工业机器人技术及应用第5章
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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。
机器人技术 第5章 特种机器人应用
浮游式水下机器人采用浮力材料来为载体提供浮力，以保证水下的灵 活运动。浮力材料通常采用高分子复合材料(树脂发泡或玻璃微珠)。浮力 材料要求密度小、耐压强度高、变形小、吸水率小。 考虑到流体运动的阻力和重量与排水量的比例等因素，潜水器耐压壳体的 形状大致有如下几种：球形、椭圆形和圆筒形。其各自的优缺点如表所示。
代人在危险、恶劣环境下作业必不可少的工具, 可以辅助
完成人类无法完成的如空间与深海作业、精密操作、管道
内作业等。
第5章 特种机器人应用
5.1 特种机器人应用与意义
特种机器人技术综合了多学科的发展成果, 代表了高技 术的前沿发展, 它在人类生活应用领域的不断扩大, 正引起 国际上重新认识机器人技术的作用和影响。正因为如此， 研究和发展特种机器人技术一直受到世界各国的重视, 许 多国家都把特种机器人技术列入本国的高技术发展计划或 国家的关键技术进行研究和开发。如美国的“国家关键技 术”、“商业部新兴技术”和“国防部和能源部关键技术” 计划, 欧共体的“尤里卡计划(EUREKA)”和“信息技术研 究发展战略计划(ESPAIT)”, 新加坡、韩国、巴西等发展中 国家都有相应的计划内容。
第5章 特种机器人应用
5.3 特种机器人应用实例
在1934年,美国研制出下潜934米的载人潜水器。1953年又研制出无人有 缆遥控潜水器。其后的发展大致经历了三个阶段。 第一阶段 从1953年至1974年为第一阶段，主要进行潜水器的研制和早期的开发工 作。先后研制出20多艘潜水器。其中美国的CURV系统在西班牙海成功地 回收一枚氢弹，引起世界各国的重视。 第二阶段 1975至1985年是遥控潜水器大发展时期。海洋石油和天然气开发的需要， 推动了潜水器理论和应用的研究，潜水器的数量和种类都有显著地增长。 载人潜水器和无人遥控潜水器（包括有缆遥控潜水器、水底爬行潜水器、 拖航潜水器、无缆潜水器）在海洋调查、海洋石油开发、救捞等方面发挥 了较大的作用。 第三阶段 1985年后，潜水器进入一个新的发展时期。80年代以来,中国也开展了水 下机器人的研究和开发,研制出“海人”1号(HR-1)水下机器人,成功地进 行了水下实验。
代人在危险、恶劣环境下作业必不可少的工具, 可以辅助
完成人类无法完成的如空间与深海作业、精密操作、管道
内作业等。
第5章 特种机器人应用
5.1 特种机器人应用与意义
特种机器人技术综合了多学科的发展成果, 代表了高技 术的前沿发展, 它在人类生活应用领域的不断扩大, 正引起 国际上重新认识机器人技术的作用和影响。正因为如此， 研究和发展特种机器人技术一直受到世界各国的重视, 许 多国家都把特种机器人技术列入本国的高技术发展计划或 国家的关键技术进行研究和开发。如美国的“国家关键技 术”、“商业部新兴技术”和“国防部和能源部关键技术” 计划, 欧共体的“尤里卡计划(EUREKA)”和“信息技术研 究发展战略计划(ESPAIT)”, 新加坡、韩国、巴西等发展中 国家都有相应的计划内容。
第5章 特种机器人应用
5.3 特种机器人应用实例
在1934年,美国研制出下潜934米的载人潜水器。1953年又研制出无人有 缆遥控潜水器。其后的发展大致经历了三个阶段。 第一阶段 从1953年至1974年为第一阶段，主要进行潜水器的研制和早期的开发工 作。先后研制出20多艘潜水器。其中美国的CURV系统在西班牙海成功地 回收一枚氢弹，引起世界各国的重视。 第二阶段 1975至1985年是遥控潜水器大发展时期。海洋石油和天然气开发的需要， 推动了潜水器理论和应用的研究，潜水器的数量和种类都有显著地增长。 载人潜水器和无人遥控潜水器（包括有缆遥控潜水器、水底爬行潜水器、 拖航潜水器、无缆潜水器）在海洋调查、海洋石油开发、救捞等方面发挥 了较大的作用。 第三阶段 1985年后，潜水器进入一个新的发展时期。80年代以来,中国也开展了水 下机器人的研究和开发,研制出“海人”1号(HR-1)水下机器人,成功地进 行了水下实验。
5工业机器人
•运动速度
运动速度影响工作效率，与所提取的重力和 位置精度有关。 •位置精度 机器人定位精度一般在±0.02-5mm范围。
a)圆柱坐标机器人 b)球坐标机器人
c)关节机器人
机器人的工作空间
5.2 工业机器人的机械结构
【上节主要内容回顾】
1、工业机器人是如何定义的？其基本组成包括哪几部分？ （1）工业机器人是一种模拟人手臂、手腕和手功能的机电
第五章 工业机器人
5.1 工业机器人概述
5.2 工业机器人的机械结构
5.3 工业机器人的编程技术 5.4 工业机器人半个世纪发展的回顾与展望
5.1 工业机器人概述
一、机器人的起源 起源于文学作品。
1、机器人一词首先由捷克剧作家、小说家卡列尔· 卡佩克 使用并推荐给全世界。 2、然后由另一位作家在他的小说中给机器人下了“机器 人学三定律”： •机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不幸； •机器人应执行人们所下达的指令，除非这些指令与第一 定律相矛盾； •机器人应能保护自己的生存，只要这种防护行为不与第 一或第二定律相矛盾。
一体化装置，它可把任一物体或工具按空间位置的时变要求
进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求。 （2）基本组成：机械系统、控制系统、驱动系统、智能系 统
工业机器人的手部结构
工业机器人的手部（末端执行器）是装在手腕上直接抓
握工件或执行作业的部件，它是安装在机器人手臂的前端， 具有模仿人手动作的能力。手部与手腕相连处一般可以拆卸 ，以适应不同的作业需要。 •夹持式：利用手爪的开闭来夹紧和抓取工件的，按其结构
工业机器人的分类--按驱动方式分类
•气压传动机器人 以压缩空气作为动力源，高速轻载
；
•液压传动机器人
工业机器人运动轴与坐标系
图 5-11 调整工具位置抓取斜台面工件
为了实现上述两种情况下工具的快速姿态调整，工业机器人提供了工具坐标系。 结论：建立工具坐标系的作用： （1）确定工具的TCP点（即工具中心点），方便调整工具姿态。 （2）确定工具进给方向，方便工具位置调整。
5.3 工具坐标系
5.3.2. 工具坐标系特点
新的工具坐标系是相对于默认的工具坐标系变化得到的，新的工具坐标系的位置和 方向始终同法兰盘保持绝对的位置和姿态关系，但在空间上是一直变化的。 （1）图 5-12（a）为垂直于法兰盘的垂直卡爪，TCP为机械工具坐标系平移即可，无 角度变化。 （2）图 5-12（b）为带弧形的工具，其TCP由机械工具坐标系平移或旋转获得。两种 形式的TCP均与机械工具坐标系之间存在绝对位姿关系。
5.3 工具坐标系
为了分析工具坐标系在工业机器人使用过程中的作用，进行如下探索： 探索1：研究对象和参考对象
运动学中，在研究物体运动过程时，需要选定参考对象和研究对象 思考：机器人在实际应用过程中做些什么？图 5-7所示的三种典型工业机器人应用中 的参考对象和研究对象又会是什么？
