工业机器人结构原理图详解
机器人机身及行走机构ppt课件
控制特点：
使机器人的重心 经常在接地的脚 掌上，一边不断 取得准静态平衡， 一边稳定的步行。
结构特点：
为了能变换方向 和上下台阶，一 定要具备多自由 度。
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两足ห้องสมุดไป่ตู้行机器人图例：
主要构成：
1—框架 2—大腿 3—小腿 4—脚 5—肩 6—肘 7—手 8—液压缸
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按行走机构的特点分：
对于无固定轨迹机器人，可分为轮式、履 带式和步行式等。前两者与地面连续接触， 后者与地面为间断接触。
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3．固定轨道式机器人运动的实现：
机器人机身底座，安装在一个可移动 的拖板上，依靠丝杆螺母副的运动将 来自电机的旋转运动转化为直线运动。
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4．车轮式行走机器人：
分类：
车轮式行走机器人通常有三轮、四轮、六 轮之分。它们或有驱动轮和自位轮，或有 驱动轮和转向机构，用来转弯。
适用范围：
最适合平地行走，不能跨越高度，不能爬 楼梯。
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三轮行走机器人图例：
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三轮行走机器人结构及驱动：
构成：三个车轮、转向叉、驱动装置等。
驱动方案：
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回转与俯仰机身图例：
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三、机器人行走机构
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1．行走机构的构成：
机器人行走机构通常由驱动装置、传 动装置、位置检测装置、传感器、电 缆和管路等构成。
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2．行走机构的分类：
按运行轨迹分：
分为固定轨迹式和无固定轨迹式两种。固 定轨迹式主要用于工业机器人
工业机器人组成及工作原理..课件
01
03
02 04
智能化发展 协同作业
工业机器人发展面临的挑战
技术瓶颈 数据安全 成本压力 人才短缺
工业机器人发展的未来方向
加强研发创新 拓展应用领域 提高可操作性和安全性
06
相关案例分享
CHAPTER
案例一：汽车制造行业中的工业机器人应用
总结词
高效、精准、可靠
详细描述
在汽车制造行业中，工业机器人的应用已经成为了不可或缺的一部分。它们主要负责组装、焊接、喷涂等工艺流 程，不仅提高了生产效率，还降低了人工成本。此外，工业机器人的精准度和可靠性也得到了保障，为汽车制造 行业的发展提供了强有力的支持。
课件
目 录
• 工业机器人概述 • 工业机器人组成 • 工业机器人工作原理 • 工业机器人技术参数及选型 • 工业机器人发展趋势与挑战 • 相关案例分享
contents
01
工业机器人概述
CHAPTER
工业机器人的定义 01 02
工业机器人的发展历程
01
02
03
第一代工业机器人
第二代工业机器人
第三代工业机器人
运动学模型可以用来描述工业机器人在空间中的位置和姿态，以及其各部件之间的 运动关系。
工业机器人的动力学原理
动力学是研究物体运动力学性 质的科学，它主要研究物体的 力、速度和加速度之间的关系。
工业机器人的动力学主要关注 其在运动过程中所受到的力， 以及这些力如何影响其运动。
动力学模型可以用来描述工业 机器人在运动过程中所受到的 力，以及这些力如何影响其运动。
工业机器人的感知与控制原理
感知是指对外部环境的感知和识 别，工业机器人通过各种传感器
