工业机器人的机械结构
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。
工业机器人本体的基本组成
工业机器人本体的基本组成
工业机器人本体的基本组成通常包括以下几个部分：
1. 机械结构：这是机器人的主体框架，包括底座、腰部、臂部、腕部和末端执行器等组成部分。
机械结构的设计需要考虑到机器人的负载能力、运动范围、精度要求等因素。
2. 驱动系统：驱动系统是为机器人提供动力的关键组件，它可以根据需要调节机器人的运动速度和方向。
常见的驱动方式有电动、液压、气压和伺服电机等。
3. 传感系统：传感系统用于感知机器人周围环境的变化，例如位置、速度、力/扭矩、温度等参数。
常用的传感器包括编码器、激光雷达、摄像头、红外线传感器等。
4. 控制系统：控制系统是机器人的“大脑”，负责接收传感器反馈的数据并进行处理，然后发出指令来控制机器人的动作。
控制系统通常由嵌入式处理器、操作系统、编程语言和人机界面等组成。
5. 执行机构：执行机构是机器人完成特定任务的关键组件，例如抓手、喷涂枪、焊接头等。
执行机构通常与末端执行器相连，可以根据需要进行调节和更换。
6. 配套软件和设备：除了机器人本体外，还需要相应的配套软件和设备来支持机器人的运行和维护。
例如机器人操作系统、编程软件、调试工具、维护手册等。
综上所述，工业机器人本体的基本组成包括机械结构、驱动系统、传感系统、控制系统、执行机构和配套软件和设备等多个部分，它们相互协作，共同实现机器人的功能和任务。
工业机器人的基本结构
工业机器人的基本结构工业机器人是一种用于自动化生产的机器人系统，它具有复杂的结构和多样的功能。
下面将介绍工业机器人的基本结构。
工业机器人主要由机械结构、传感器、控制系统和执行器四个主要部分组成。
一、机械结构工业机器人的机械结构是机器人的骨架，它决定了机器人的外形和运动能力。
机械结构包括机器人的机身、关节、连杆、末端执行器等部分。
1. 机身：机身是机器人的主体部分，承载着各个关节和执行器。
一般采用铝合金、钢材或碳纤维等材料制作，具有较强的刚性和轻量化特性。
2. 关节：关节是连接机身和连杆的部分，用于实现机器人的运动。
根据运动方式的不同，关节可以分为旋转关节和直线关节。
旋转关节可以使机器人在水平方向上旋转，而直线关节可以使机器人在垂直方向上进行上下运动。
3. 连杆：连杆是连接关节和末端执行器的部分，它们通过关节的旋转和直线运动，使机器人能够完成各种复杂的任务。
连杆一般采用铝合金或钢材制作，具有一定的刚性和强度。
4. 末端执行器：末端执行器是机器人的“手”，用于实现机器人的具体操作。
常见的末端执行器包括夹爪、焊枪、刀具等，不同的末端执行器适用于不同的工作任务。
二、传感器传感器是工业机器人的感知器官，用于获取周围环境的信息，帮助机器人做出相应的动作。
常见的传感器包括视觉传感器、力传感器、位置传感器等。
1. 视觉传感器：视觉传感器可以通过拍摄和分析图像，实现对物体的识别、定位和测量。
它可以帮助机器人在不同的工作环境中准确定位和操作物体。
2. 力传感器：力传感器可以测量机器人施加在物体上的力和力矩，帮助机器人控制力的大小和方向，实现精确的操作和装配。
3. 位置传感器：位置传感器可以测量机器人各个关节的位置和姿态，提供给控制系统进行运动控制。
常见的位置传感器有编码器、陀螺仪等。
三、控制系统控制系统是工业机器人的大脑，负责对机器人进行运动控制和任务规划。
它由硬件和软件两部分组成。
1. 硬件：硬件部分包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等。
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。
工业机器人的五大机械结构和三大零部件解析
工业机器人的五大机械结构和三大零部件解析一、五大机械结构：1.手臂结构：工业机器人的手臂结构类似于人的手臂，用于搬运和操作物体。
它通常由多段关节构成，这些关节可以进行旋转和伸缩。
手臂结构可以根据不同的任务来设计，手臂的长度、关节的自由度和负载能力等可以根据实际需求进行调整。
2.底座结构：底座结构是工业机器人的支撑部分，它承载整个机器人和工作负载的重量，并提供机器人的旋转能力。
底座通常由电机和减速器组成，通过控制电机的旋转实现整体机器人的转动。
3.关节结构：关节结构是工业机器人手臂各关节连接的部分，它具有旋转和转动的能力。
关节结构通常由电机、减速器和编码器等组成，电机提供动力，减速器提供转动和转动的精度，编码器用于反馈位置和速度等参数。
