工业机器人组成及工作原理..
工业机器人结构原理
工业机器人结构原理工业机器人是一种可以执行特定任务的智能机械设备。
它们通常由多个主要部分组成，包括机械结构、控制系统、执行器和传感器。
机械结构是工业机器人的重要组成部分，它为机器人提供了身体支持和运动能力。
通常，机械结构由连杆、关节和框架等元件组成。
连杆用于连接不同的关节，使机器人能够执行复杂的动作。
关节是机器人的可动连接点，允许机械结构在不同的方向上旋转或运动。
框架则起到支撑作用，保证机械结构的稳定性和可靠性。
控制系统是控制工业机器人动作和功能的核心。
它通常由硬件和软件两部分组成。
硬件包括中央处理器、存储器、输入输出接口和电源等。
中央处理器是控制系统的主要组成部分，它接收和处理来自传感器的输入信号，并发送指令给执行器。
存储器用于存储程序和数据，以及记录机器人的状态信息。
输入输出接口用于与外部设备进行通信，例如与计算机或其他机器人进行数据交换。
电源则提供所需的能量给控制系统。
执行器是机器人的执行部件，它们负责将控制系统发送的指令转化为动态的机械运动。
常见的执行器包括电动机、液压缸和气动缸等。
电动机是最常用的执行器，它通过电能转变为机械能，驱动机械结构实现各种动作。
液压缸和气动缸则利用液体和气体的压力来实现运动控制，适用于一些需要大力矩或冲击力的操作。
传感器是机器人的感知装置，它们用于获取外部环境的信息，并将信息传递给控制系统。
常见的传感器包括光电传感器、压力传感器、温度传感器和力传感器等。
光电传感器用于检测物体的位置和距离，压力传感器用于测量力的大小，温度传感器用于监测环境的温度变化，力传感器则可测量机器人施加的力。
综上所述，工业机器人的结构原理包括机械结构、控制系统、执行器和传感器等多个方面。
这些部分相互配合，使机器人能够进行复杂的动作和任务执行。
工业机器人的工作原理
工业机器人的工作原理工业机器人是指具有自主控制能力、能够完成一定工业操作任务的多关节机械臂装置。
它广泛应用于制造业领域，能够提高生产效率、降低成本、改善劳动条件等。
那么，工业机器人的工作原理是什么呢？1. 传感器系统工业机器人的传感器系统起到接收和感知环境信息的作用。
常见的传感器包括视觉传感器、光电传感器、力传感器等。
视觉传感器可以获取机器人周围的图像信息，以便进行图像处理和目标检测；光电传感器可以检测物体的位置和距离；力传感器可以感知机器人与物体之间的作用力，以实现精确的力控制。
2. 控制系统工业机器人的控制系统是机器人的大脑，负责控制机器人的动作和行为。
它由计算机、控制器和伺服驱动器等组成。
计算机负责计算机器人的轨迹规划、动作控制和决策；控制器将计算机指令转化为机器人能够识别和执行的信号；伺服驱动器根据控制器的指令控制电机的转动，实现机器人的运动。
3. 运动系统工业机器人的运动系统负责控制机器人的运动。
它由多个关节和电机组成，可以通过电机驱动关节的运动，实现机器人的姿态调整和轨迹运动。
不同类型的机器人有不同的运动结构，常见的有SCARA机器人、直交坐标机器人和Delta机器人等。
4. 执行器工业机器人的执行器是用于实际执行任务的工具。
常见的执行器有机械手、夹具和吸盘等。
机械手是最常见的执行器，它可以根据任务需求进行抓取、装配、搬运等操作；夹具可以夹持和固定物体，以实现精确的加工和装配；吸盘可以通过负压吸附物体，用于搬运和组装等任务。
5. 编程系统工业机器人的编程系统用于指导机器人的工作。
常见的编程方式有离线编程和在线编程。
离线编程通过计算机对机器人进行编程，然后将程序上传到机器人控制器中执行；在线编程则需要操作员通过控制器手柄对机器人进行实时操作和编程。
综上所述，工业机器人的工作原理主要涉及传感器系统、控制系统、运动系统、执行器和编程系统等方面。
这些组成部分协同工作，使机器人能够感知环境、进行运动和执行任务。
工业机器人机构及其机械原理
