.1手腕的选用 ❖ 手腕是连接手爪和手臂的构件，它具有独立的自由度，为了
用工业机械手的方法。
第4章 工业机械手及机器人
❖ 4.1工业机械手及机器人的组成和分类 ❖ 4.2手爪的类型及结构 ❖ 4.3 手腕的选用及手臂的典型结构 ❖ 4.4 工业机器人的控制系统 ❖ 4.5 工业机械手举例
第4章 工业机械手及机器人
❖ 工业机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、 轨迹和要求实现自动抓取、搬运工件或操作工具的 自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为 工业机械手。工业机器人是用来进行搬运材料、零 件、工具等可再编程的多功能机械手，或通过不同 程序的调用来完成各种工作任务的特殊装置
❖ 工业机器人传动机构是用来将原动机发出的机械能 传递给关节或其它工作部分，以实现机器人各种必 要的运动。
❖ 工业机器人常用的传动方案 ❖ 机器人中常用的传动机构有齿轮传动、螺旋传动、
带及链传动等。Hale Waihona Puke Baidu
4.4 工业机器人的控制系统
❖ 4.4.1机器人控制系统的特点 ❖ 4.4.2机器人控制系统的基本要求 ❖ 4.4.3机器人控制系统的分类 ❖ 1.程序控制系统 ❖ 2.按照外界状态进行控制的系统 ❖ 3.适应控制系统 ❖ 4.4.4工业机器人的传感器
❖ 2)两种冗余自由度结构机器人：整体控制的柔软臂 机器人(也称象鼻子机器人)、每一关节独立控制的 冗余自由度机器人。
❖ 3)模块化结构机器人
4.1.4工业机械手及机器人的主要技术参数
❖ 型号与名称 ❖ 机械结构形式 ❖ 自由度数 说明臂、腕等共有几个运动自由度 ❖ 运动范围 指各运动自由度的行程范围。一般是以爪中心为名义端点来
使机械手适应被夹持物的不同要求，选用手腕时，要考虑下 列两个因素： ❖ 1.自由度的选取 ❖ (1)在手臂运动范围内，能满足抓取和传送工件时，就尽量不 选用手腕动作，这样可以使手腕结构简化，制造方便，降低 成本，提高精度。 ❖ (2)对被抓取的工件有转位(或俯仰)要求(例如工件要求定位后 转位90º或180º)时，可增加手腕的回转动作，因为用手臂完 成回转动作时，惯性大，会影响定位精度。 ❖ (3)有时为了装卸工件，可令手腕增加横移动作。
2.齿轮-齿条型
❖ 图4-7 齿轮--齿条型气动手 爪
3.凸轮驱动型
❖ 图4-9 凸轮驱动型手爪
4.螺旋驱动型
❖ 图4-10 螺旋驱动型手爪
4.2.3吸盘型抓取机构
❖ 1.真空吸盘型 ❖ (1)挤压排气式吸盘 ❖ 图4-11 挤压排气式吸盘
❖ (2)扩散负压式吸盘
❖ 图4-12 扩散负压式喷嘴结 构
2.手腕结构的选用
❖ 图4-16 手腕运动示意图
4.3.2手臂的典型结构
❖ 1.直线(伸缩、升降)运动机构 ❖ (1)往复直线缸 ❖ （2）直线感应电机(简称直线电机) ❖ （3）其他机械式直线机构 ❖ 2.回转(摆动)运动机构 ❖ (1)叶片式摆动缸 ❖ (2)齿轮齿条机构
4.3.3工业机器人的传动机构
第4章 工业机械手及机器人
学习目的 随着机电一体化技术的不断发展和创新，在 越来越多的自动机和自动线上，都采用了各种类 型的工业机械手，来帮助实现自动化并进一步提 高自动化程度。本章通过对工业机械手的组成和 分类以及工业机械手典型结构等内容的介绍，列 举了工业机械手的应用实例、工业机械手常用的 传动机构、驱动系统和控制系统的特点以及传感 器的分类等等，使学生能够对工业机械手的构成 及工作原理有一个大致的了解，掌握鉴别和选
4.5 工业机械手举例
荷（N）表示。 ❖ 驱动方式 说明采用何种方式（液压、气动、电动等）驱动以及驱动机
构状况。 ❖ 定位精度 这是衡量工业机械手工作质量的重要指标。一般指重复定位
精度。定位精度与位置控制方式、运动部件本身的精度和刚度、抓重、 运动速度等因素有密切关系。 ❖ 动力源 说明电源、气压、液压等动力的规格、功率等。
械手 ④电力传动机械手
(2)机器人驱动方式的分类
❖
❖ 直线型
❖ ❖
❖ 旋转型
❖
电动：音圈电机、直线电机 液压：活塞液压缸 气压：伸缩软管、气缸
电动：直流伺服电机、交流伺服电机、
液压：旋转马达 气压：气压马达、涡轮
步进电机
❖ (3)机器人驱动方式的特点及比较
3.按工业机器人的结构分类
❖ 1)五种基本坐标式机器人：直角坐标式机器人、圆 柱坐标式机器人、球坐标式机器人、关节坐标式机 器人、平面关节式机器人。
4.2手爪的类型及结构
❖ 4.2.1手爪结构分类 ❖ 1.机械手指型 ❖ 按手爪上的指数分为二指型和三指型，大多数为
二指型。 ❖ 按手爪数目分为单爪型和多爪型。 ❖ 2.真空型及磁铁型 ❖ 3.万能手爪
4.2.2机械手指型抓取机构
❖ 1.连杆型 ❖ 图4-3 滑块-摇杆机构
图4-4 摇杆滑块机构