4.手持器结构：手持器结构是机器人手臂的末端装置，用于夹取和操纵物体。
手持器通常由夹爪、吸盘、焊枪等组成，它们可以根据不同的任务和工作环境进行选择和装配。
5.支撑结构：支撑结构是机器人的框架和支撑部分，它提供机器人的稳定性和强度。
支撑结构通常由铝合金、碳纤维等材料制成，具有轻巧、刚性和耐用等特点。
二、三大零部件：1.电机：电机是工业机器人的核心动力部件，它提供驱动力和旋转力。
根据不同的应用需求，电机可以选择步进电机、直流电机、交流伺服电机等，它们具有不同的功率、转速和扭矩等特性。
2.减速器：减速器是机器人关节结构中的关键部件，它将电机的高速转动转换为低速高扭矩的输出。
减速器能够提供精确的旋转和转动控制，确保机器人的高精度和灵活性。
3.编码器：编码器是机器人关节结构中的传感器部件，它用于测量关节的位置和速度等参数。
编码器通过提供准确的反馈信号，帮助控制系统实时控制和监测机器人的运动状态。
以上是对工业机器人的五大机械结构和三大零部件的解析。
机器人的结构和零部件的选择和设计根据不同的应用和需求来进行，它们共同作用于机器人的性能和功能，实现自动化生产和工作的目标。
随着科技的不断发展，工业机器人在各个领域的应用也将越来越广泛。
工业机器人技术基础 项目三-工业机器人的机械结构
③ 履带支撑面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力。
1.3.2 移动式机座
（3）足式行走机构
车轮式行走机构只有在平坦坚硬的地面上
行驶才有理想的运动特性，如果地面凹凸
和车轮直径相当或地面很软，则它的运动
阻力将大大增加。
①可以在高低不平的地段上行走。
作用
• 移动式机座一方面支撑机器人的机身、臂部和手部，因而具有足
够的刚度和稳定性。
分类
• 机器人的行走机构按运动轨迹分为固定轨迹式行走机构和无固定
轨迹式行走机构。
1.3.2 移动式机座
1.固定轨迹式行走机构
固定轨迹一种配置形式，运动形式大多为直移式，具有占地面积小、有效
置。
1.垂直运动
工业机器人要完成空间的
运动，至少需要几个自由
2.径向运动
度进行运动呢？
3.回转运动
3.2.1 工业机器人手臂的运动
1.垂直运动
垂直运动是指机器人手臂的上下运动，这种运动通常采用液压缸机构或通过调整
机器人机身在垂直方向上的安装位置来实现。
工业机器人要
完成空间的运
动，至少需要
三个自由度的
总结
1.工业机器人的机械结构由机座、臂部、腕部、末端执行器组成。
2.固定式机器人由大臂、立柱、机座、小臂和手腕组成。
3.足式行走机构主要行走在平坦的地面上，车轮的形状和结构形式取决于地面
的性质和车辆的承载能力
4.履带行走机构由履带板、履带架、驱动链轮、导向轮、驱动轮、支重轮、托
链轮和张紧装置组成。
3.2工业机器人手臂
完成空间的运
动，至少需要
工业机器人运动原理
工业机器人的运动原理主要包括机械结构、传动系统和控制系统。
1. 机械结构：工业机器人的机械结构通常由基座、臂架、关节和末端执行器组成。
基座是机器人的底座，用于支撑机器人的整体结构。
臂架是连接基座和末端执行器的部分，通常由多个关节连接而成，可以实现多自由度的运动。
关节是机器人的关节连接点，通过电机和减速器驱动，实现机器人的关节运动。
末端执行器是机器人的工具或夹具，用于完成具体的任务。
2. 传动系统：工业机器人的传动系统主要包括电机、减速器和传动装置。
电机是驱动机器人运动的动力源，通常采用直流电机或交流伺服电机。
减速器用于减小电机的转速并增加扭矩，以提供足够的力矩来驱动机器人的运动。
传动装置用于将电机的旋转运动转换为机器人的线性或旋转运动，常见的传动装置包括齿轮传动、皮带传动和蜗轮蜗杆传动等。
3. 控制系统：工业机器人的控制系统主要包括传感器、控制器和编程系统。
传感器用于感知机器人周围的环境和工件的位置、姿态等信息，常见的传感器包括光电传感器、力传感器和视觉传感器等。
控制器是机器人的大脑，负责接收传感
器的信号并根据预设的程序和算法来控制机器人的运动。
编程系统用于编写机器人的运动轨迹和任务逻辑，通常采用离线编程或在线编程的方式。
通过机械结构、传动系统和控制系统的协同作用，工业机器人可以实现精确、高速、重复性的运动，完成各种生产任务。
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工业机器人的组成及其作用
工业机器人的组成及其作用工业机器人是一种能够自动化地执行各种工业应用任务的智能机器人，它们由多种部件组成。
本文将介绍工业机器人的组成及其作用。
一、机器人机械结构工业机器人的机械结构主要包括机械臂、关节、末端执行器等。