工业机器人机构及其机械原理一、工业机器人机构1.旋转关节：旋转关节允许连接的两个部件相对旋转。
其常见的工作方式有单自由度（DOF）和多DOF。
单DOF的旋转关节只能以一个轴向进行旋转；而多DOF旋转关节则可以在一个平面内进行多向旋转。
2.滑动关节：滑动关节允许两个部件在平行轴线上相对滑动。
与旋转关节不同，滑动关节是沿着直线路径进行移动的关节。
3.旋转-滑动关节：旋转-滑动关节结合了旋转关节和滑动关节的特点，可以实现旋转和滑动两种运动方式。
这种关节结构适用于需要在旋转和滑动两个方向上进行运动的任务。
除了关节，机器人的机构还包括其他附属装置，如力传感器、末端执行器等。
二、工业机器人机械原理1.驱动系统：驱动系统负责提供机器人关节运动所需的动力。
常见的驱动系统包括电动机和气动/液压驱动。
电动驱动广泛应用于工业机器人中，可以通过电能转换为机械能，驱动机器人的关节进行运动。
气动和液压驱动则适用于一些需要较大力矩和力量的机器人任务。
2.传动系统：传动系统负责传递动力和控制关节的运动。
常见的传动方式有齿轮传动、皮带传动、链传动等。
齿轮传动一般用于需要高精度的机器人任务，具有传动效率高、精度高等优点；皮带传动则适用于速度较高的机器人任务，具有运动平稳、噪声小等特点；链传动适用于承受大力矩的机器人任务。
3.执行系统：执行系统是机器人执行任务的最终部分，决定了机器人的实际功能。
执行系统包括末端执行器、夹持工具等。
末端执行器是机器人与工件进行接触的部分，可以根据不同的任务进行定制，如机器人手爪、机器人刷子等。
夹持工具是机器人用于抓取和固定工件的工具，可以根据工件的形状和尺寸进行设计。
工业机器人组成及工作原理
(2)有效负载(Payload) 有效负载是指机器人操作机在工作时臂端可能搬运 的物体重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作机的负荷能力。
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。
• 位置信息：作业之间各点的坐标值，包括手爪在该 点上的姿态，通常总称为位姿（POSE）。
• 时间信息：各顺序动作所需时间，即机器人完成各 个动作的速度。
二、工业机器人的技术参数
表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、 运动精度、运动特性、动态特性等。
例：电装（DENSO）机械手
• 系统组成感知系统1感受系统由内部传感器4
模块和外部传感器模块
组成, 用以获取内部和
外部环境状态中有意义
的信息。
2
智能传感器的使用提高
了机器人的机动性、适
应性和智能化的水准。
3
智能传感器的使用提高了
机器人的机动性、适应性
和智能化的水准。
对于一些特殊的信息, 传 感器比人类的感受系统 更有效。
“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。
示教再现
– 示教－再现 即分为示教－存储－再现-操作四步进行。 • 示教：方式有两种：(1) 直接示教－手把手； (2) 间接示教－示教盒控制。 • 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。
机器人的组成结构及原理
机器人的组成结构及原理机器人是一种能够自动执行任务的机械设备。
它们可以被用于各种各样的任务，从工业制造到医疗保健和军事应用等。
机器人的组成结构和原理是机器人技术的核心，这篇文章将会介绍机器人的组成结构和原理，以及机器人的应用领域。
一、机器人的组成结构机器人通常由以下几个部分组成：1. 机械结构：机械结构是机器人的骨架，它包括机器人的机身、关节、连接器、执行器等。
机械结构的设计直接影响机器人的稳定性、精度和速度。
2. 传感器：传感器是机器人的感知器，它们能够感知环境中的信息并将其转化为机器人能够理解的数据。