来感知周围环境。
机器人学_第2章_机器人机械结构
– 肩关节的摆动：
• 电机M2→同步带传动B2→减速器R2→肩关节摆动n2
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腕部俯仰
关节型机器人传动 系统图：
肘关节摆动
肩关节的摆动
腕部的旋转
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腕部旋转局部图例：
电机M5→减速器R5→链轮 副 C5→锥齿轮副G5→旋转运动n5
上料道与下料道分 别设在机床的两侧， 双臂能同时动作， 两臂同步沿横梁移 动，缩短辅助时间
b.双臂交叉配置，
两臂轴线交于机床 的中心，两臂交错 伸缩进行上下料， 并同时沿横梁移动
c.双臂交叉配置，
悬伸梁式，横梁长 度较a,b短，双臂位 于横梁的同一侧
5
(2).双臂悬挂式（b）
双臂回转型，双 臂交叉且绕同轴 回转，分别负责 上下料（主要是 盘状零件），只 需一个动力源， 结构紧凑，动作 范围大
第2章 机器人的机械结构
2.1 机身和臂部 2.2 腕部和手部结构 2.3 传动部件设计
1
2.1 机身和臂部
• 一.机身和臂部的作用
• 机身是直接连接支承传动手臂和行走机 构的部件，机身可以是固定的，也可以 是行走式的
• 手臂部件用来支承腕部（关节）和手部 （包括工件和工具），并带动它们在空 间运动
• 远距离传动手腕：
–有时为了保证具有足够大的驱动力，驱动装 置又不能做得足够小，同时也为了减轻手腕 的重量，采用远距离的驱动方式，可以实现 三个自由度的运动。
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1）液压直接驱动BBR手腕图例：
回转 R
俯仰 B
偏转 B
45
2）. 单回转腕部 结构示例
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3）双回转油缸驱动手腕
工业机器人的组成结构
工业机器人的组成结构
工业机器人一般由主构架（手臂）、手腕、驱动系统、测量系统、控制器及传感器等组成。
图1是工业机器人的典型结构。
机器人手臂具有3个自由度（运动坐标轴），机器人作业空间由手臂运动范围决定。
手腕是机器人工具（如焊枪、喷嘴、机加工刀具、夹爪）与主构架的连接机构，它具有3个自由度。
驱动系统为机器人各运动部件提供力、力矩、速度、加速度。
测量系统用于机器人运动部件的位移、速度和加速度的测量。
控制器（RC）用于控制机器人各运动部件的位置、速度和加速度，使机器人手爪或机器人工具的中心点以给定的速度沿着给定轨迹到达目标点。
通过传感器获得搬运对象和机器人本身的状态信息，如工件及其位置的识别，障碍物的识别，抓举工件的重量是否过载等。
图1 工业机器人的典型结构
工业机器人运动由主构架和手腕完成，主构架具有3个自由度，其运动由两种基本运动组成，即沿着坐标轴的直线移动和绕坐标轴的回转运动。
不同运动的组合，形成各种类型的机器人（如图2）：①直角坐标型（如图2a是三个直线坐标轴）；②圆柱坐标型（如图2b是两个直线坐标轴和一个回转轴）；③球坐标型（如图2c是一个直线坐标轴和两个回转轴）；④关节型（如图2d是三个回转轴关节和图2e是三个平面运动关节）。
a）直角坐标型 b）圆柱坐标型 c）球坐标型 d）多关节型 e）平面关节型
图2 工业机器人的基本结构形式。
机器人本体结构_图文
腕部及手部结构
机器人腕部结构的基本形式和特点
机器人的手部作为末端执行器是完成抓握工件或执行特定作业的重要部件，也需要有多种结构。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。目前，RRR型三自由度手腕应用较普遍。