（a）弧焊
(b)点焊 图 5-7 工业机器人的典型应用案例
5.2 坐标系
5.2.4. 工具坐标系
（5）工具坐标系，由工具中心点的位置（x,y,z）和姿势（w,p,r）构成。 TCP的位置， 通过相对机械接口坐标系的工具中心点的坐标值 x、y、z 来定义，如图 5-6所示。工具 的姿势，通过机械接口坐标系的 X 轴、Y 轴、Z 轴周围的回转角 w、p、r 来定义。工 具中心点用来对位置数据的位置进行示教。在进行工具的姿势控制时，需要用上工具 姿势。
5.3 工具坐标系
5.3.3. 工具坐标系的标定
为了实现上述两种情况下工具的快速姿态调整，工业机器人提供了工具坐标系。 结论：建立工具坐标系的作用： （1）确定工具的TCP点（即工具中心点），方便调整工具姿态。 （2）确定工具进给方向，方便工具位置调整。
5.3 工具坐标系
5.3.2. 工具坐标系特点
新的工具坐标系是相对于默认的工具坐标系变化得到的，新的工具坐标系的位置和 方向始终同法兰盘保持绝对的位置和姿态关系，但在空间上是一直变化的。 （1）图 5-12（a）为垂直于法兰盘的垂直卡爪，TCP为机械工具坐标系平移即可，无 角度变化。 （2）图 5-12（b）为带弧形的工具，其TCP由机械工具坐标系平移或旋转获得。两种 形式的TCP均与机械工具坐标系之间存在绝对位姿关系。
5.3 工具坐标系
为了分析工具坐标系在工业机器人使用过程中的作用，进行如下探索： 探索1：研究对象和参考对象
运动学中，在研究物体运动过程时，需要选定参考对象和研究对象 思考：机器人在实际应用过程中做些什么？图 5-7所示的三种典型工业机器人应用中 的参考对象和研究对象又会是什么？
（a）弧焊
(b)点焊 图 5-7 工业机器人的典型应用案例
5.2 坐标系
5.2.4. 工具坐标系
（5）工具坐标系，由工具中心点的位置（x,y,z）和姿势（w,p,r）构成。 TCP的位置， 通过相对机械接口坐标系的工具中心点的坐标值 x、y、z 来定义，如图 5-6所示。工具 的姿势，通过机械接口坐标系的 X 轴、Y 轴、Z 轴周围的回转角 w、p、r 来定义。工 具中心点用来对位置数据的位置进行示教。在进行工具的姿势控制时，需要用上工具 姿势。
5.3 工具坐标系
5.3.3. 工具坐标系的标定
第5章 机器人本体结构
5.3.2 机器人手部结构的基本形式和特点 一、机器人手部的特点 (1) 手部与手腕相连处可拆卸。 (2) 手部是机器人末端执行器。 (3) 手部的通用性比较差。 (4) 手部是一个独立的部件。
二、手部的分类 1．按用途分 1) 手爪 2) 工具
2．按夹持原理分
3．按手指或吸盘数目分 (1) 按手指数目可分为二指手爪及多指手爪。 (2) 按手指关节可分为单关节手指手爪及多关节手 指手爪。 (3) 吸盘式手爪按吸盘数目可分为单吸盘式手爪及 多吸盘式手爪。
5.3.1 机器人腕部结构的基本形式和特点
驱动方式：远程驱动和直接驱动。 直接驱动：驱动器安装在手腕运动关节的附近 传动路线短，传动刚度好，尺寸和质量大，惯量大。 远程驱动：驱动器安装在机器人的大臂、基座或小 臂远端上，通过连杆、链条或其他传动机构间接驱动腕 部关节结构紧凑，尺寸和质量小，但传动设计复杂，传 动刚度也降低了。
油缸和齿轮齿条手臂机构
气缸和齿轮齿条增倍手臂机构
1—运动齿条；2—齿轮；3—活塞杆
三、传动件的定位和消隙
1．传动件的定位 1) 电气开关定位 2) 机械挡块定位 3) 伺服定位
利用机械插销定位的结构 1—节流阀；2—圆盘；3—插销；4—定位油缸；
2．传动件的消隙
消隙齿轮
1、2—薄齿轮；3—螺钉
k (l l0 )r1r2 M0 cos l
三、气动和液压平衡方法 气动和液压平衡的原理和弹簧平衡的原理很相似 优点: 1)平衡缸中的压力是恒定的； 2)同时平衡缸的压力很容易得到调节和控制. 缺点： 1）需要动力源和储能器，系统比较复杂 2）需考虑动力源一旦中断时的防范措施。
5.3 腕部及手部结构
(3) 链轮传动机构。回转角度可大于360°。
国家开放大学《机器人技术及应用》章节测试参考答案
国家开放大学《机器人技术及应用》章节测试参考答案第一章机器人技术与应用一、判断1.机器人是在科研或工业生产中用来代替人工作的机械装置。
（√）2.19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。
（×）3.对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。
（√）4.所谓特种机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。
（×）5.机器人机械本体结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，而大多数机器人是基于开环控制原理进行的。
（×）6.机器人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，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。
（√）7.为了与周边系统及相应操作进行联系与应答，机器人还应有各种通信接口和人机通信装置。
（√）8.轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。
（×）9.为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。
（√）10.履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。
（√）11.腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。
（√）12.机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。
（×）13.球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。
（√）14.可编程机器人可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作，目前在工业界已不再应用。
（×）15.感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。
工业机器人第五章
（2）在线示教（On －line Teaching）
在机器人工作现场操纵机器人完成全部操作运动，并记录 下位姿等参数的方法，称为～。
条件： 机器人各个关节采用闭环控制（？），具备获得位姿 值的条件（例如利用编码器可以获得关节转角值）。
手把手示教 示教装置示教
手把手示教：
操作员用手直接推动机器人经过一系列示教点。
条件：
编程工具（语言）和显示界面。
机器人控制柜（或示教盒）要含有输入界面（如键盘）和 显示界面（如显示屏）等！ 先进机器人基本采用混和示教方式！
四. 示教－再现原理（Teach－Playback)