传感器包括摄像头、激光雷达、声音传感器、触摸传感器等。
3. 控制系统：控制系统是机器人的大脑，它负责控制机器人的运动和行为。
控制系统包括计算机、控制器、运动控制器等。
4. 能源系统：能源系统是机器人的动力源，它提供机器人所需的能量。
能源系统包括电池、液压系统、气压系统等。
二、机器人的原理机器人的原理是通过机械结构、传感器和控制系统的协同作用来实现机器人的运动和行为。
机器人的运动和行为通常通过以下几个步骤来实现：1. 感知环境：机器人通过传感器感知环境中的信息，并将其转化为机器人能够理解的数据。
2. 分析数据：机器人的控制系统对感知到的数据进行分析，并根据分析结果制定相应的行动计划。
3. 运动控制：机器人的控制系统通过运动控制器控制机械结构的运动，从而实现机器人的运动和行为。
4. 反馈控制：机器人在运动和行为过程中，通过传感器不断反馈环境的变化信息给控制系统，从而实现机器人的自适应控制。
三、机器人的应用领域机器人的应用领域非常广泛，以下是几个典型的应用领域：1. 工业制造：机器人在工业制造中的应用非常广泛，如汽车制造、电子制造、食品加工等。
机器人能够提高生产效率、降低成本、提高产品质量。
2. 医疗保健：机器人在医疗保健中的应用也越来越广泛，如手术机器人、康复机器人、护理机器人等。
机器人能够提高手术精度、减少手术创伤、提高康复效果。
简述工业机器人的组成及每部分的功能。
简述工业机器人的组成及每部分的功能。
工业机器人主要由以下几个部分组成：
1. 机械结构：工业机器人的机械结构是实现机器人运动和操作的基础。
它包括臂架、关节、机械手、手爪等组件，可以具备多个自由度。
机械结构的主要功能是实现机器人的运动和操作。
2. 控制系统：工业机器人的控制系统是实现机器人工作的核心部分。
它包括控制器、编程设备、传感器等组件。
控制系统接收操作员或者计算机发出的指令，通过控制器对机械结构进行控制和操作。
同时，它还可以根据传感器的反馈信息，实现自适应和反馈控制。
3. 传感器系统：工业机器人的传感器系统主要用于获取周围环境的信息。
它可以包括接近传感器、视觉传感器、力传感器等。
传感器系统的主要功能是检测和感知周围环境的变化，为机器人的操作和决策提供数据支持。
4. 执行器：工业机器人的执行器是机械结构的驱动装置。
它可以包括电机、液压驱动器、气动驱动器等。
执行器的主要功能是将控制系统发出的信号转化为机械力或者运动，驱动机械结构进行工作和操作。
综上所述，工业机器人的组成部分主要包括机械结构、控制系统、传感器系统和执行器。
这些部分通过协同工作，实现机器人的运动、操作和感知能力，完成各种工业任务。
工业机器人组成及工作原理
工业机器人组成及工作原理
首先，工业机器人通过传感器感知其周围环境。
常见的传感器包括摄像头、激光传感器、力传感器等。
摄像头可以用于视觉对象识别和测量，激光传感器可以用于障碍物检测和距离测量，力传感器可以用于精确控制操作力度。
通过这些传感器，机器人能够获取有关环境的信息。
其次，机器人根据感知到的环境信息，进行决策制定。
这一步骤通常由控制系统完成。
控制系统是机器人的大脑，它接收传感器的信息，经过处理和分析，生成相应的决策。
例如，当机器人需要进行抓取任务时，控制系统首先会对目标进行识别，然后计算最佳抓取点和抓取力度。
最后，机器人根据决策结果执行相应的操作。
执行器是机器人的手臂或爪子，用于执行具体操作。
通过电机和传动系统，执行器能够实现精确的位置和速度控制。
例如，当决策结果是抓取物体时，执行器会根据计算出的抓取点和抓取力度，准确地将手臂伸展并抓取物体。
除了以上的工作原理外，工业机器人还可以与人进行交互。
通过人机交互界面，人们可以直观地与机器人进行沟通和控制。
例如，通过显示屏和按钮，人们可以设定机器人的工作任务和参数。
通过语音输入和语音反馈，人们可以与机器人进行语音交流。
这样的交互功能使得机器人在工业生产中更加灵活和易于操作。
