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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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。