工業機器人的分類及應用所處位置————1、按機器人的技術等級劃分【課（1）

示教再現機器人第一代工業機器人能夠按照人類預先示教的軌跡、行為、順序和速度重復作業，示教可由操作員手把手進行或通過示教器完成。

堂認知】返回目錄（2）感知機器人第二代工業機器人程具有環境感知裝置，能在一定度上適應環境的變化，目前已經進入應用階段。（3）智能機器人第三代工業機器人具有發現問題，并且能自主地解決問題的能力，尚處于實驗研究階段。

課前回顧當前1頁，總共42頁。按機器人結構坐標系特點方式分類1）直角坐標型機器人2）圓柱坐標型機器人

3）極坐標型機器人4）關節型機器人通過沿三個互相垂直的軸線的移動來實現機器人手部空間位置的改變通過兩個移動和一個轉動實現位置的改變運動由一個直線運動和兩個轉動組成運動由前后的俯仰及立柱的回轉組成當前2頁，總共42頁。章節目錄思考練習2.1工業機器人的系統組成2.1.1操作機2.1.2控制器2.1.3示教器2.2工業機器人的技術指標學習目標導入案例擴展與提高本章小結課堂認知2.3工業機器人的運動控制2.3.1機器人運動學問題2.3.2機器人的點位運動…2.3.3機器人的位置控制當前3頁，總共42頁。學習目標所處位置————能夠正確識別工業機器人的基本組成【學

掌握工業機器人的機構組成及各部分的功能能夠正確判別工業機器人的點位運動和連續路徑運動習

目

標】返回目錄認知目標能力目標當前4頁，總共42頁。導入案例國產機器人競爭力缺失關鍵技術是瓶頸————眾所周知，中國機器人產業由于先天因素，在單體與核心零部件仍然落后于日、美、韓等發達國家。雖然中國機器人產業經過30年的發展，形成了較為完善的產業基礎，但與發達國家相比，仍存在較大差距，產業基礎依然薄弱，關鍵零部件嚴重依賴進口。

【

導入案

】

整個機器人產業鏈主要分為上游核心零部件（主要是機器人三大核心零部件——伺服電機、減速器和控制系統，相當于機器人的“大腦”）、中游機器人本體（機器人的“身體”）和下游系統集成商（國內95%的企業都集中在這個環節上）三個層面。

返回目錄當前5頁，總共42頁。2.1工業機器人的系統組成第一代工業機器人主要由以下幾部分組成：操作機、控制器和示教器

。

示教器是機器人的人機交互接口，操作者可通過它對機器人進行編程或手動操縱機器人移動。

操作機用于完成各種作業任務的機械主體，主要包含機械臂、驅動裝置、傳動單元以及內部傳感器等部分。

控制器是完成機器人控制功能的結構實現，是決定機器人功能和水平的關鍵部分。

工業機器人系統組成對于第二代及第三代工業機器人還包括感知系統和分析決策系統，它們分別由傳感器及軟件實現。當前6頁，總共42頁。關節型機器人操作機基本構造2.1工業機器人的系統組成2.1.1操作機操作機（或稱機器人本體）是工業機器人的機械主體，是用來完成各種作業的執行機構。它主要由機械臂、驅動裝置、傳動單元及內部傳感器等部分組成。

伺服電機減速器腕關節小臂肘關節手腕大臂連接法蘭皮帶傳動腰部肩關節腰關節基座▲機器人操作機的每個關節均采用1個交流伺服馬達驅動

返回目錄當前7頁，總共42頁。2.1工業機器人的系統組成所處機器人操作機最后一個軸的機械接口通常為一連接法蘭，可接裝不同的機械操作裝置，如夾緊爪、吸盤、焊槍等。

位置————【課堂認知】吸盤焊槍夾緊爪返回目錄當前8頁，總共42頁。夾緊爪當前9頁，總共42頁。夾緊爪當前10頁，總共42頁。夾緊爪當前11頁，總共42頁。吸盤當前12頁，總共42頁。當前13頁，總共42頁。焊槍當前14頁，總共42頁。2.1工業機器人的系統組成2.1.1操作機所處(1)機械臂位置關節型工業機器人的機械臂是由關節連在一起的許多機械連桿的集合體。實質上是一個擬人手臂的空間開鏈式機構，一端固定在基座上，另一端可自由運動，由關節-連桿結構所構成的機械臂大體可分為基座、腰部、臂部（大臂和小臂）和手腕4部分。

————課堂認知返回目錄

當前15頁，總共42頁。機械部分1手部2手腕（次軸）3臂部（主軸）5基座末端執行器聯接手部和手臂的部分，主要改變手部的空間方向和將作業載荷傳遞到手臂聯接機身和手腕的部分，改變手部的空間位置，并將各種載荷傳遞到機座起到支承作用4腰部腰部是機器人手臂的支承部分。基座

腰部大臂小臂手腕當前16頁，總共42頁。1、手臂的運動垂直移動徑向移動回轉運動機器人手臂的上下運動手臂的伸縮運動機器人繞鉛垂軸的轉動當前17頁，總共42頁。2、手腕的運動手腕旋轉手腕彎曲手腕側擺手腕繞小臂軸線的轉動手腕的上下擺動手腕的水平擺動當前18頁，總共42頁。最小的三指手

BH—II三指手

四指靈巧手

靈巧的雙手

DLR多指手哈工大多指手當前19頁，總共42頁。SuperRobustRobotHand超級機器人靈巧手DLR_標清當前20頁，總共42頁。2.1工業機器人的系統組成所處(2)驅動裝置位置————驅使工業機器人機械臂運動的機構。它按照控制系統發出的指令信號，借助于動力元件使機器人產生動作，相當于人的肌肉、筋絡。【課機器人常用的驅動方式主要有液壓驅動、氣壓驅動和電氣驅動三種基本類型。堂