总体而言，工业机器人的工作原理是基于感知环境、决策制定和执行操作的过程。
通过传感器的感知，控制系统的决策和执行器的操作，工业机器人能够高效地完成各种任务，大大提高生产效率和质量。
工业机器人组成结构
工业机器人组成结构工业机器人是一种用于自动化生产的机器，它能够完成人类在生产线上的工作任务。
工业机器人的组成结构是多样的，下面将从机械结构、电气控制和软件系统三个方面来介绍工业机器人的组成结构。
一、机械结构工业机器人的机械结构是支持其运动和操作的基础。
通常，它由底座、臂架、关节、末端执行器等部分组成。
1. 底座：底座是机器人的基础，通常由铸铁或钢板制成，具有足够的强度和稳定性。
底座上通常安装有电机和减速器，用于提供机器人的旋转运动。
2. 臂架：臂架是机器人的主体结构，通常由铝合金或碳纤维等材料制成，具有轻量化和高强度的特点。
臂架上的关节连接着各个运动部件，使机器人能够进行多轴运动。
3. 关节：关节是机器人的运动部件，通常由电动机、减速器和编码器等组成。
关节能够提供机器人的转动和抬升等运动，使机器人能够灵活地完成各种工作任务。
4. 末端执行器：末端执行器是机器人的工作部件，通常根据需要选择不同的执行器，如夹爪、吸盘、焊枪等。
末端执行器能够完成机器人的具体操作任务，如抓取、装配、焊接等。
二、电气控制电气控制是机器人的神经系统，负责控制机器人的运动和操作。
它由电机驱动系统、传感器系统和控制器等组成。
1. 电机驱动系统：电机驱动系统是机器人的动力源，通常由伺服电机和伺服驱动器等组成。
电机驱动系统能够提供机器人的运动能力，使机器人能够精确地控制运动轨迹和速度。
2. 传感器系统：传感器系统能够感知机器人周围的环境和工件信息，通常包括视觉传感器、力传感器、接近开关等。
传感器系统能够为机器人提供反馈信号，使机器人能够根据实际情况进行调整和控制。
3. 控制器：控制器是机器人的大脑，负责整个系统的协调和控制。
控制器通常由工控机或嵌入式控制器组成，可以通过编程来实现机器人的自动化控制和任务规划。
三、软件系统软件系统是机器人的智能核心，负责实现机器人的智能化和自主性。
它由操作系统、控制算法和应用软件等组成。
1. 操作系统：操作系统是机器人的基础软件平台，通常采用实时操作系统（RTOS），如VxWorks、RobotWare等。
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特点：直接力控制具有力回路，直接控制期望力
间接力控制
• 分类：主动柔顺-阻抗控制；被动柔顺-变刚度
特点：间接力控制（阻抗控制、力/位混合控制） 【通过控制位置实现力控制，没有明确的力回路】
阻抗控制分类区别在内环被动柔顺控制• 目的：基于安全性考虑 • 阿西莫夫三定律：
1950年,美国作家埃萨克· 阿西莫夫在科幻小说《I，Robot》中首 次使用了“Robotics” ，即“机器人学”。阿西莫夫提出了 “机器人三定律”： 1）机器人不应伤害人类,且在人类受到伤害时不可袖手旁观； 2）机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外； 3）机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。
示教再现
– 示教－再现 即分为示教－存储－再现-操作四步进行。
• 示教：方式有两种：(1) 直接示教－手把手；
(2) 间接示教－示教盒控制。
• 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。
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。 • 位置信息：作业之间各点的坐标值，包括手爪在该
最常用的评价标准就是输入与输出（期望的输出 与实际输出）之间的偏差
例如：
• 按照期望控制量分为：位置控制和力控制