❖ 工业机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分 是：机械部分、传感部分、控制部分。六个子系统 是：驱动系统、机械结构构系统(机械部分)，感受 系统、机器人-环境交互系统(传感部分)，人机交互 系统、控制系统(控制部分)。
4.1.3工业机械手及机器人的分类
❖ 1.按使用范围分 ❖ (1)专用机械手 (2)通用机械手 ❖ 2.按驱动方式分 ❖ (1)机械手驱动方式分类 ❖ ①机械传动机械手②液压传动机械手 ③气动传动机
4.1工业机械手及机器人的组成和分类
❖ 4.1.1工业机械手的组成 ❖ 工业机械手主要由执行机构、驱动机构、控制系
统和机座等四部分组成。 ❖ 1.执行机构 ❖ (1)手爪 (2)手腕 (3)手臂 (4)立柱 (5)行走机构 ❖ 2.驱动机构 ❖ 3.控制系统 ❖ 4.机座
4.1.2工业机器人的组成
❖ (3)真空泵式吸盘 ❖ 2.电磁吸盘型 ❖ 4.2.4新型手爪 ❖ 1.可吹胀手爪 ❖ 图4-13 可吹胀手爪
❖ 2.软性手爪 ❖ 图4-14 软性手爪
❖ 3.三手指型 ❖ 图4-15 三指手爪示意图
4.3 手腕的选用及手臂的典型结构
❖ 4.3.1手腕的选用 ❖ 手腕是连接手爪和手臂的构件，它具有独立的自由度，为了
用工业机械手的方法。
第4章 工业机械手及机器人
❖ 4.1工业机械手及机器人的组成和分类 ❖ 4.2手爪的类型及结构 ❖ 4.3 手腕的选用及手臂的典型结构 ❖ 4.4 工业机器人的控制系统 ❖ 4.5 工业机械手举例
第4章 工业机械手及机器人
❖ 工业机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、 轨迹和要求实现自动抓取、搬运工件或操作工具的 自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为 工业机械手。工业机器人是用来进行搬运材料、零 件、工具等可再编程的多功能机械手，或通过不同 程序的调用来完成各种工作任务的特殊装置
❖ 工业机器人传动机构是用来将原动机发出的机械能 传递给关节或其它工作部分，以实现机器人各种必 要的运动。
❖ 工业机器人常用的传动方案 ❖ 机器人中常用的传动机构有齿轮传动、螺旋传动、
带及链传动等。Hale Waihona Puke Baidu
4.4 工业机器人的控制系统
❖ 4.4.1机器人控制系统的特点 ❖ 4.4.2机器人控制系统的基本要求 ❖ 4.4.3机器人控制系统的分类 ❖ 1.程序控制系统 ❖ 2.按照外界状态进行控制的系统 ❖ 3.适应控制系统 ❖ 4.4.4工业机器人的传感器
❖ 2)两种冗余自由度结构机器人：整体控制的柔软臂 机器人(也称象鼻子机器人)、每一关节独立控制的 冗余自由度机器人。
❖ 3)模块化结构机器人
4.1.4工业机械手及机器人的主要技术参数
❖ 型号与名称 ❖ 机械结构形式 ❖ 自由度数 说明臂、腕等共有几个运动自由度 ❖ 运动范围 指各运动自由度的行程范围。一般是以爪中心为名义端点来
使机械手适应被夹持物的不同要求，选用手腕时，要考虑下 列两个因素： ❖ 1.自由度的选取 ❖ (1)在手臂运动范围内，能满足抓取和传送工件时，就尽量不 选用手腕动作，这样可以使手腕结构简化，制造方便，降低 成本，提高精度。 ❖ (2)对被抓取的工件有转位(或俯仰)要求(例如工件要求定位后 转位90º或180º)时，可增加手腕的回转动作，因为用手臂完 成回转动作时，惯性大，会影响定位精度。 ❖ (3)有时为了装卸工件，可令手腕增加横移动作。
2.齿轮-齿条型
❖ 图4-7 齿轮--齿条型气动手 爪
3.凸轮驱动型
❖ 图4-9 凸轮驱动型手爪
4.螺旋驱动型
❖ 图4-10 螺旋驱动型手爪
4.2.3吸盘型抓取机构
❖ 1.真空吸盘型 ❖ (1)挤压排气式吸盘 ❖ 图4-11 挤压排气式吸盘
❖ (2)扩散负压式吸盘
❖ 图4-12 扩散负压式喷嘴结 构
2.手腕结构的选用
❖ 图4-16 手腕运动示意图
4.3.2手臂的典型结构
❖ 1.直线(伸缩、升降)运动机构 ❖ (1)往复直线缸 ❖ （2）直线感应电机(简称直线电机) ❖ （3）其他机械式直线机构 ❖ 2.回转(摆动)运动机构 ❖ (1)叶片式摆动缸 ❖ (2)齿轮齿条机构
4.3.3工业机器人的传动机构
第4章 工业机械手及机器人
学习目的 随着机电一体化技术的不断发展和创新，在 越来越多的自动机和自动线上，都采用了各种类 型的工业机械手，来帮助实现自动化并进一步提 高自动化程度。本章通过对工业机械手的组成和 分类以及工业机械手典型结构等内容的介绍，列 举了工业机械手的应用实例、工业机械手常用的 传动机构、驱动系统和控制系统的特点以及传感 器的分类等等，使学生能够对工业机械手的构成 及工作原理有一个大致的了解，掌握鉴别和选
4.5 工业机械手举例