机械臂是工业机器人的主体结构，通常是一个具有多个关节的可运动自由度臂体。
关节是机器人的关键部件之一，它们连接机械臂和末端执行器，使机器人能够精确控制和定位。
末端执行器则负责将机器人的动作转换成物理操作，例如旋转、夹紧和切割等。
二、电子控制系统电子控制系统是工业机器人的重要组成部分，由控制器、传感器、执行器和伺服驱动器等多种组件组成。
控制器是机器人的大脑，它能够控制机械臂和末端执行器完成复杂的动作。
传感器能够实时监测机器人的状态和环境，从而更加精确地进行控制。
执行器则是机器人运动的实际载体，伺服驱动器能够更好地控制执行器的运动精度。
三、软件系统软件系统是工业机器人的核心，它通常包括控制软件、应用软件和教学软件等。
控制软件可以实现机器人的运动和操作控制，应用软件则用于特定的工作和任务，例如焊接、搬运和装配等。
教学软件则可以模仿人体动作，并使工业机器人完成功能控制和操作。
四、工业机器人的应用工业机器人的应用非常广泛，例如在汽车制造、电子生产、食品加工和医疗行业等。
在制造业中，工业机器人可用于自动化生产线，提高生产效率和质量，并实现无人化生产。
在医疗行业中，工业机器人可以被用来进行手术和治疗，提供更加可靠和准确的治疗方案。
总之，工业机器人的组成与作用非常复杂和广泛，它们不仅可以提高生产效率和质量，还可以改善工作环境和保障工人的安全。
未来随着技术的进步，工业机器人在各个领域的应用将会越来越广泛。
2.2工业机器人的机械结构分类-根据坐标系统分类
机器人的手臂按圆柱坐标形式配置，即通过两个移动和一个转动来实现手 部空间位置的改变
球坐标型机器人
机器人的手臂按球坐标形式配置，其手臂的运动由一个直线运动和两个转 动所组成。
关节型机器人
机器人的手臂按类似人的腰部及手臂形式配置，其运动由前后的俯仰及立 柱的回转构成。
平面关节式机器人
可以看成是关节坐标式机器人的特例,它只有平行的肩关节和肘关节,关节 轴线共面,
工业机器人的分类 ——根据坐标系统分类
一、根据坐标系统的分类
按坐标系统分，工业机器人的主要机械结构有： •直角坐标型 •圆柱坐标型 •球坐标型（也称极坐标型） •关节坐标型和平面关节型
1. 直角坐标型机器人
• 通过三个相互垂直轴线上的移动来改变手部的空间位置。
直角坐标型机器人的特点
• 优点：容易求解空间轨迹，容易实现控制，容易达到高定位精度。 • 缺点：本体占空间体积大, 工作空间小，操作灵活性差。
4. 关节坐标型机器人
• 由多个转动关节串联起若干连杆组成。
关节坐标型机器人的特点
• 优点：结构紧凑、工作范围广且占用空间小、动作灵活、具有很高的 可达性。
• 缺点：运动学模型复杂、高精度控制难度大。
5. 平面关节型机器人
• SCARA （Selective Compliance Assembly Robot Arm） • 各个臂都只沿水平方向旋转。
平面关节型机器人的特点
• 优点：结构复杂性较小，在水平方向有顺应性， 具有速度快、精度高、柔性好等特点。
• 缺点：在垂直方向则具有很大的刚性。
三、总结
• 五类坐标型机器人特征表
名称
特征说明
直角坐标型机器人
机器人的手臂按直角坐标形式配置，即通过三个相互垂直轴线上的移动来 改变手部的空间位置
简述工业机器人的系统组成及各部分的功能
简述工业机器人的系统组成及各部分的功能工业机器人是现代工业生产中的重要设备，它能够完成各种复杂的生产任务，提高生产效率和产品质量。
工业机器人的系统组成包括机械结构、传感器、控制系统和人机界面等部分，每个部分都承担着不同的功能。
首先是机械结构部分。
工业机器人的机械结构由臂部、手部和关节等组成。
臂部是机器人的主要工作部分，可以实现多轴运动，具有较大的工作范围。
手部是机器人的末端执行器，可以根据需要安装不同的工具，如夹具、焊枪等，实现不同的生产任务。
关节是机械结构的连接部分，可以实现机械臂的灵活运动。
机械结构部分的主要功能是提供机器人的运动和力量支撑，使机器人能够完成各种复杂的操作任务。
其次是传感器部分。
传感器是工业机器人的“感知器官”，通过感知周围环境的信息，为机器人提供反馈和控制信号。
常用的传感器包括视觉传感器、力传感器、触觉传感器等。
视觉传感器可以实现机器人对周围环境的感知和识别，如识别产品的位置、形状和颜色等；力传感器可以测量机器人施加在工件上的力和压力，使机器人能够根据力反馈进行精确控制；触觉传感器可以模拟人类的触觉感受，实现对工件表面的触摸和感知。
传感器部分的主要功能是获取环境信息，并将其转化为机器人能够理解和处理的信号。
控制系统是工业机器人的“大脑”，负责对机器人进行控制和调度。
控制系统由硬件和软件两部分组成。