单关节位置控制（位置反馈，速度反馈，加速度反馈） 位置控制 多关节位置控制 集中控制 (centralized control) 分解运动控制（decentralized control）
控制的目的 是使被控对象产生控制者所期望的行为方式 控制的基本条件 是了解被控对象的特性 控制的实质 是对驱动器输出力矩的控制
？ ？ ？
输入X
被控对象的模型 目 输入X 的 输出Y
输出Y
机器人控制的两个问题：
1）求机器人的动态模型（动力学问题） 2）根据动态模型设计控制规律
机器人技术与控制学科的关系
• 系统组成
例：电装（DENSO）机械手
感知系统
1
感受系统由内部传感器 模块和外部传感器模块 组成, 用以获取内部和 外部环境状态中有意义 的信息。
4
对于一些特殊的信息, 传 感器比人类的感受系统 更有效。
2
智能传感器的使用提高 了机器人的机动性、适 应性和智能化的水准。 智能传感器的使用提高了 机器人的机动性、适应性 和智能化的水准。
（Direct force control）
PID控制
主动柔顺 （阻抗控制）
分类
间接力控制
（Indirect force control）
被动柔顺（变刚度）
为什么采用力控制 ？
轴孔配合
形状适应性
接触碰撞
直接力控制
• 作用：实现机器人与环境作用力的精确控制 • 实例：力的PI控制方法
工业机器人通常远离人，当人进入其工作范围，会造成意外伤害
与人交互需求
• 安全性是第一位的
从仿人的角度
• 变刚度
人体关节构造
• 前臂肘关节
仿生机器人关节
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点上的姿态，通常总称为位姿（POSE）。
• 时间信息：各顺序动作所需时间，即机器人完成各 个动作的速度。
二、工业机器人的技术参数
表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、 运动精度、运动特性、动态特性等。 (1)工作空间（Work space） 工作空间是指机器人臂杆的特定部位在一定 条件下所能到达空间的位置集合。工作空间的性状和大小反映了机器人工作能力 的大小。理解机器人的工作空间时，要注意以下几点： (2)有效负载(Payload) 有效负载是指机器人操作机在工作时臂端可能搬运 的物体重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作机的负荷能力。 (3)运动精度(Accurucy) 机器人机械系统的精度主要涉及位姿精度、重复 位姿精度、轨迹精度、重复轨迹精度等。 (4)运动特性（Sped） 速度和加速度是表明机器人运动特性的主要指标。 (5)动态特性 结构动态参数主要包括质量、惯性矩、刚度、阻尼系数、固 有频率和振动模态。
±（0.05~1) ±1
±0.1~ ±3 2
±(0.01 ±(0.01 ~0.5) ~0.5)
• 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。
实
际
位
置 给定位置
反馈尺
重复 精度 精度
TBRU 分辨率
分辨率、精度、重复精度的关系
1.3 工业机器人控制技术综述
直接力控制 （direct force control） 力控制 阻抗控制 (impedance control) 力位混合控制 (Hybrid force/Motion control)
智能化的控制方式
• • • • • • 模糊控制(fuzzy control ) 自适应控制（ adaptive control ） 最优控制(optimal control) 神经网络控制(neuro control ) 模糊神经网络控制 专家控制(expert control)
例：库卡工业机器人控制器KRC4
