机器人基本构成
8第四章 机器人本体基本结构(1)
机器人常用材料简介 1）碳素结构钢和合金结构钢——这类材料强度好，特 别是合金结构钢，其强度增大了4～5倍，弹性模量E大，抗 变形能力强，是应用最广泛的材料。适合制造传动件、连 接件、连杆体支承件骨架等。 2）铝、铝合金及其他轻合金材料——这类材料的共同 特点是重量轻，弹性模量E并不大，但是材料密度小，故 E/之比仍可与钢材相比。适合制造连杆体等。 3）纤维增强合金——这类合金如硼纤维增强铝合金、 石墨纤维增强镁合金等。这种纤维增强金属材料具有非常 高的E/比，而且没有无机复合材料的缺点，但价格昂贵。 适合制造连杆体等
机身回转运动可采用：回转轴液压（气）缸直接驱动； 直线液压（气）缸驱动的传动链（齿轮齿条、链条链 轮）；电动机驱动齿轮和蜗轮蜗杆传动。 机身的升降运动可以采用：直线液压（气）缸直接驱动； 直线液压（气）缸驱动的连杆式升降台；电动机驱动丝 杠螺母传动。 俯仰运动大多采用摆式直线液压（气）驱动，液压（气） 驱动齿条齿轮或四连杆机构传动；也有电动机驱动齿轮 和蜗轮蜗杆传动。 直移型机器人多为悬挂式的，其机身实际上就是悬挂手 臂的横梁。为使手臂能沿横梁平移，除了要有驱动和传 动机构外，导轨是一个重要的构件。
4.1 概述
机器人本体是机器人的重要组成部分，所有的计算、分析和编程最终要通过本体的 运动和动作完成特定的任务。机器人本体各部分的基本结构、材料的选择将直接影 响整体性能。
4.1.1 机器人本体的基本结构形式 机器人本体基本结构组成
机器人本体主要包括:
1) 传动部件； 2) 机身及行走机构； 3) 臂部； （见六伺服机械手臂视频） 4) 腕部；
机身回转运动可采用：回转轴液压（气）缸直接驱动； 直线液压（气）缸驱动的传动链（齿轮齿条、链条链 轮）；电（b)双杆活塞气缸驱动链条链轮传 传动机构） 动机构 图4－1 链条链轮传动实现机身回转的原理图（P104）
工业机器人本体构成与特点
工业机器人本体构成与特点
工业机器人本体就是机器人的机械部分，又叫操作机，是工业机器人的操作机构，是指工业机器人的原样和自身。
工业机器人是典型的机电一体化产品，一般由机械本体、控制系统、传感器、驱动器和输入/输出系统接口等五部分构成。
工业机器人本体机械结构由五部分构成：1、传动部件；2、机身及行走机构；3、臂部；4、腕部；5、手部。
工业机器人本体由以下五大部分构成
1、工业机器人本体：机器人的机械本体机构基本上分为两大类，一类是操作本体机构，它类似人的手臂和手腕，另一类为移动型本体结构，主要实现移动功能，。
2、驱动伺服单元：伺服单元的作用是使驱动单元驱动关节并带动负载按预定的轨迹运动。
已广泛采用的驱动方式有：液压伺服驱动、电机伺服驱动，气动伺服驱动。
3、数控系统：各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出。
机器人通常采用主计算机与关节驱动伺服计算机两级计算机控制，计算机控制系统包括电机驱动软件和轨迹控制软件。
4、传感系统：除了关节伺服驱动系统的位置传感器(称作内部传感器)外，还需要搭配视觉、力觉、触觉、接近等多种类型的传感器(称作外部传感器)。
5、输出/输入系统接口：为了与周边系统及相应操作进行联机与
应答，会开放各种通信接口和人机通信装置。
工业机器人本体的结构特点有：
1、工业机器人本体可以简化成各连接杆首尾相连、末端开放的一个开式运动链，机器人本体的结构刚度差，并随空间位置的变化而变化；
2、机器人本体的每个连杆都具有独立的驱动器，连杆的运动各自独立，运动更为灵活；一般连杆机构有1-2个原动件，各连杆间的运动是相互约束的，；
3、连杆驱动扭矩变化复杂，和执行件位置相关。
机器人基本构成
机器人基本构成机器人是一种能够执行各种任务的自动化设备，它的基本构成由多个部分组成。
本文将为您详细介绍机器人的基本构成和各个部件的功能，帮助您更好地理解机器人的工作原理。
一、机器人的传感器系统传感器是机器人的感知器官，用于感知周围环境的信息。