借助于示教获得机器人的轨迹参数，然后再依靠控制系统 将运动复现出来的方法，称为示教－再现。 关键在于“示教”！再现功能的实现相对容易。 示教再现机器人：
轨迹参数； 示教再现原理； 关节控制曲线； 多轴协调； 轨迹插补； 学习基础： 电机学 古典控制理论 测试技术
§5.1 轨迹参数
从运动学的角度看，机器人控制的目的就是实现要求的运动！ 问题：如何向机器人描述希望的运动？
一.轨迹参数
轨迹： 机器人末端执行器标架在运动过程中的广义位移、 广义速度和广义加速度，称为～ 轨迹参数： 描述轨迹的参数，称为～ 主要参数 位姿－轨迹上各点位姿
使用机器人语言的目的是为了进行运动编程； 许多通用计算机语言都具备此类功能； 通用计算机语言功能更多； 现在的机器人控制器远比早期时强大。 对通用计算机编程语言进行改造，保留相关功能，剪裁无 用功能，增加新的函数，即可以快速得到一种不错的机器 人语言，例如ROBOC。
§5.2 轨迹实现
一. 控制方式 1. 点到点控制（PTP-Point To Point）
第五章
FANUC工业机器人配置与编程技术 第5章 FANUC 工业机器人示教编程
38
5.6 运动指令
编辑指令的各个命令说明如下。 Insert：在程序当中插入空白行。 Delete：从程序当中删除程序行。 Copy/Cut：复制/剪切程序行到程序中其他位置。 Find：查找程序元素。 Replace：用一个程序元素替换另外一个程序元素。 Renumber：对位置号重新排序。 Comment：隐藏/显示注释。 Undo：撤销上一步操作。 Remark：备注。
3
5.1 示教器介绍
安全开关属于 3 位置安全 开关，按到中间点即为有 效。当示教器处于有效状 态时，从安全开关松开手 或者用力将其握住时，工 业机器人就会停止。当按 住急停按钮时，无论示教 器有效开关的状态如何， 工业机器人都会立刻停下 。
4
5.1.1 示教器按键
菜单相关的键控开关 点动相关的键控开关 执行相关的键控开关 编辑相关的键控开关和其 他键控开关
编程器做了详细介绍，包括示教器按键功能、画面说明以
及基本编程语句。其次，介绍了机器人常用坐标系，包括 世界坐标系、关节坐标系、直角坐标系、工具坐标系、用 户坐标系，并对其在示教器下的设置方法进行了详细介绍。 再次，对于 FANUC 机器人程序语句的操作，本章也做了专
门介绍，包括创建、选择、删除、复制、查看属性等。最
20
5.3.1 六点法
21
5.3.1 六点法
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5.3.2 三点法
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5.3.3 直接输入法
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5.3.3 直接输入法
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5.4 用户坐标系设置
·在实际使用 FANUC 机器人的过程中，可在任何位置、任何方位设 置坐标系，最多可以设置 9 个用户坐标系，它们被存储于系统变量 $MNUFRAME。 ·用户坐标系设置方法主要有三种：三点法、四点法和直接输入法。 ·以下仅以三点法设置为例进行讲解。
工业机器人技术基础及其应用没章思考题练习题参考答案
《工业机器人技术基础及其应用》（戴凤智，乔栋主编）的每章思考与练习题及其参考答案第1章工业机器人概述1.机器人系统由哪四部分组成？答：（教材第2页）机器人系统由以下四部分组成：机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统。
2.工业机器人有哪些基本特点？答：（教材第3页）工业机器人主要有以下三个基本特点：可编程、拟人化、通用性。
3.工业机器人的传感部分有哪些子系统组成？答：（教材第12页）机器人的传感部分相当于人类的五官，机器人可以通过传感部分来感觉自身和外部环境状况，帮助机器人工作更加精确。
工业机器人的传感部分主要分为两个子系统：感受（传感）系统、机器人与环境交互系统。
4.工业机器人的机械部分有哪些子系统组成？答：（教材第11页）机械部分是机器人的硬件组成，也称为机器人的本体。
工业机器人的机械部分主要分为两个子系统：驱动系统、机械结构系统。
5.工业机器人的控制部分有哪些子系统组成？答：（教材第11页）控制部分相当于机器人的大脑，可以直接或者通过人工对机器人的动作进行控制。
工业机器人的控制部分分为两个子系统：人机交互系统、控制系统。
6.工业机器人一般有哪些主要技术指标？答：（教材第12页）工业机器人的技术指标是机器人生产厂商在产品供货时所提供的技术数据，反映了机器人的适用范围和工作性能，是选择机器人时必须考虑的问题。
工业机器人的主要技术指标一般包括：自由度、工作精度、工作范围、额定负载、最大工作速度等。
7.工业机器人是如何进行分类的？答：（教材第14页）工业机器人的分类方法有很多，本书主要介绍了以下三种分类方法。
（1）按机械结构可以分为串联机器人和并联机器人。
（2）按机器人的机构特性可以分为直角坐标机器人、柱面坐标机器人、球面坐标机器人、多关节坐标机器人。
（3）按程序输入方式可以分为编程输入型机器人、示教输入型机器人。
第2章工业机器人的机械结构系统和驱动系统1.工业机器人的机械系统有哪三部分组成？答：（教材第22页）工业机器人的机械系统由手部、手臂、基座三部分组成。
第5章机器人控制系统
5.2.3 力(力矩)控制方式
机器人行程的速度 /时间曲线
在进行装配或抓取物体等作业时，工业机器人末端操作器与环境或作业对象
的表面接触，除了要求准确定位之外，还要求使用适度的力或力矩进行工作，这时 就要采取力 (力矩)控制方式。力(力矩)控制是对位置控制的补充，这种方式的控制 原理与位置伺服控制原理也基本相同，只不过输入量和反馈量不是位置信号，而是 力 (力矩 )信号，因此，系统中有力 (力矩)传感器。
5.1.4 工业机器人控制的特点
1) 传统的自动机械是以自身的动作为重点，而工业机器人的控制系统则更 着重本体与操作对象的相互关系。
2) 工业机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。
3) 每个自由度一般包含一个伺服机构，多个独立的伺服系统必须有机地协
调起来，组成一个多变量的控制系统。
4) 描述工业机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，随着状态的
姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。 机器人控制系统有三种结构：集中控制、主从控制和分布式控制。
5.1.1 机器人控制系统的基本功能
机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于对操作机的控制，以 完成特定的工作任务，其基本功能如下：
（1）记忆功能 （ 2）示教功能 （ 3）与外围设备联系功能 （ 4）坐标设置功能 （ 5）人机接口 （ 6）传感器接口 （ 7）位置伺服功能
第八页，编辑于星期二：二十点 二十一分。
5.2 工业机器人控制的分类