KRC4性能参数： 全部采用总线形式 处理器库卡(工业)PC（2.6GHZ ） 操作系统微软WINDOWS XP 控制轴数8个 AC伺服马达驱动 与外围设备通讯接口: Profinet, Profibus,Interbus,EtherCAT, Ethernet 编程及控制库卡SmartPAD
定位精度（Positioning accuracy）：指 机器人末端参考点实际到达的位置与 所需要到达的理想位置之间的差距。
可以用精密度、正确度、和准确度三个参数来衡量。 重复性（ Repeatability ）或重复精度：
指机器人重复到达某一目标位置 的差异程度。或 在相同的位置指令
下，机器人连续重复若干次其位置的 分散情况。它是衡量一列误差值的密 集程度，即重复度。
“可编程控制”方式：工作人员事先根据机器人的工作任务和运 动轨迹编制控制程序，然后将控制程序输入给机器人的控制器， 起动控制程序，机器人就按照程序所规定的动作一步一步地去 完成，如果任务变更，只要修改或重新编写控制程序，非常灵 活方便。大多数工业机器人都是按照前两种方式工作的。
“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。
• Others
机器人的位置控制
1．机器人位置控制任务分类：
点位控制－PTP（Point to Point）：只考虑起始点 和目的点的位置，而不考虑两点之间的移动路径的 控制方式，适用于上下料、点焊、搬运等； 连续路径控制－CP（Continuous Path）：不但要 求机器人以一定的精度到达目标点，而且对其移动 的轨迹形式有一定精度范围的要求。 （如弧焊、喷 漆机器人）
如果被控对象的模型能够精确知道，但模型是 变化的，怎么办？
如果模型的变化是可以 预测的
如果模型的变化是可 以实时辩识的
辨识器
X
1/ P（T）
P（T）
Y
X
1/ P（T）
P（T）
Y
开环预测控制
开环辨识控制
被控对象的特性（数学模型）不能完全确定或完全不能 确定的情况下，怎么办？
以被控对象的实际输出构成某种评价标准来修正控制 器的输入信号，以使对象的输出接近期望值----闭环反 馈控制
●S 轴（回旋） ●L 轴（下臂倾动） ●U 轴（上臂倾动） ●R 轴（手臂横摆） ●B 轴（手腕俯仰） ●T 轴（手腕回旋）
机器人关节
？
机器人控制器
控制器是根据指令以及传感器信息控制机器人完成一定动作或作业任务的 装置，是决定机器人功能和性能的主要因素，也是机器人系统中更新和发展 最快的部分。 其基本功能有：示教、记忆、位置伺服、坐标设定。 开发程度：封闭型、开放性和混合型。 【目前基本上都是封闭型系统（如日系）或混合型系统（如欧系）】 控制方式：集中式控制和分布式控制。
3
1.2 工业机器人工作原理与技术参数
一、机器人的工作原理
机器人的工作原理是一个比较复杂的问题。简单地说，机器人 的原理就是模仿人的各种肢体动作、思维方式和控制决策能力。从 控制的角度，机器人可以通过如下四种方式来达到这一目标。 “示教再现”方式：它通过“示教盒”或人“手把手”两种方 式教机械手如何动作，控制器将示教过程记忆下来，然后机器 人就按照记忆周而复始地重复示教动作，如喷涂机器人。
o
o
精度和重复精度，哪个重要
• 精度
？
机器人到达指定点的精确程度（与驱动和传感的分辨 率有关）。 （可预测可校正）
• 重复精度
机器人动作重复多次，到达同样位置的精确程度。 （随机误差的范围，无法消除）
任务 重复 性 机床上下 料 冲床上下料 点焊 ±1 模锻 喷漆 装配 测量 弧焊 ±(0.2~ 0.5)
2. 位置控制方法：
关节空间控制结构 直角坐标空间控制结构
机器人的力控制
• 力控制简介 • 直接力控制（Direct force control） • 间接力控制（Indirect force control）
1.力控制简介
• 目的: 控制机器人各关节使其末端表现出一定 的力或力矩特性。
直接力控制
集中式控制系统结构