硬件部分包括控制器、电机和驱动器等。
控制器是控制系统的核心，负责接收传感器信号、计算控制指令和控制机械结构的运动；电机是机械结构的驱动装置，负责提供动力和力矩；驱动器是控制电机运动的设备。
软件部分包括编程语言、控制算法和路径规划等。
编程语言是编写机器人控制程序的工具，控制算法是实现机器人控制的方法，路径规划是确定机器人运动轨迹的过程。
控制系统的主要功能是实现机器人的精确控制和运动规划。
人机界面是工业机器人与操作人员进行交互的界面。
人机界面通常包括显示器、键盘和触摸屏等设备，操作人员可以通过这些设备与机器人进行信息交流和指令输入。
工业机器人的基本组成与技术参数
55°至205°
280（°）/s
Axis4 手腕 Axis5 弯曲
230°至230° 120°至125°
560（°）/s 420（°）/s
Axis6 翻转
400°至400°
750（°）/s
工业机器人基础
人机交互系统是使操作人员参与机器人控制并与机器人进行联系的装置，如计算机的标 准终端、信息显示板、指令控制台、危险信号报警器等。该系统归纳起来可分为指令给定 装置和信息显示装置两大类。
2）控制系统
通过对工业机器人驱动系统的控制，使执行机构按照规定的要求进行工 作。工业机器人的控制系统一般由控制计算机和伺服控制器组成。控制计算 机不仅发出指令，协调各关节驱动之间的运动，同时要完成编程示教及再现， 在其他环境状态（传感器信息）、工艺要求、外部相关设备（如电焊机）之 间传递信息和协调工作。伺服控制器控制各个关节的驱动器，使各杆按一定 的速度、加速度和位置要求进行运动。
（2）说明书上提供的工作范围往往要小于运动学意义上的最大空间。
（3）实际应用中的工业机器人还可能由于受到机械结构的限制，在工 作范围的内部也存在着臂端不能到达的区域，这类区域称为空洞或空腔。
2．自由度
自由度是指机器人操作机在空间运动所需的变量数，用以表示机器人动作灵活 程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。
4．运动速度
运动速度影响工业机器人的工作效率和运动周期，它与工业机器人所提取的重力和位 置精度均有密切的关系。运动速度提高，工业机器人所承受的动载荷会增大，所承受的 加减速时的惯性力也会增大，这会影响工业机器人的工作平稳性和位置精度。以目前的 技术水平而言，一般工业机器人的最大直线运动速度大多在1 000 mm/s以下，最大回转速 度一般不超过120（°）/s。
工业机器人的机械结构
机器人的主要技术参数 机身和臂部机构 驱动机构
机器人的机械机构（一）
第一节 机器人的主要技术参数
自由度
操作机的自由度多，机构运动的灵活性大，通用 性强，但机构的结构也更复杂，刚性变差。机构的自 由度多于为完成生产任务所必需的自由度时，多余的 自由度称为冗余自由度。设置冗余自由度使操作机具 有一定的避障能力，在进行运动逆解时，使各关节的 运动具有优选的条件。工业机器人一般多为4~6个自 由度。
回转与俯仰机身
铰链连接
采用尾部耳环或中部 销轴与立柱连接
三、臂部的典型机构
臂部伸缩机构 臂部俯仰运动机构 手臂回转与升降机构
手臂回转与升降机构通常是通过臂部相对 于立柱的运动机构来实现。常采用回转缸与升 降缸单独驱动，适用于升降行程短而回转角度 小于360°的情况，也有采用升降缸与气马 达——锥齿轮传动的结构。
四、机身和臂部设计应注意的问题
＃其他
※传动系统应力求简短，以提高传动精度和效率。 ※各驱动装置、传动件、管线系统及各个运动 的测、控元件等布置要合理紧凑，操作维护要 方便。 ※对于在特殊条件下工作的机器人，设计时要 有针对性地采取措施： 防热辐射、防腐、防 尘、防爆
腰部机构的设计注意事项
机械手的腰部包括机座和腰关节，机座承受机器人全 部重量，要有足够的强度和刚度，一般用铸铁或铸钢 制造，
2,3（聚氨酯） 1（钢丝绳或玻璃纤维绳）
结构简单,制造成本低 传动不打滑 传动效率高(99.5%) 最高线速度(80/s)
第三节 驱动机构
谐波齿轮
同时有多个齿啮合,刚度高 传动精度高,回差小 齿轮减速比较大
第三节 驱动机构
工业机器人的分类—按机械结构分类-PPT
大家好
15
2.并联机器人
按照并联机构的自由度分类：
大家好
16
按照并联机构的自由度分类——两自由度并联机构
由5个转动副首尾相连，5个转 动副的轴线汇交于一点（转动 中心），这种机构的输出参考 点具有沿球面移动的2个自由度。
球面2自由度5R对称并联机构
大家好
17
按照并联机构的自由度分类——三自由度并联机构