工业机器人控制结构的选择，是由工业机器人所执行的任务决定的，对不 同类型的机器人已经发展了不同的控制综合方法。工业机器人控制的分类，
没有统一的标准。
? 按运动坐标控制的方式来分：有关节空间运动控制、直角坐标空间 运动控制
机器人行程的速度 /时间曲线
在进行装配或抓取物体等作业时，工业机器人末端操作器与环境或作业对象
的表面接触，除了要求准确定位之外，还要求使用适度的力或力矩进行工作，这时 就要采取力 (力矩)控制方式。力(力矩)控制是对位置控制的补充，这种方式的控制 原理与位置伺服控制原理也基本相同，只不过输入量和反馈量不是位置信号，而是 力 (力矩 )信号，因此，系统中有力 (力矩)传感器。
5.1.4 工业机器人控制的特点
1) 传统的自动机械是以自身的动作为重点，而工业机器人的控制系统则更 着重本体与操作对象的相互关系。
2) 工业机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。
3) 每个自由度一般包含一个伺服机构，多个独立的伺服系统必须有机地协
调起来，组成一个多变量的控制系统。
4) 描述工业机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，随着状态的
姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。 机器人控制系统有三种结构：集中控制、主从控制和分布式控制。
5.1.1 机器人控制系统的基本功能
机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于对操作机的控制，以 完成特定的工作任务，其基本功能如下：
（1）记忆功能 （ 2）示教功能 （ 3）与外围设备联系功能 （ 4）坐标设置功能 （ 5）人机接口 （ 6）传感器接口 （ 7）位置伺服功能
第八页，编辑于星期二：二十点 二十一分。
5.2 工业机器人控制的分类
工业机器人控制结构的选择，是由工业机器人所执行的任务决定的，对不 同类型的机器人已经发展了不同的控制综合方法。工业机器人控制的分类，
没有统一的标准。
? 按运动坐标控制的方式来分：有关节空间运动控制、直角坐标空间 运动控制
工业机器人技术及应用智慧树知到课后章节答案2023年下黑龙江职业学院
工业机器人技术及应用智慧树知到课后章节答案2023年下黑龙江职业学院黑龙江职业学院绪论单元测试1.（）被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造水平的重要标志。
答案:机器人第一章测试1.日本人发明了世界上第一台工业机器人。
答案:错2.世界上工业机器人的四大家族是日本的安川电机、发那科、德国的库卡、瑞士的ABB。
答案:对3.自工业机器人诞生以来，汽车行业一直是其主要应用领域。
答案:对4.机器人涵盖非常广泛，如无人机、无人驾驶汽车、火星车等都可以归类为机器人。
答案:对5.当下，最先进的机器人，其活动能力和智能已经超过人类。
答案:错6.robot是由捷克文robota意为（）衍生而来的。
答案:农奴、苦力7.机器人学术界一直将（）作为机器人开发的准则。
答案:机器人学三原则8.（）德沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。
答案:美国9.现有的工业机器人大多采用（）这种示教方式。
答案:示教再现10.工业机器人比较统一的定义是ISO采纳的( )的定义：一种可以反复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或者为了执行不同的任务而具有可改变的和可编程的动作的专门系统。
答案:美国机器人协会第二章测试1.按机器人的驱动方式分类，将机器人分为（）。
答案:气动式机器人、液动式机器人和电动式机器人2.直角坐标系机器人、圆柱坐标机器人、极坐标型机器人、平面关节机器人和多关节机器人属于按（）分类答案:机器人的坐标系统3.机器人系统三大部分包括（）。
答案:传感部分;机械部分;控制部分4.机器人关节的种类有（）。
答案:球关节;圆柱关节;回转关节;移动关节5.下面的机器人结构简图中属于（）轴机器人。
答案:46.自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。
答案:对7.工作空间又称工作范围、工作区域是指机器人末端执行器运动描述参考点所能达到的空间点的集合，一般用水平面和垂直面的投影表示。
工业机器人实操与应用技巧第5章
5.2.1. 建立bool类型程序数据的操作
6.单击此按钮进行名称的设定。 7.单击下拉菜单选择对应的参数。
8.单击“确定”完成设定。
Octobe
第五章 ABB机器人程序数据
任务5-2 建立程序数据的操作
5.2.1. 建立bool类型程序数据的操作
数据设定参数及说明见表
Octobe
数据设定参数 名称 范围
在程序编辑窗口中的显示如图所示：
Octobe
第五章 ABB机器人程序数据
任务5-4 常用程序数据说明
5.4.1. 数值数据num
num 用于存储数值数据；例如，计数器。 num 数据类型的值可以为： 整数；例如，-5 小数；例如，3.45 也可以指数的形式写入： 例如，2E3（＝2*10^3＝2000），2.5E-2（＝ 0.025）。 整数数值，始终将-8388607与+8388608之间的 整数作为准确的整数储存。小数数值仅为近似 数字，因此，不得用于等于或不等于对比。若 为使用小数的除法和运算，则结果亦将为小数。
Octobe
第五章 ABB机器人程序数据
1.认识程序数据 2.建立程序数据的操作 3.程序数据类型与分类 4.常用程序数据说明 5.三个关键程序数据的设定
Octobe
第五章 ABB机器人程序数据
任务5.1 认识程序数据
工作任务： ➢ 了解常用运动指令中所调用的
程序数据
程序数据是在程序模块或系统模块 中设定值和定义一些环境数据。创 建的程序数据由同一个模块或其它 模块中 的指令进行引用。如图所 示， 虚线框中是一条常用的机器 人关节运动的指令（MoveJ)，并
《工业机器人实操与应用技巧》
RobotWare 6.0版本
6.单击此按钮进行名称的设定。 7.单击下拉菜单选择对应的参数。
8.单击“确定”完成设定。
Octobe
第五章 ABB机器人程序数据
任务5-2 建立程序数据的操作
5.2.1. 建立bool类型程序数据的操作
数据设定参数及说明见表
Octobe
数据设定参数 名称 范围
在程序编辑窗口中的显示如图所示：
Octobe
第五章 ABB机器人程序数据
任务5-4 常用程序数据说明
5.4.1. 数值数据num
num 用于存储数值数据；例如，计数器。 num 数据类型的值可以为： 整数；例如，-5 小数；例如，3.45 也可以指数的形式写入： 例如，2E3（＝2*10^3＝2000），2.5E-2（＝ 0.025）。 整数数值，始终将-8388607与+8388608之间的 整数作为准确的整数储存。小数数值仅为近似 数字，因此，不得用于等于或不等于对比。若 为使用小数的除法和运算，则结果亦将为小数。
Octobe
第五章 ABB机器人程序数据