腕部是机器人的小臂与末端执行器(手部或称手爪)之间的连接部件，其作用是利用自身的活动度确定手部 的空间姿态。对于一般的机器人，与手部相连接的手腕都具有独驱自转的功能，若手腕能在空间取任意 方位，那么与之相连的手部就可在空间取任意姿态，即达到完全灵活。 从驱动方式看，手腕一般有两种形式，即远程驱动和直接驱动。直接驱动是指驱动器安装在手腕运动关 节的附近直接驱动关节运动，因而传动路线短，传动刚度好，但腕部的尺寸和质量大，惯量大。远程驱 动方式的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 部关节运动，因而手腕的结构紧凑，尺寸和质量小，对改善机器人的整体动态性能有好处，但传动设计 复杂，传动刚度也降低了。 按转动特点的不同，用于手腕关节的转动又可细分为滚转和弯转两种。滚转是指组成关节的两个零件自 身的几何回转中心和相对运动的回转轴线重合，因而能实现360°无障碍旋转的关节运动，通常用R来标 记。弯转是指两个零件的几何回转中心和其相对转动轴线垂直的关节运动。由于受到结构的限制，其相 对转动角度一般小于360°。弯转通常用B来标记。
一、腕部的自由度
手腕按自由度个数可分为单自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。
腕部实际所需要的自由度数目应根据机器人的工作性能要求来确定。在有些情况下，腕部具 有两个自由度，即翻转和俯仰或翻转和偏转。一些专用机械手甚至没有腕部，但有些腕部为 了满足特殊要求还有横向移动自由度。
6种三自由度手腕的结合方式示意图
《工业机器人技术基础》单元2 工业机器人的基本原理
2.5 机器人动力学
2.5.2 机器人动力学方程
重复定位精度（mm） ±0.2-0.5 ±0.5 ±0.2-0.3 ±0.08-0.1 ±0.2-0.5
±0.02-0.03 ±0.06-0.08 ±0.06-0.1
2.2 工业机器人性能指标
2.2.2 其他技术参数
2 工作空间
2.2 工业机器人性能指标
2.2.2 其他技术参数
3 最大工作速度 有的厂家指工业机器人主要自由度上最大的稳定速度，有的厂家 指手臂末端最大的合成速度，对此通常都会在技术参数中加以说明。
2.3 工业机器人位姿描述与坐标变换
2.3.1 坐标系
● 2 柱面坐标系
2.3 工业机器人位姿描述与坐标变换
2.3.1 坐标系
● 3 球面坐标系
2.3 工业机器人位姿描述与坐标变换
2.3.2 工业机器人坐标系
1 基坐标系 2 关节坐标系 3 工件坐标系 4 工具坐标系 5 大地坐标系 6 用户坐标系
2.2.1 工业机器人自由度 4 关节机器人的自由度
（1）SCARA型关节 机器人
2.2 工业机器人性能指标
2.2.1 工业机器人自由度
4 关节机器人的自由度 （2）六轴关节机器人
2.2 工业机器人性能指标
2.2.1 工业机器人自由度
5 并联机器人的自由度
2.2 工业机器人性能指标
2.2.2 其他技术参数
2.4 机器人运动学
2.4.2 机器人运动方程 2 PUMA560机器人运动方程
2.5 机器人动力学
2.5.1 机器人动力学概述
机器人的动力学正问题：已知机器人各关节执行器的驱动力或力矩，求解机器人 各关节的位置、速度、加速度
工业机器人结构设计ppt课件
2.2.1 钳爪式手部的设计
四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例
N
N
P
N=P/2 注：①两手指平移 ②增力比（N/P）小
齿轮齿条式手部结构
No.32
2.2.1 钳爪式手部的设计
四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例
α
γB A β
P
C
EN
N
N=PLcos(α+β+γ)/(2lsinαcosβ)
2、开式连杆系中的每根连杆都 具有独立的驱动器，属于主动连 杆系，连杆的运动各自独立，不 同连杆的运动之间没有依从关系， 运动灵活。
No.5
2.1 机器人本体的基本结构
二、机器人本体基本结构特点：
3、连杆驱动扭矩的顺态过程在 时域中的变化非常复杂，且和执 行器反馈信号有关。连杆的驱动 属于伺服控制型，因而对机械传 动系统的刚度、间隙和运动精度 都有较高的要求。
应根据被抓取工件的要求确定吸盘的形 状。由于气吸式手部多吸附薄片状的工 件，故可用耐油橡胶压制不同尺寸的盘 状吸头。
No.41
2.2.2 吸附式手部的设计
三、气吸式手部的吸力计算
吸盘吸力的大小主要取决于真空度(或 负压的大小)与吸附面积的大小。