机器人的传感器系统通常包括以下几种传感器：1. 视觉传感器：机器人的眼睛，用于获取视觉信息。
视觉传感器可以使用摄像头、激光雷达等设备，通过对周围环境进行扫描和感知，以获取物体的位置、形状等信息。
2. 声音传感器：机器人的耳朵，用于捕捉声音信号。
声音传感器可以帮助机器人分辨不同声音，如人的声音、环境噪音等，从而实现语音识别和声音定位等功能。
3. 触觉传感器：机器人的手，用于感知触摸和力量。
触觉传感器可以让机器人感知物体的硬度、形状和温度等信息，从而能够更准确地进行抓取和操作。
4. 距离传感器：机器人的测距仪，用于测量机器人与物体之间的距离。
距离传感器可以使用激光、红外线等技术，通过测量反射信号的时间和强度来推断距离。
二、机器人的执行系统执行系统是机器人的行动器官，用于执行各种任务。
机器人的执行系统通常包括以下几种部分：1. 电动机：机器人的动力系统，用于提供动力和驱动机器人的运动。
电动机可以分为直流电动机、步进电动机等，具有不同的特点和用途。
2. 关节：机器人的关节部分，用于连接机器人的各个零部件，实现灵活的运动。
关节通常由电动机和传动装置组成，可以实现旋转、抬升等运动。
3. 手爪/工具：机器人的手部，用于抓取和操作物体。
手爪可以根据不同任务选择不同的形状和材料，如机械手、夹子等。
三、机器人的控制系统控制系统是机器人的大脑，用于控制和协调机器人的各项行动。
机器人的控制系统通常包括以下几个方面：1. 中央处理器（CPU）：机器人的核心部分，用于进行数据计算和决策。
CPU可以根据传感器获取的信息，通过算法和逻辑判断来控制机器人的行动。
2. 控制算法：机器人的智能部分，用于编写各种控制逻辑和算法。
工业机器人基本结构概述
工业机器人基本结构概述
工业机器人系统一般由操作机、驱动单元、控制装置和为了使工业机器人进行作业而要求的外部设备组成。
简单为大家讲一下工业机器人基本结构。
一、机器人主体
机器人主体是机器人完成作业的实体，它具有和人手臂相似的动作功能。
通常由下列部分组成：
1.末端执行器又称手部，是机器人直接执行工作的装置，并可设置夹持器、工具、传感器等，是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。
2.手腕是支承和调整末端执行器姿态的部件，主要用来确定和改变末端执行器的方位和扩大手臂的动作范围，一般有2～3个回转自由度以调整末端执行器的姿态。
有些专用机器人可以没有手腕而直接将末端执行器安装在手臂的端部。
3.手臂它由机器人的动力关节和连接杆件等构成，是用于支承和调整手腕和末端执行器位置的部件。
手臂有时包括肘关节和肩关节，即手臂与手臂间。
手臂与机座间用关节连接，因而扩大了末端执行器姿态的变化范围和运动范围。
4.机座有时称为立柱，是工业机器人机构中相对固定并承受相应的力的基础部件。
可分固定式和移动式两类。
二、驱动单元
工业机器人驱动单元是由驱动器、检测单元等组成的部件，是用来为操作机各部件提供动力和运动的装置。
三、控制装置
工业机器人控制装置是由人对机器人的启动、停机及示教进行操作的一种装置，它指挥机器人按规定的要求动作。
四、人工智能系统
工业机器人人工智能系统由两部分组成，一部分是感觉系统，另一部分为决策-规划智能系统。
机器人系统的组成
机器人系统的组成机器人系统通常由以下几个组成部分构成：1. 机械结构：包括机器人的物理外形和各个部件的机械结构，如关节、链条、连接器、传感器等。
这些结构决定了机器人的动作范围和运动能力。
2. 电气控制系统：包括电机、驱动器、传感器、计算机等电子设备，用于控制机器人的运动和感知环境。
电气控制系统接收来自计算机的指令，并将其转化为机械动作。
3. 计算机控制系统：包括嵌入式系统、单片机、PLC等，用于控制机器人的运动和执行任务。
计算机控制系统负责运算、决策和监控机器人的各种功能。
4. 感知系统：包括各种传感器，如摄像头、激光雷达、红外传感器等，用于感知机器人周围的环境信息。
感知系统可以获取到环境中的物体位置、距离、光照强度等数据，以辅助机器人的决策和动作。