1.认识程序数据 2.建立程序数据的操作 3.程序数据类型与分类 4.常用程序数据说明 5.三个关键程序数据的设定
Octobe
第五章 ABB机器人程序数据
任务5.1 认识程序数据
工作任务： ➢ 了解常用运动指令中所调用的
程序数据
程序数据是在程序模块或系统模块 中设定值和定义一些环境数据。创 建的程序数据由同一个模块或其它 模块中 的指令进行引用。如图所 示， 虚线框中是一条常用的机器 人关节运动的指令（MoveJ)，并
《工业机器人实操与应用技巧》
RobotWare 6.0版本
机器人概论 第3版 PPT课件第5章 第3节
第5章 工业机器人控制技术
5.3 机器人编程
5.3.4 动作级语言
（４）坐标系(FRAME ) 。 FRAME型坐标系变量用来建立坐标系，以描述作业空间中对象物
体的姿态和位置，变量的值表示物体的固联坐标系与作业空间的参考 坐标系之间的相对位置关系和姿态关系。作业空间的参考坐标系在AL 语言中已顶先用Station定义。作业空间中任何一坐标系可通过调用 函数FRAME来构成。该函数有两个参数：一个表示姿态的旋转，另 一个表示位置的向量。
第5章 工业机器人控制技术
5.3 机器人编程
5.3.4 动作级语言
（5）变换(TRANS) TRANS型变量用来进行坐标变换，与FRAME一样仅有旋转和向
量两个参数。在执行时，先相对于作业空间的基座坐标系旋转然后对 向量参数相加，进行平移操作。
AL语言中有一个预先说明的变换niltrans，定义为: niltrans←TRANS( nilrot，nilvect);
程序中的变量名以英文字母开头，由字母、数字和横划线“_”组 成的字符串，如Puma_base, BEAR , Bolt，大小写字母具有同等 意义。但变量必须在使用前说明其数据类型。
变量可以用赋位语句进行赋值。变量与数值表达式用“←”符号 来连接。当执行赋值语句时，先计算表达式的值，然后将该值赋值 给左边的变量。
符号“ ”可用在语句中，表示当前位置，如：
MOVE barm TO -2﹡zhat﹡inches; 该指令表示机械手从当前位置向下移动2in。由此可以看出，基本的 MOVE语句具有如下形式： MOVE <机械手> TO <目的地> <修饰子句> ； 例如 MOVE barm TO < destination > VIA f1 f2 f3 表示机械手经过中间 点 f1、 f2、 f3移动到目标坐标系 < destination > 。 MOVE barm TO block WITH APPROCH=3﹡zhat﹡inches表示把机 械手移动到在z轴方向上离block 3in的地方；如果DEPARTURE 代替 APPROACH，则表示离开block。关于接近/退避点可以用设定坐标系的 一个矢量来表示，如： WITH APPROACH = < 表达式 > ； WITH DEPARTURE=< 表达式 > ；
《机器人技术基础》第五章机器人控制系统
驱动放大及连接线路
中心控制器
任务和功能: 执行控制程序,通过外围电路控制执行机
构完成相关动作. 根据传感器的输入信息判断机器人工作
状态,决定机器人下一步的动作.
控制器的种类
单片机 特点:结构简单,经济 性好 应用：简单结构的 机器人控制
嵌入式工业控制模块
特点:抗干扰能力较强、 运算速较快、能适应 多种操作系统。
就是脉宽调制技术：即通过对一系列脉冲 的宽度进行调制，来等效的获得所需要的电 压值（含形状和幅值)。
5.3.1 电机的控制
直流电动机调速原理直流电动机转子和定子组成，定子可以是磁 极或励磁绕组。
其转速与加在转子电枢上的电压Ua有关， Ua↑→转速V↑；所加电压极性改变，则电动机反 转。
据此原理，通过改变电动机电枢电压接通和断 开的时间比（即占空比）来控制电动机的转速， 这种方法就称为脉冲宽度调制PWM。
确无误为止
5.4 机器人控制系统的设计 4、软件设计及操作系统的选择
• 操作系统：根据中心控制器的使用范围及 机器人的工作要求选择合适的操作系统。
机 器 人 控 制 系 统
5.1 机器人控制技术
• “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 • “实质”是对驱动器输出力矩的控制
输入X
被控对象的模型
输出Y
5.1 机器人控制技术
• 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
内部传感
5.2.1 机器人控制的构架方式
主从控制结构特点 ➢ 容易实现多闭环控制 ➢ 实时性与稳定性好 ➢ 实现较为简单 ➢ 可实现部分模块化 ➢ 扩展方便 ➢ 目前为止应用最广泛的机器人控制系统构架，常用于
《工业机器人技术基础》(第5章)
点位控制方式的主要技术指标是定位精度和运动所需的时间。
2．连续轨迹控制
（a）
（b）
（c）
图5-11 示教数据的编辑机能
（d）
连续轨迹控制不仅要求机器人以一定的精度到达目标点，而且对移动轨
迹也有一定的精度要求。
5.2.2 力控制
1．被动交互控制
在被动交互控制中，由于机器人固有的柔顺，机器人末端执行器的轨迹 被相互作用力所修正。被动交互控制不需要力〔力矩〕传感器，并且预设的 末端执行器轨迹在执行期间也不需要改变。此外，被动柔顺结构的响应远快 于利用计算机控制算法实现的主动重定位。
集中控制结构是用一台计算机实现全部控制功能，构简单、本钱低，但实时 性差，难以扩展。
图5-3 集中控制结构框图
2．主从控制结构
主从控制结构采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。主计算机实现管理、 坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等；从计算机实现所有关节的动作控制。这种控制结 构系统实时性较好，适于高精度、高速度控制，但其系统扩展性较差，维修困难。
2．运动控制功能
运动控制功能是指通过对机器人末端执行器在空间的位姿、速度、加速度等项的 控制，使机器人末端执行器按照任务要求进行动作，最终完成给定的作业任务。
运动控制功能与示教再现功能的区别
在示教再现控制中，机器人末端执行器的各项运动参数是由示教人员 教给它的，其精度取决于示教人员的熟练程度；而在运动控制中，机器 人末端执行器的各项运动参数是由机器人的控制系统经过运算得来的， 且在工作人员不能示教的情况下，通过编程指令仍然可以控制机器人完 成给定的作业任务。
5.1.3 工业机器人控制系统的组成
工业机器人控制系统主要由控制计算机、示教盒、操作面板、硬盘和软盘存储器、 数字和模拟量输入/输出接口、打印机接口、传感器接口、轴控制器、辅助设备控制 接口、通信接口、网络接口等组成，如图5-2所示。
2．连续轨迹控制
（a）
（b）
（c）
图5-11 示教数据的编辑机能
（d）
连续轨迹控制不仅要求机器人以一定的精度到达目标点，而且对移动轨
迹也有一定的精度要求。
5.2.2 力控制
1．被动交互控制
在被动交互控制中，由于机器人固有的柔顺，机器人末端执行器的轨迹 被相互作用力所修正。被动交互控制不需要力〔力矩〕传感器，并且预设的 末端执行器轨迹在执行期间也不需要改变。此外，被动柔顺结构的响应远快 于利用计算机控制算法实现的主动重定位。