国际上一直认为不存在全对称五自由度并联机器人机构。相对而言，非对称五自 由度并联机构比较容易综合。Lee和Park在1999年提出一种结构复杂的双层5自由 度并联机构，Jin等在2001年综合出具有三个移动自由度和两个转动自由度的非对 称5自由度并联机构，高峰等在2002年通过给六自由度并联机构添加一个五自由 度约束分支的方法，综合出两种5自由度并联机构。
缺点： • 平行四边形结构的机器人与相应的球状关节坐标
机器人的工作范围相比，受到较大限制。
大家好
13
1.串联机器人——⑷多关节机器人
③圆柱状
优点： • 机器人精密且快速。
缺点： • 一般垂直作用范围有限（Z方向）。
大家好
14
2.并联机器人
并联机器人可以定义为动平台 和定平台通过至少两个独立的运动 链相连接，机构具有两个或两个以 上自由度，且以并联方式驱动的一 种闭环机器人。
大家好
6
1.串联机器人——⑵球坐标机器人
球坐标机器人的空间位置分别由旋转、摆动和 平移3个自由度确定。由于机械和驱动连线的 限制，机器人的工作包络范围是球体的一部分。
其工作特点如下： ● 手臂可伸出缩回范围R，类似于可伸缩的望 远镜套筒 ● 在垂直面内绕β轴旋转 ● 在基座水平内转动角度为θ
工业机器人机械基础与维护-工业机器人的机械结构和运动控制
结构体积
在输出力相同的情况下体 积比气压驱动方式小
体积较大
需要减速装置，体 积较小
2.1 工业机器人的系统组成
操作机
驱动装置
驱动 方式 内容
密封性
液压驱动 密封问题较大
气压驱动 密封问题较小
电气驱动 无密封问题
安全性
防爆性能较好，用液压油 作传动介质，在一定条件下 有火灾危险
防爆性能好，高于1000kPa 时，应注意设备的抗压性
已知末端执行器在参考坐标系中的 初始位姿和目标位姿，求各关节角矢量， 称为逆向运动学，又称为运动学逆解。
机器人再现时，机器人控制器逐点 进行运动学逆解运算，并将矢量分解到 操作机各关节。
2.3 工业机器人的运动控制
奇异点
在运动学逆解时，如果得不到唯一解时，即 方程为无解或多解时，就是一个奇异点位置。
动器需要统一安装
独立式
电源和驱动电路集成一体，每一轴的 驱动器可独立安装和使用
2.1 工业机器人的系统组成
控制系统
3）上级控制器
用途
机器人与机器人、机器人与行走装置的协同作业控制 机器人与数控机床、机器人与其他机电一体化设备的集中控制 机器人的调试、编程
形式
PC机：一般的机器人编程、调试和网络连接操作 CNC：机器人和数控机床结合，组成柔性加工单元（FMC） PLC：自动化生产线等设备
缺点：
系统控制缺乏灵活性 控制危险容易集中 出现故障，影响面广，后果严重 系统实时性差 连线复杂，会降低系统的可靠性
2.1 工业机器人的系统组成
控制系统
2）主从式控制系统
主从控制方式是采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。主CPU实 现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等；从CPU实现所有关节的动作控制。
工业机器人技术-工业机器人机械结构ppt课件
☞ 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
工业机器人的基本组成结构
工业机器人的基本构成构造工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或许多自由度机器人，它的出现是为认识放人工劳动力、提升公司生产效率。
工业机器人的基本构成构造则是实现机器人功能的基础，下边一同来看一下工业机器人的构造构成。
工业机器人，现代工业机器人大多数都是由三大多数和六大系统构成。
1.机械部分机械部分是机器人的血肉构成部分，也就是我们常说的机器人本体部分。
这部分主要能够分为两个系统：（1）驱动系统要使机器人运转起来，需要各个关节安装传感装置和传动专治，这就是驱动系统。
它的作用是供给机器人各部分、各关节动作的原动力。
驱动系统传动部分能够是液压传动系统、电动传动系统、气动传动系统，或许是几种系统联合起来的综合传动系统。
（2）机械构造系统工业机器人机械构造主要由四大多数构成：机身、臂部、腕部和手部，每一个部分拥有若干的自由度，构成一个多自由的机械系统。
尾端操作器是直接安装在手段上的一个重要零件，它能够是多手指的手爪，也能够是喷漆枪或许焊具等作业工具。
2.感觉部分感觉部分就好似人类的五官，为机器人工作供给感觉，帮助机器人工作过程更为精准。
这部分主要能够分为两个系统：（ 1）感觉系统感觉系统由内部传感器模块和外面传感器模块构成，用于获得内部和外面环境状态中存心义的信息。