5. 控制算法：包括路径规划、运动控制、动作规划等算法，用于指导和控制机器人的各项动作。
控制算法可以使机器人对特定任务做出适当的反应和行动。
6. 用户界面：通常是一台显示屏或者计算机界面，与机器人进行通信，可以通过界面对机器人进行控制和监控。
用户界面还可以提供机器人的工作状态、故障报警等信息。
这些组成部分相互配合，共同组成一个完整的机器人系统，实现使用者对机器人的控制和监控，并执行各种任务。
另外还有一些可选的组成部分，可以根据具体的机器人应用需求进行选择和配置：1. 操作系统：机器人可能运行一个特定的操作系统，如Linux 或Windows，用于管理和协调机器人系统的各项功能。
2. 数据存储和通信设备：机器人可能需要具备一定的存储和通信能力，以便存储和传输数据。
例如，机器人可以存储感知到的环境信息和任务执行过程中的数据。
3. 电源系统：机器人通常需要电源来驱动各个部件的工作，可以采用电池、电源适配器等不同形式的供电方式。
4. 人机交互接口：机器人可以配备触摸屏、声音识别、手势识别等人机交互设备，以便用户能够与机器人进行沟通和交互。
需要注意的是，不同类型的机器人系统在组成部分上可能会有所不同。
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。
人工智能机器人的控制技术
人工智能机器人的控制技术随着科技的快速发展，人工智能机器人在生产、服务等领域中的应用越来越广泛。
人们开发了一系列控制技术来控制机器人的动作和决策，使其更好地服务于人类社会。
一、人工智能机器人的基本构成人工智能机器人包括许多部分，其中最重要的是机身、控制器和感应器。
机身是机器人的外壳，它可以是机器人的工作负载，也可以是移动板。
控制器是机器人的统治中枢，它负责决策、规划和指导机器人的动作。
感应器是机器人的感知器官，可以接收外界信息，以反馈给控制器并指导机器人的动作。
二、人工智能机器人的控制技术1.路径规划技术路径规划是机器人从起点到终点的路线和其所代表的运动轨迹。
通过路径规划，机器人可以实现最短的路径并保证其安全、高效的运行。
常用的路径规划方法有A*算法、Dijkstra算法、深度优先搜索、广度优先搜索等。
2. 运动控制技术运动控制是机器人的动作控制。
它指的是机器人如何移动，包括直线运动、旋转、加减速等等。
运动控制技术在发展过程中经历了PID控制、反馈控制、自适应控制等多个历程。
现在，随着深度学习的应用，很多最优化的控制方法得到了更好的应用效果。
3.视觉控制技术视觉控制技术是指机器人如何识别人、物、形状和距离等，从而指导机器人的动作。
视觉控制技术由于其应用的普遍性和灵活性，已经成为人工智能机器人的三个主要控制技术之一。
视觉控制技术也可以分为分类和检测两个方面。
其中，分类通常是训练模型对物体进行分类，比如训练模型通过识别网球然后将其接住。
而检测则是检测机器人周围的环境以及识别周围的物体。
三、人工智能机器人的应用领域人工智能机器人已经被广泛应用于多个领域，其应用范围包括制造业、物流、医疗、保安等。
例如，机器人可以在医院中协助医生完成手术等工作，同时还可以避免病人受到交叉感染的问题。
在外送餐的站点上，机器人已经可以成功地实现逆向物流，解决了外送餐回暖冷餐的问题，并使得外卖送餐更加高效。
四、结论人工智能机器人控制技术的发展可以为人类社会做出更多更好的贡献。
浅谈传统六轴机器人的基本构成及特点
浅谈传统六轴机器人的基本构成及特点传统关节机器人基本构成传统关节机器人主要由本体结构件、减速器、伺服电机、控制器等构成。
本体结构件工业机器人本体由旋转机座，大臂，小臂等部位组成，是机器人外面最直接的机械结构。
机器人本体结构件包含铸铁、铸钢、铸铝、结构钢等多种材质。
减速器减速器用于承载机器人各个关节的载荷，电机输出的高转速低扭矩通过减速器后形成低转速高转矩，从而提升机器人各轴的输出力矩，使得机器人可以承受较大的负载。
机器人对减速器的要求很高，需要减速器体积小、质量小、减速比大、精度高、抗冲击等。