集中控制结构是用一台计算机实现全部控制功能，构简单、本钱低，但实时 性差，难以扩展。
图5-3 集中控制结构框图
2．主从控制结构
主从控制结构采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。主计算机实现管理、 坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等；从计算机实现所有关节的动作控制。这种控制结 构系统实时性较好，适于高精度、高速度控制，但其系统扩展性较差，维修困难。
2．运动控制功能
运动控制功能是指通过对机器人末端执行器在空间的位姿、速度、加速度等项的 控制，使机器人末端执行器按照任务要求进行动作，最终完成给定的作业任务。
运动控制功能与示教再现功能的区别
在示教再现控制中，机器人末端执行器的各项运动参数是由示教人员 教给它的，其精度取决于示教人员的熟练程度；而在运动控制中，机器 人末端执行器的各项运动参数是由机器人的控制系统经过运算得来的， 且在工作人员不能示教的情况下，通过编程指令仍然可以控制机器人完 成给定的作业任务。
5.1.3 工业机器人控制系统的组成
工业机器人控制系统主要由控制计算机、示教盒、操作面板、硬盘和软盘存储器、 数字和模拟量输入/输出接口、打印机接口、传感器接口、轴控制器、辅助设备控制 接口、通信接口、网络接口等组成，如图5-2所示。
第5章5.2机器人气压驱动系统
4
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
1 压缩空气站的设备组成
❖压缩空气站的设备一般包括产生压缩空气的空气 压缩机和使气源洚化的辅助设备。图5.16是压缩空 气站设各组成及布置示意图。
1-空压机 2-后冷却器 3-油水分离器 4，7-储气罐 5-干燥器 6-过滤器
图5.16 压缩空气站设备组成及布置示意图
b)第二阶段
c)第三阶段
图5.28 冲击式缸工作原理图
25
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
2 气动马达
❖气动马达也是气动执行元件的一种，它的作用相 当于电动机或液压马迭，即输出转矩，拖动机构作 旋转运动，气动马达是以压缩空气为工作介质的原 动机。如图5.29所示。
图5.29 气动马达
26
第5章 机器人驱动系统
(2)单向节流阀
单向节流阀是由单向阀和节流阀并联而成的组合式 流量控制阀，如图5.22所示。
图5.22单向节流阀的工作原理图
16
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
(3)排气节流阀
排气节流阀是装在执行元件的排气口处，确节进入 大气中气体流量的一种控制阀，它不仅能调节执行 元件的运动速度，还常带有消声器件，所以也能起 降低排气噪声的作用。如图5.23所示，排气节流阀 工作原理图。
5
第5章 机器人驱动系统
空气压缩机按其压力大小分为 ➢低压（0.2～1.0MPa） ➢中压（1.0～10MPa） ➢高压（＞10MPa）
2020/2/27
按工作原理为 ❖容积式（通过缩小单位质量气体体积的方法获得 压力） ❖速度式（通过提高单位质量气体的速度并使动能 转化为压力能来获得压力）
6
工业机器人技术(郭洪红)第5章.pptx
手把手示教编程也能实现点位控制,与CP控制不同的是, 它只记录各轨迹程序移动的两端点位置, 轨迹的运动速度则按 各轨迹程序段对应的功能数据输入。
第5章 工业机器人控制 2)
示教盒示教编程方式是人工利用示教盒上所具有的各种功 能的按钮来驱动工业机器人的各关节轴, 按作业所需要的顺序 单轴运动或多关节协调运动, 从而完成位置和功能的示教编程。
第5章 工业机器人控制
2. 示教编程方式
1)
手把手示教编程方式主要用于喷漆、弧焊等要求实现连续 轨迹控制的工业机器人示教编程中。具体的方法是人工利用示 教手柄引导末端执行器经过所要求的位置,同时由传感器检测 出工业机器人各关节处的坐标值,并由控制系统记录、存储下 这些数据信息。实际工作当中, 工业机器人的控制系统重复再 现示教过的轨迹和操作技能。
第5章 工业机器人控制
第5章 工业机器人控制
5.1 工业机器人控制系统的特点 5.2 工业机器人控制系统的主要功能 5.3 工业机器人的控制方式 5.4 电动机的控制 5.5 机械系统的控制 习题
第5章 工业机器人控制
5.1 工业机器人控制系统的特点
机器人的结构是一个空间开链机构, 其各个关节的运动是 独立的, 为了实现末端点的运动轨迹, 需要多关节的运动协调。 因此, 其控制系统与普通的控制系统相比要复杂得多,具体如 下:
第5章 工业机器人控制 图 5.1 示教数据的编辑机能
第5章 工业机器人控制 图 5.2 CP控制示教举例
第5章 工业机器人控制 2)
工业机器人的记忆方式随着示教方式的不同而不同。又由 于记忆内容的不同, 故其所用的记忆装置也不完全相同。通常, 工业机器人操作过程的复杂程序取决于记忆装置的容量。容量 越大, 其记忆的点数就越多, 操作的动作就越多, 工作任务就 越复杂。
第5章 工业机器人控制 2)
示教盒示教编程方式是人工利用示教盒上所具有的各种功 能的按钮来驱动工业机器人的各关节轴, 按作业所需要的顺序 单轴运动或多关节协调运动, 从而完成位置和功能的示教编程。
第5章 工业机器人控制
2. 示教编程方式
1)
手把手示教编程方式主要用于喷漆、弧焊等要求实现连续 轨迹控制的工业机器人示教编程中。具体的方法是人工利用示 教手柄引导末端执行器经过所要求的位置,同时由传感器检测 出工业机器人各关节处的坐标值,并由控制系统记录、存储下 这些数据信息。实际工作当中, 工业机器人的控制系统重复再 现示教过的轨迹和操作技能。
第5章 工业机器人控制
第5章 工业机器人控制
5.1 工业机器人控制系统的特点 5.2 工业机器人控制系统的主要功能 5.3 工业机器人的控制方式 5.4 电动机的控制 5.5 机械系统的控制 习题
第5章 工业机器人控制
5.1 工业机器人控制系统的特点
机器人的结构是一个空间开链机构, 其各个关节的运动是 独立的, 为了实现末端点的运动轨迹, 需要多关节的运动协调。 因此, 其控制系统与普通的控制系统相比要复杂得多,具体如 下:
第5章 工业机器人控制 图 5.1 示教数据的编辑机能
第5章 工业机器人控制 图 5.2 CP控制示教举例
第5章 工业机器人控制 2)
工业机器人的记忆方式随着示教方式的不同而不同。又由 于记忆内容的不同, 故其所用的记忆装置也不完全相同。通常, 工业机器人操作过程的复杂程序取决于记忆装置的容量。容量 越大, 其记忆的点数就越多, 操作的动作就越多, 工作任务就 越复杂。
工业机器人第五章
l2
f
y
于是，可得｛3｝中表示的雅可比：
3JT
l1s2
0
l1c2 l2
l2
0J
(q)
0 3
R
3J
(q)
0 JT
3
J
T
0 3
RT
l1s2
0
l1c2 l2 c12
l2
s12
s12
T
c12
l1s1 l2s12
l2 s12
l1c1 l2c12
l2c12
5.2机器人静力学分析
5.3 机器人动力学方程