智能传感器能够提升机器人的灵活性、适应性和智能化的水平。
关于一些特别的信息，传感器的敏捷度甚至能够超越人类的感觉系统。
（ 2）机器人 - 环境交互系统机器人 - 环境交互系统是实现工业机器人与外面环境中的设施互相联系和协调的系统。
工业机器人与外面设施集成为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、装置单元等。
也能够是多台机器人、多台机床设施或许多个零件储存装置集成为一个能履行复杂任务的功能单元。
3.控制部分控制部分相当于机器人的大脑部分，能够直接或许经过人工对机器人的动作进行控制，控制部分也能够分为两个系统：（1）人机交互系统人机交互系统是使操作人员参加机器人控制并与机器人进行联系的装置，例如，计算机的标准终端、指令控制台、信息显示板、危险信号警报器、示教盒等。
1-2工业机器人的机械结构与控制系统的特点
1 六轴工业机器人的机械结构
下面以SA1400型六轴工业机器人本体为例进行学习。机器人各轴说明如 图所示。
三轴（J3）
四轴（J4）
五轴（J5） 六轴（J6）
一轴（J1）
二轴（J2）
2 工业机器人的伺服驱动系统
工业机器人驱动系统，按动力源可分为液压驱动、气动驱动和电气驱动 三种基本驱动类型。本书所述工业机器人（以下简称机器人）的驱动系统采 用电气驱动。电气驱动是利用电机产生的力矩和力，直接或经过机械传动驱 动执行结构，以获得机器人的各种运动。电气驱动大致可分为普通电机驱动、 直流伺服电机驱动、交流伺服电机驱动和步进电机驱动等。近年来，交流伺 服电机在机器人驱动系统中已大量应用。
工业机器人维护与维修 工业机器人的机械结构
1. 工业机器人的机械结构 2.工业机器人的驱动系统
1 六轴工业机器人的机械结构
工业机器人本体，是工业机器人的支承基础和执行机构。机器人本体是 机器人系统的重要部分，所有的计算、分析和编程最终要通过本体的运动和 动作来完成特定的任务。工业机器人的机械主体是用来完成各种作业的执行 机构，执行机构本质上是一个拟人手臂的机构，一端固定在基座上，另一端 可自由运动，通常由杆件和关节组成。最广泛应用的工业机器人是六轴串联 机器人。
I/O通信模块、逻辑安全板、伺服驱动器、隔离变压器、电阻、信12
7
8
4
5
1
9
11
10
1- 旋转开关 2-主断路器、控制回路断路器 3-主接触器 4-滤波器 5-开关电源 6-控制器 7- I/O通信模块 8逻辑安全板 9-伺服驱动器 10-隔离变压器 11-抱闸制动电阻 12-门禁开关 13-信号指示灯和开关
工业机器人控制系统的特点
第三讲工业机器人的机械结构
第三讲工业机器人的机械结构工业机器人的机械结构是指由各种零部件组成的机器人的主要机械部分，主要包括机械臂、关节和末端执行器等。
1.机械臂：机械臂是工业机器人的核心部件，通常由多个关节构成，类似于人的手臂。
机械臂的关节可分为旋转关节和滑动关节两种。
旋转关节可使机械臂在水平和垂直方向上进行旋转运动，而滑动关节则使机械臂能够进行伸缩和折叠运动，从而实现更灵活的操作。
机械臂的关节通常通过电机、减速器和传动机构来驱动。
2.关节：关节是机械臂各个部分的连接点，是机械臂关节运动的关键部件。
关节通常由关节轴承、驱动装置和连接机构组成。
关节轴承用于支持和旋转机械臂的部分，使其能够自由地在空间中进行运动。
驱动装置则通过电机或液压系统等方式提供动力，使关节能够实现旋转或伸缩运动。
连接机构则用于将关节与机械臂的其他部分连接在一起。
3.末端执行器：末端执行器是机械臂的“手”，负责和外界物体进行接触或操作。
末端执行器的种类多样，常见的有夹子、夹具和吸盘等。
夹子主要用于抓取和握住物体，夹具则用于固定工件，而吸盘则适用于平面物体的吸附。
除了上述三个主要部分，工业机器人的机械结构还包括连接件、支撑结构和保护装置等。
连接件用于连接各个零部件，常见的连接方式有螺纹连接、焊接和固定连接等。
支撑结构用于支撑机器人的整体重量和保持稳定性，在设计上通常考虑到机器人的负载能力和运动范围等因素。
保护装置用于保护机器人免受外部环境和不良因素的影响，例如防尘罩、防撞装置和安全护栏等。
工业机器人的机械结构在设计上需要考虑机器人的负载能力、运动范围、工作精度和可靠性等因素。
随着技术的不断发展，机械结构也在不断改进，尤其是在机械臂的柔性和精度方面。
近年来，出现了一些新的机械结构设计，如平行机构和柔性臂等，以满足不同的应用需求。
总之，工业机器人的机械结构是机器人的骨架和关键部件，其设计直接影响着机器人的运动和操作能力。
随着技术的进步，机械结构也在不断发展和创新，以满足不同领域的自动化需求。