真空吸盘吸力F计算公式：
F nD2 ( H )
4K1K2K3 76
注：①AB＝DE，DB＝AE，L＝BC杆长，l＝AB杆长； ②两手指保持平行；③当α角较小时，可获得较大的力比。
平行连杆杠杆式手部结构
No.33
2.2.1 钳爪式手部的设计
四、钳爪式手部结构及其夹紧力的计算公式举例
P
φ
α
c
bN
N
N=Pcsin(α+φ)/2bsinαsinφ
画出工业机器人的控制系统基本原理框图并用文字简要说明
画出工业机器人的控制系统基本原理框图并用文字简要说明机器人的基本工作原理现在广泛应用的工业机器人都属于第一代机器人，它的基本工作原理框图如下所示。
示教也称为导引，即由用户引导机器人，一步步将实际任务操作一遍，机器人在引导过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数、工艺参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序。
完成示教后，只需给机器人一个启动命令，机器人将精确地按示教动作，一步步完成全部操作，这就是示教与再现。
机器人的机械臂是由数个刚性杆体和旋转或移动的关节连接而成，是一个开环关节链，开链的一端固接在基座上，另一端是自由的安装着末端执行器（如焊枪），在机器人操作时，机器人手臂前端的末端执行器必须与被加工工件处于相适应的位置和姿态，而这些位置和姿态是由若干个臂关节的运动合成的。
因此，机器人运动控制中，必须要知道机械臂各关节变量空间和末端执行器的位置和姿态之间的关系，这就是机器人运动学模型。
一台机器人机械臂的几何结构确定后，其运动学模型即可确定，这是机器人运动控制的基础。
机器人机械手端部从起点的位置和姿态到终点的位置以及姿态的运动轨迹空间曲线叫做路径。
轨迹规划的任务是用一种函数来“内插”或“逼近”给定的路径，并沿时间轴产生一系列“控制设定点”，用于控制机械手运动。
目前常用的轨迹规划方法有空间关节插值法和笛卡尔空间规划两种方法。
当一台机器人机械手的动态运动方程已给定，它的控制目的就是按预定性能要求保持机械手的动态响应。
但是，由于机器人机械手的惯性力、耦合反应力和重力负载都随运动空间的变化而变化，因此要对它进行高精度、高速度、高动态品质的控制是相当复杂且困难的。
目前工业机器人上采用的控制方法是把机械手上每一个关节都当做一个单独的伺服机构，即把一个非线性的、关节间耦合的变负载系统，简化为线性的非耦合单独系统。
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1、工业机器人夹持夹具结构源自滑槽杠杆式手部气动吸盘 电磁式吸盘 2、工业机器人吸附夹具结构
设计示例
3、工业机器人未来手抓
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 6、重复性（Repeatability）或重复精度：
是衡量一列误差值的密集程度，即重复度。 机器人手腕参考点或末端操作器安装点（不包括末端操作器）所能到 7、工作空间（Working space）：
达的所有空间区域，一般不包括末端操作器本身所能到达的区域。
二、工业机器人结构分类
1、工业机器人按坐标分类
2、工业机器人按驱动分类
3、六轴工业机器人结构
三、工业机器人夹具结构
机身或臂部在外力作用下抵抗变形的能力。它是用外力和在外力作用
方向上的变形量（位移）之比来度量。 或者称坐标轴数，是指描述物体运动所需要的独立坐标数。手指的 4、自由度（Degree of freedom） ：
开、合，以及手指关节的自由度一般不包括在内。 差距。 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 5、定位精度（Positioning accuracy）：
工业机器人结构原理图详解
一、工业机构名词解释：
1、关节（Joint）：
即运动副，允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。
2、连杆（Link）：
机器人手臂上被相邻两关节分开的部分。
3、刚度（Stiffness）：