5.3.1 欧拉方程 5.3.2 拉格朗日方程
5.3.1 牛顿-欧拉递推动力学方程
▪ 刚体随质心的平动可以用牛顿方程，绕质心的转动可以 用欧拉方程分别建立其力学模型。
▪ 牛顿方程和欧拉方程是建立在牛顿第二定律基础之上的 ，即通过力、力矩，动量和动量矩等物理量来描述刚体 的动力学性能。
5. 机器人动力学
ENTER
本章主要内容
5.1 引言 5.2机器人静力学分析 5.3 机器人动力学方程
5.1引言
➢ 机器人运动学只限于对机器人相对于参考坐标系的位姿 和运动问题的讨论，未涉及引起这些运动的力和力矩，及 其与机器人运动的关系
➢ 机器人是一个复杂的动力学系统，在关节驱动力矩 (驱 动力的作用下产生运动变化，或与外载荷取得静力平衡
5.2机器人静力学分析
在操作臂中，任取两连杆 Li，Li1。设在杆 Li 上的 Oi 点作用有力矩 ni 和力 fi ；在杆 Li 上作用有自重力 mi g （过质心 Ci ）； rci 为由 Oi 到 Ci 的向径。
fi 连杆i－1作用在连杆i上的力 ni 连杆i－1作用在连杆i上的力矩 mi g 连杆i的重量，作用在质心上 rci 质心的位置矢量
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5.4.1 周边设备 5.4.2 工位布局
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课前回顾
所 处 位 置 ——— —
如何使用在线示教方式进行工业机器人任务编程 ？ 如何进行工业机器人离线作业示教再现 ？
【 课 前 回 顾 】
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学习目标
所 处 位 置 ——— —
【 学 习 目 标 】
了解搬运机器人的分类及 特点 掌握搬运机器人的系统组 成及其功能
10/52
5.2 搬运机器人的系统组成
所 处 抬臂、前伸、手腕旋转、手腕弯曲和手腕扭转 6 个独立旋转关节，多数情况下 5 轴 位 搬运机器人略去手腕旋转这一关节， 4 轴搬运机器人则略去了手腕旋转和手腕弯 置 曲这两个关节运动。 ——— —
能够识别搬运机器人工作 站基本构成 能够进行搬运机器人的简 单作业示教
熟悉搬运机器人作业示教 的基本流程
熟悉搬运机器人的周边设 备与布局
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3/52
导入案例
所 处 位 置 ——— —
机器人助力机床上下料，国产高效智能压铸装备研制成功
【 导 入 案 例 】
智能压铸岛是以压铸机为核心设备构成的一组智能化生产单元，以无人化生 产管理方式自动完成从原材料到 合格铸件成品间的工艺生产流程， 实现压铸生产的程序化、数字化 和远程控制。 高效智能压铸岛以 压铸机为 核心，配备 3-10 个机器 人和多部 AGV 小车，集成多个控 制系统、伺服系统、检测系统于 一体，包括铝液智能熔化系统、 伺服定量浇注系统、炉料回收系 统、智能熔体含气量检测系统、 真空压铸系统自动模温机、 自动三维伺服喷涂机械手、耐高温抗腐蚀的装件取件 机器人、镶嵌自动快速加热和均温装置、自动型芯冷却系统、自动余料去除及飞 边清理装置、大型精密压铸模具、输送带、冷却装置、在线智能检测系统、激光 打标机、智能转运小车、压铸生产信息化管理系统、嵌入式专用控制器、压铸专 家系统等设备和系统。 4/52
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5.1 搬运机器人的分类及特点
搬运机器人具有通用性强、工作稳定的优点，且操作简便、功能丰富，逐渐 所 处 向第三代智能机器人发展，其主要优点有。 位 置 ——— 动作稳定和提高搬运准确性 。 —
【 课 堂 认 知 】
提高生产效率，解放繁重体力劳动， 实现“无人”或“少人”生产 。 改善工人劳作条件，摆脱有毒、有 害环境 。 柔性高、适应性强，可实现多 形状、不规则物料搬运 。
【 课 堂 认 知 】
关节式搬运机器人
龙门式、悬臂式、侧壁式和摆臂式搬运机器人均在直角式坐标系下作业， 其适应范围相对较窄、针对性较强，适合定制专用机来满足特定需求。 直角式（桁架式）搬运机器人和关节式机器人在实际运用中都有如下特性 : 1 ）能够实时调节动作节拍、移动速率、末端执行器动作状态。 2 ）可更换不同末端执行器以适应物料形状的不同，方便、快捷。 3 ）能够与传送带、移动滑轨等辅助设备集成，实现柔性化生产。 4 ）占地面积相对小、动作空间大，减少厂源限制。
其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。 Z 轴主要是升降，也称为主轴。 Y 轴的移动主要通过外加滑轨， X 轴末端连接控制器，其绕 X 轴的转动，实现 4 轴联动。 广泛应用于国内外生产厂家，是关节式机器人的理想替代品，但其 负载程度相对于关节式机器人小。
X Z Z
Y X Y
侧壁式搬运机器人
悬臂式搬运机器人
侧壁式搬运机器人
摆臂式搬运机器人 搬运机器人分类
关节式搬运机器人
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5.1 搬运机器人的分类及特点
所 处 位 置 ——— —
龙门式搬运机器人 其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。其多采用模块化结构，可依据负 载位置、大小等选择对应直线运动单元及组合结构形式，可实现实现大物料、 重吨位搬运，采用直角坐标系，编程方便快捷， 广泛运用于生产线转运及机 床上下料等大批量生产过程。 悬臂式搬运机器人 其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。其也可随不同的应用采取相应 的结构形式 。广泛运用于卧式机床、立式机床及特定机床内部和冲压机热 处理机床自动上下料。
定位准确，保证批量一致性 。
降低制造成本，提高生产效益。
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5.1 搬运机器人的分类及特点
所 从结构形式上看，搬运机器人可分为 龙门式搬运机器人、悬臂式搬运机器 处 人、侧壁式搬运机器人、摆臂式搬运机器人和关节式搬运机器人 。 位 置 ——— —
【 课 堂 认 知 】
龙门式搬运机器人
摆臂式搬运机器人
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5.1 搬运机器人的分类及特点
所 处 关节式搬运机器人是当今工业产业中常见的机型之一，其拥有 5~6 个轴，行为 位 置 动作类似于人的手臂，具有结构紧凑、占地空间小、相对工作空间大、自由度高 ——— 等特点，适合于几乎任何轨迹或角度的工作。 —
关节式搬运机器人
工业机器人技术及应用
— 搬运机器人及的分类及特点 5.2 搬运机器人的系统组成 5.3 搬运机器人的作业示教
5.3.1 冷加工搬运机器人 5.3.2 热加工搬运机器人
学习目标 导入案例
课堂认知
扩展与提高 本章小结
思考练习
5.4 搬运机器人的周边设备 ….