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1——大锥齿轮 2——小锥齿轮 3——大臂
4——小臂电动机
5——驱动轴 6——偏心套 7——小齿轮
8——大齿轮
9——偏心套 10——小臂
第三节 驱动机构
直线驱动机构
容易自动控制 精度高(液体的不可压缩性) 效率低 寿命长(液体的润滑功能 ) 功率大
液压驱动 气压驱动
进油方向
运动方向
压缩空气粘度小，速度高 进油压力压缩空气的压力低，出力小，功率小 驱动力 油渗漏 由于空气可压缩性，工作不平稳，精度低 液压油黏度随温度而变化 防水问题 (生锈导致机器人失灵 ) ,传动效率高 齿轮齿条装置 需要供油系统 滚动摩擦 进油流量 运动速度
第一节 机器人的主要技术参数
工作空间
机器人的工作空间是指机器人手臂或手部安置 点所能达到的所有空间区域，不包括手部本身所能 达到的区域。 工作空间的形状取决于机器人的构型，工作空 间的大小取决于组成机器人各部件的自身尺寸和运 动尺寸。
第一节 机器人的主要技术参 数
工作速度
工作速度是指机器人在工作载荷条件下，匀速运 动过程，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所 移动的距离或转动的角度。
精度和表面粗糙度
合理布置作用力的位置和方向
机器人的机械机构（一）
四、机身和臂部设计应注意的问题
＃精度(手部位置精度)
※刚度
※各运动部件的制造和装配精度 ※手部或腕部在臂上的定位和连接方式 ※臂部和机身运动的导向装置和定位方式
四、机身和臂部设计应注意的问题
＃平稳性
※臂部和机身的运动部件应力求紧凑、质量 轻，以减少惯性力。 铝合金或非金属材料 ※必须注意运动部件各部分的质量对转轴或 支承的分布情况，即重心的布置。
回转与俯仰机身
铰链连接
采用尾部耳环或中部 销轴与立柱连接
三、臂部的典型机构
臂部伸缩机构 臂部俯仰运动机构 手臂回转与升降机构
手臂回转与升降机构通常是通过臂部相对 于立柱的运动机构来实现。常采用回转缸与升 降缸单独驱动，适用于升降行程短而回转角度 小于360°的情况，也有采用升降缸与气马 达——锥齿轮传动的结构。
支承腕部和手部，并带动它们 在空间运动
在工作中直接承受腕、手和工 件的静、动载荷，自身运动又 较多，故受力复杂。
机器人的机械机构（一）
二、机身的典型结构
控制简单；
刚度； 操作范围小； 占地面积大； 运动速度低； 直角坐标型 密封性差；
第三讲 机器人的机械结构
机器人的主要技术参数 机身和臂部机构 驱动机构
机器人的机械机构（一）
第一节 机器人的主要技术参数
自由度
操作机的自由度多，机构运动的灵活性大，通用 性强，但机构的结构也更复杂，刚性变差。机构的自 由度多于为完成生产任务所必需的自由度时，多余的 自由度称为冗余自由度。设置冗余自由度使操作机具 有一定的避障能力，在进行运动逆解时，使各关节的 运动具有优选的条件。工业机器人一般多为4~6个自 由度。
机器人的机械机构（一）
二、机身的典型结构
工作范围可以扩大； 计算简单；
动力输出较大；
手臂可达空间受到限制；
直线驱动部分难以密封；
安全性差； 圆柱坐标型
机器人的机械机构（一）
二、机身的典型结构
中心支架附近的工作范围大；
工作空间大；
坐标系复杂，难以控制；
存在工作死区；
密封性较差； 球坐标式
机器人的机械机构（一）
机器人的机械机构（一）
滚珠丝杠螺母副
回差大 有噪声
高温易爆 无低速爬行现象 双螺母预紧,消除回差
第三节 驱动机构
传动机构 负载(关节)
步进电机或伺服电机 机器人的机械机构（一）
降低转速 提高转矩
第三节 驱动机构
旋转驱动机构
齿轮链
降低了转动惯量,但同时带来了噪声
第三节 驱动机构
同步皮带(齿形带)
（4.）屈伸式
屈伸式机器人的臂部可以有大小臂组成，大小臂间有相对 运动，成为屈伸臂。
五、机身和臂部设计应注意的问题
＃刚度
根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸 ※采用封闭型空心截面的结构作为臂杆 ※适当减小壁厚，加大轮廓尺寸 提高支承刚度和接触刚度 ※支座的结构形状、底板的连接形式 ※提高配合面间的接触刚度，即保证配合表面的加工
二、机身的典型结构
垂直方向上刚度高； 水平面内动作灵活； 适于孔轴装配工作；
平面多关节型
机器人的机械机构（一）
二、机身的典型结构
动作灵活； 工作空间大； 易密封； 工作条件要求低； 适合用电机驱动； 计算量大； 垂直多关节型
机器人的机械机构（一）
输出动力不大；
机身的典型结构