目前大量应用于多关节机器人的减速器主要有两种：一种是RV减速器，另一种是谐波减速器。
RV减速器因具有更高的刚度和回转精度，一般被放置在大臂、肩部等重负载位置;谐波减速器则被放置在小臂及手腕部。
驱动控制系统驱动控制系统主要用于控制机器人按照设定的运动参数进行运动。
其主要包含伺服驱动器、伺服电机和控制器。
(1)伺服电机主要用于驱动机器人的关节，要求具备最大功率质量比和扭矩惯量比、高启动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围;(2)伺服驱动器是驱动伺服电机进行运动的装置，根据控制器的指令，伺服驱动器给予伺服电机相应的电流，从而保证伺服电机按照需求的运动速度、加速度、运转位置等条件进行运动，从保证机械臂的运动达到设定要求。
(2)控制器可对其内部参数进行人工设定而实现对机器人的位置控制、速度控制和转矩控制等多种功能。
六轴串联机器人“轴”作用传统六轴工业机器人一般有6个自由度，常见的包含旋转(S轴)，下臂(L轴)、上臂(U轴)、手腕旋转(R轴)、手腕摆动(B轴)和手腕回转(T 轴)。
6个关节合成实现末端的6自由度动作。
一轴：第一个轴是连接底座的部分，承载着整个机器人的重量和和底座的左右转动;二轴：控制机器人大臂的前后摆动;三轴：控制机器人小臂的前后摆动;四轴：控制机器人小臂旋转;五轴：控制和上下微调机械手手腕的转动，通常是当产品抓取后可以进行产品翻转的动作;六轴：用于末端夹具部分的旋转功能，可更精确定位到产品。
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机器人基本构成
机器人系统通常分为三大部分：机械部分、传感部分和控制部分；六个子系统：驱动系统、机械系统、感知系统、人机交互系统、机器人环境交互系统、控制系统等组成（如图1所示）。
图1 机器人系统的基本构成
1.机械系统
机械系统又称操作机或执行机构系统，由一系列连杆、关节或其他形式的运动部件组成，通常包括机座、立柱、腰关节、臂关节、腕关节和手爪等，构成多自由度机械系统。
工业机器人机械系统由机身、手臂和末端执行器组成，机身可具有行走机构，手臂一般有上臂、下臂和手腕组成，末端执行器直接装在手腕上，可以是两手指或多手指手爪，可以是喷漆枪、焊枪等作业工具。
2.驱动系统
驱动系统主要指驱动机械系统的机械装置，根据驱动源不同可分为电动、液压、气动三种或三者结合一起的综合系统；驱动系统可以直接与机械系统相连，或通过皮带、链条、齿轮等机械传动机构间接相连。
3.感知系统
感知系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，获取内部和外部环境状态信息，确定机械部件各部分的运行轨迹、状态、位置和速度等信息，使机械部件各部分按预定程序和
工作需要进行动作。
智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化水平。
人类感知系统对外部信息获取比较灵巧，但一些特殊信息传感器感知更有效。
4.控制系统
控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构完成规定的运动和功能。
若不具备信息反馈特种，则为开环控制系统；具备信息反馈特征则为闭环控制系统。
根据控制原理可分为程序控制系统，适应性控制系统，人工智能控制系统；根据控制运动形式分为点位控制和轨迹控制。
5.交互系统
机器人-环境交互系统是实现机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。
机器人可以与外部设备集成为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、装配单元等；也可以是多台机器人、多台机床、设备、零件存储装置等集成为一个可执行复杂任务的功能单元。
人机交互系统是操作人员参与机器人控制并与机器人进行联系的装置，如计算机终端、指令控制台、信息显示板及危险信号报警器等。
主要有两类：指令给定装置和信息显示装置。