X Z
Y
【 课 堂 认 知 】
Y
Z
X
龙门式搬运机器人
悬臂式搬运机器人
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5.1 搬运机器人的分类及特点
所 处 位 置 ——— —
侧壁式搬运机器人
【 课 堂 认 知 】
其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。其也可随不同的应用采取相应的结 构形式。主要运用于立体库类，如档案自动存取、全自动银行保管箱存取系统 等。 摆臂式搬运机器人
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5.2 搬运机器人的系统组成
所 处 位 置 ——— —
搬运机器人是一个完整系统。以关节式搬运机器人为例，其工作站主要有 操作 机、控制系统、搬运系统（气体发生装置、真空发生装置和手爪等）和安全保护装 置组成。
3 1 2 6 5
【 课 堂 认 知 】
4
1 — 机器人控制柜； 2 — 示教器； 3 — 气体发生装置； 4 — 真空发生装置； 5 — 操作机； 6 — 端拾器 （手爪） 搬运机器人系统组成 返回 目录
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如何使用在线示教方式进行工业机器人任务编程 ？ 如何进行工业机器人离线作业示教再现 ？
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了解搬运机器人的分类及 特点 掌握搬运机器人的系统组 成及其功能
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5.2 搬运机器人的系统组成
所 处 抬臂、前伸、手腕旋转、手腕弯曲和手腕扭转 6 个独立旋转关节，多数情况下 5 轴 位 搬运机器人略去手腕旋转这一关节， 4 轴搬运机器人则略去了手腕旋转和手腕弯 置 曲这两个关节运动。 ——— —
能够识别搬运机器人工作 站基本构成 能够进行搬运机器人的简 单作业示教
熟悉搬运机器人作业示教 的基本流程
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机器人助力机床上下料，国产高效智能压铸装备研制成功
【 导 入 案 例 】
智能压铸岛是以压铸机为核心设备构成的一组智能化生产单元，以无人化生 产管理方式自动完成从原材料到 合格铸件成品间的工艺生产流程， 实现压铸生产的程序化、数字化 和远程控制。 高效智能压铸岛以 压铸机为 核心，配备 3-10 个机器 人和多部 AGV 小车，集成多个控 制系统、伺服系统、检测系统于 一体，包括铝液智能熔化系统、 伺服定量浇注系统、炉料回收系 统、智能熔体含气量检测系统、 真空压铸系统自动模温机、 自动三维伺服喷涂机械手、耐高温抗腐蚀的装件取件 机器人、镶嵌自动快速加热和均温装置、自动型芯冷却系统、自动余料去除及飞 边清理装置、大型精密压铸模具、输送带、冷却装置、在线智能检测系统、激光 打标机、智能转运小车、压铸生产信息化管理系统、嵌入式专用控制器、压铸专 家系统等设备和系统。 4/52
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5.1 搬运机器人的分类及特点
搬运机器人具有通用性强、工作稳定的优点，且操作简便、功能丰富，逐渐 所 处 向第三代智能机器人发展，其主要优点有。 位 置 ——— 动作稳定和提高搬运准确性 。 —
【 课 堂 认 知 】
提高生产效率，解放繁重体力劳动， 实现“无人”或“少人”生产 。 改善工人劳作条件，摆脱有毒、有 害环境 。 柔性高、适应性强，可实现多 形状、不规则物料搬运 。
【 课 堂 认 知 】
关节式搬运机器人
龙门式、悬臂式、侧壁式和摆臂式搬运机器人均在直角式坐标系下作业， 其适应范围相对较窄、针对性较强，适合定制专用机来满足特定需求。 直角式（桁架式）搬运机器人和关节式机器人在实际运用中都有如下特性 : 1 ）能够实时调节动作节拍、移动速率、末端执行器动作状态。 2 ）可更换不同末端执行器以适应物料形状的不同，方便、快捷。 3 ）能够与传送带、移动滑轨等辅助设备集成，实现柔性化生产。 4 ）占地面积相对小、动作空间大，减少厂源限制。
其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。 Z 轴主要是升降，也称为主轴。 Y 轴的移动主要通过外加滑轨， X 轴末端连接控制器，其绕 X 轴的转动，实现 4 轴联动。 广泛应用于国内外生产厂家，是关节式机器人的理想替代品，但其 负载程度相对于关节式机器人小。
X Z Z
Y X Y
侧壁式搬运机器人
悬臂式搬运机器人
侧壁式搬运机器人
摆臂式搬运机器人 搬运机器人分类
关节式搬运机器人
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5.1 搬运机器人的分类及特点
所 处 位 置 ——— —
龙门式搬运机器人 其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。其多采用模块化结构，可依据负 载位置、大小等选择对应直线运动单元及组合结构形式，可实现实现大物料、 重吨位搬运，采用直角坐标系，编程方便快捷， 广泛运用于生产线转运及机 床上下料等大批量生产过程。 悬臂式搬运机器人 其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。其也可随不同的应用采取相应 的结构形式 。广泛运用于卧式机床、立式机床及特定机床内部和冲压机热 处理机床自动上下料。
定位准确，保证批量一致性 。
降低制造成本，提高生产效益。
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5.1 搬运机器人的分类及特点
所 从结构形式上看，搬运机器人可分为 龙门式搬运机器人、悬臂式搬运机器 处 人、侧壁式搬运机器人、摆臂式搬运机器人和关节式搬运机器人 。 位 置 ——— —
【 课 堂 认 知 】
龙门式搬运机器人
摆臂式搬运机器人
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5.1 搬运机器人的分类及特点
所 处 关节式搬运机器人是当今工业产业中常见的机型之一，其拥有 5~6 个轴，行为 位 置 动作类似于人的手臂，具有结构紧凑、占地空间小、相对工作空间大、自由度高 ——— 等特点，适合于几乎任何轨迹或角度的工作。 —
关节式搬运机器人
工业机器人技术及应用
— 搬运机器人及的分类及特点 5.2 搬运机器人的系统组成 5.3 搬运机器人的作业示教
5.3.1 冷加工搬运机器人 5.3.2 热加工搬运机器人
学习目标 导入案例
课堂认知
扩展与提高 本章小结
思考练习
5.4 搬运机器人的周边设备 ….
X Z
Y
【 课 堂 认 知 】
Y
Z
X
龙门式搬运机器人
悬臂式搬运机器人
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5.1 搬运机器人的分类及特点
所 处 位 置 ——— —
侧壁式搬运机器人
【 课 堂 认 知 】
其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。其也可随不同的应用采取相应的结 构形式。主要运用于立体库类，如档案自动存取、全自动银行保管箱存取系统 等。 摆臂式搬运机器人
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5.2 搬运机器人的系统组成
所 处 位 置 ——— —
搬运机器人是一个完整系统。以关节式搬运机器人为例，其工作站主要有 操作 机、控制系统、搬运系统（气体发生装置、真空发生装置和手爪等）和安全保护装 置组成。
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【 课 堂 认 知 】
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1 — 机器人控制柜； 2 — 示教器； 3 — 气体发生装置； 4 — 真空发生装置； 5 — 操作机； 6 — 端拾器 （手爪） 搬运机器人系统组成 返回 目录