回转与升降机身 回转与俯仰机身
机器人的机械机构（一）
升降回转台
齿 条 活 塞 油 缸 驱 动 的 回 转 型 机 身
升降缸体 活塞 活塞杆 固定导套
齿轮套筒
齿条缸 固定立柱
齿 条 活 塞 油 缸 驱 动 的 回 转 型 机 身
1、活塞 2、花键套 3、花键轴 4、升降油缸 5、摆动油缸 6、摆动缸定片 7、摆动缸动片
链条链轮型回转机身
第一节 机器人的主要技术参 数
精度、重复精度和分辨率
精度、重复精度、和分辨率用来定义机器人手部 的定位能力。
精度
是一个位置量相对于其参照系的绝对度量。
任务 重复 性
机床上下 料
重复精度 冲床上下料
点焊
模锻
喷漆
装配
测量
弧焊
指在相同的运动位置命令下，机器人连续若干次 ±（ 0.05~1) ±1 ±1 ±0.1~ ±3 ±(0.01 ±(0.01 ±(0.2~ 运动轨迹之间的误差度量。
2,3（聚氨酯） 1（钢丝绳或玻璃纤维绳）
结构简单,制造成本低 传动不打滑 传动效率高(99.5%) 最高线速度(80/s)
第三节 驱动机构
谐波齿轮
同时有多个齿啮合,刚度高 传动精度高,回差小 齿轮减速比较大
第三节 驱动机构
直线驱动和旋转驱动的选用和制动
◎多选用旋转关节，由步进电机或伺服电机驱动 ◎各关节处要安装制动器
四、机身和臂部设计应注意的问题
＃其他
※传动系统应力求简短，以提高传动精度和效率。 ※各驱动装置、传动件、管线系统及各个运动 的测、控元件等布置要合理紧凑，操作维护要 方便。 ※对于在特殊条件下工作的机器人，设计时要 有针对性地采取措施： 防热辐射、防腐、防 尘、防爆
腰部机构的设计注意事项
机械手的腰部包括机座和腰关节，机座承受机器人全 部重量，要有足够的强度和刚度，一般用铸铁或铸钢 制造，
2 ~0.5) ~0.5) 0.5)
第一节 机器人的主要技术参数
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
第二节 机身和臂部机构
一、机身和臂部的作用
机身
臂部
起连接、支承和传 动的作用 既可以是固定式的， 也可以是行走式的
机器人的机械机构（一）
机器人的机械机构（一）
机器人的机械机构（一）
四、机身与臂部的配置形式
（1.）横梁式 机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，这类机器人大都为 移动式。
（2.）立柱式
立柱式机器人多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动形式， 是一种常见的配置形式。
（3.）机座式
机身设计成机座式，这种机器人可以使独立的、自成系统， 的完整装置，可以随意安放和搬动。
臂部机构的设计注意事项
臂部的作用是连结腰部和腕部，实现操作机在空间中 的运动。
手臂的长度尺寸要满足工作空间的要求，由于手臂的 刚度、强度直接影响机器人的整体运动刚度，同时又 要灵活运动，故应尽可能选用高强度轻质材料，减轻 其重量。 在臂体设计中，也应尽量设计成封闭形和局部带加强 肋的结构，以增加刚度和强度。
机座要有一定的尺寸以保证操作机的稳定，并满足驱 动装置及电缆的安装。 腰关节是负载最大的运动轴，对末端执行器运动精度 影响最大，故设计精度要求高。
腰部机构的设计注意事项
腰关节的轴可采用普通轴承 的支承结构，其优点是结构 简单、安装调整方便，但腰 部高度较高。
现在大多数机器人的腰关节 均采用大直径交叉滚子轴承 支承的结构，既可使机座高 度大大降低，又具有更好的 支承刚度。
在机器人停止工作时，保持机械臂的位置不变；在 电源发生故障时，保护机械臂和它周围的物体不发 生碰撞。
机器人的机械机构（一）
第五节 腕部机构
腕部是臂部与手部的连接部件，起支承 手部和改变手部姿态的作用．为了使手 部能处于空间任意方向，要求腕部能实 现对空间三个坐标轴x、y、z的转动， 即具有偏转（Yaw）、俯仰（Pitch） 和回转（Roll）三个自由度。
腕部的典型结构
单自由度回转手腕
手部 回转缸 定片 腕回转 轴 动片
机器人的机械机构（一）
两 自 由 度 手 腕
三 自 由 度 手 腕
Kawasaki Robot
工作载荷
机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受 的最大负载量（包括手部）。用质量、力矩、惯性矩 来表示。
第一节 机器人的主要技术参 数
控制方式
机器人用于控制轴的方式，使伺服还是非伺服， 伺服控制方式是实现连续轨迹还是点到点的运动。
驱动方式
指的是关节执行器的动力源形式：电气驱动、液 压驱动、气压驱动、其它驱动形式。