認知目前，除個別運動精度不高、重負載或有防爆要求的機器人采用液壓、氣壓驅動外，工業機器人大多采用電氣驅動，而其中屬交流伺服電機應用最廣，且驅動器布置大都采用一個關節一個驅動器。】返回目錄當前21頁，總共42頁。優點:(1)可以獲得較大的推力或轉矩。(2)液壓系統介質的可壓縮性小,工作平穩可靠,并可得到較高的位置精度。(3)液壓傳動中,力、速度和方向比較容易實現自動控制。(4)液壓系統采用油液作介質,具有防銹性和自潤滑性能,可以提高機械效率,使用壽命長。

液壓驅動當前22頁，總共42頁。存在的不足:

(1)油液的粘度隨溫度變化而變化,這將影響工作性能。高溫容易引起燃燒、爆炸等危險。

(2)液體的泄漏難于克服,要求液壓元件有較高的精度和質量,故造價較高。

(3)需要相應的供油系統,尤其是電液伺服系統要求嚴格的濾油裝置,否則會引起故障。當前23頁，總共42頁。

液壓驅動方式的輸出力和功率更大，能構成伺服機構，常用于大型機器人關節的驅動。當前24頁，總共42頁。

氣動機械手氣壓驅動當前25頁，總共42頁。與液壓驅動相比,氣壓驅動的特點是:(1)壓縮空氣粘度小,容易達到高速(1m／s)。(2)利用工廠集中的空氣壓縮機站供氣,不必添加動力設備。(3)空氣介質對環境無污染,使用安全,可直接應用于高溫作業。(4)氣動元件工作壓力低,故制造要求也比液壓元件低。當前26頁，總共42頁。氣壓驅動的不足:

(1)壓縮空氣常用壓力為0.4～0.6MPa,若要獲得較大的壓力,其結構就要相對增大。

(2)空氣壓縮性大,工作平穩性差,速度控制困難,要達到準確的位置控制很困難。

(3)壓縮空氣的除水問題是一個很重要的問題,處理不當會使鋼類零件生銹,導致機器人失靈.此外,排氣還會造成噪聲污染。當前27頁，總共42頁。電動機驅動1）普通交流電動機驅動2）交、直流伺服電動機驅動3）步進電動機驅動輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機器人用于閉環控制系統，輸出力矩相對小，控制性能好，可實現速度和位置的精確控制，適用于中小型機器人用于開環控制，一般用于對速度和位置要求不高的場合電動機使用簡單，且隨著材料性能的提高，電機性能也逐漸提高。所以總的看來，目前機器人關節驅動逐漸為電動式所代替。當前28頁，總共42頁。所處三種驅動方式特點比較位置————【課堂認知】特點使用范制造成輸出力控制性能維修使用結構體積驅動方式圍本油液不可壓縮，在輸出力相液壓元壓力、流量均容維修方便，液中、小同的情況下件成本液壓驅動

壓力高，可獲得大的輸出力

易控制，可無級體對溫度變化型及重，體積比氣較高，調速，反應靈敏敏感，油液泄型機器壓驅動方式油路比，可實現連續軌漏易著火人小較復雜跡控制可高速，沖擊較氣體壓力低，嚴重，精確定位維修簡單，能結構簡輸出力較小，困難。氣體壓縮在高溫、粉塵中、小單，能氣壓驅動如需輸出力大性大，阻尼效果等惡劣環境中體積較大型機器源方便

時，其結構尺差，低速不易控使用，泄露無人，成本寸過大制，不易與CPU連影響低接容易與CPU連接，高性能控制性能好，響需要減速裝電氣驅動輸出力較小或維修使用較復、運動成本較應快，可精確定置，體積較較大雜軌跡要高位，但控制系統小求嚴格復雜當前29頁，總共42頁。2.1工業機器人的系統組成所處(3)傳動單元位置目前工業機器人廣泛采用的機械傳動單元是減速器，應用在關節型機器人上的————減速器主要有兩類：RV減速器和諧波減速器。一般將RV減速器放置在基座、腰部、大臂等重負載的位置(主要用于20kg以上的機器人關節)；將諧波減速器放置在小【臂、腕部或手部等輕負載的位置(主要用于20kg以下的機器關節)。此外，機器人還課采用齒輪傳動、鏈條（帶）傳動、直線運動單元等。堂認知】諧RV波減減速速器器皮帶傳動返回目錄機器人關節傳動單元當前30頁，總共42頁。2.1工業機器人的系統組成所處位置1)諧波減速器————通常由3個基本構件組成，包括一個有內齒的剛輪，一個工作時可產生徑向彈性變形并帶有外齒的柔輪和一個裝在柔輪內部、呈橢圓形、外圈帶有柔性滾動軸承的波發生器，在這3個基本結構中可任意固定一個，其余一個為主動件一個從動件。

【課堂認知柔輪】波發生器剛輪諧波減速器原理圖當前31頁，總共42頁。諧波減速器_XB諧波減速機_機器人_印刷機_機床_諧波傳動減速器當前32頁，總共42頁。2.1工業機器人的系統組成所處位置2)RV減速器————主要由太陽輪（中心輪）、行星輪、轉臂（曲柄軸）、轉臂軸承、擺線輪（RV齒輪）、針齒、剛性盤與輸出盤等零部件組成。具有較高的疲勞強度和剛度以及較長的壽命，回差精度穩定，高精度機器人傳動多采用RV減速器。

【課堂針齒認知2級減速1級減速行星輪】太陽輪Z2輸入Z1

Z4輸出

Z3擺線輪轉臂輸出軸針齒殼RV減速器原理圖當前33頁，總共42頁。2.1工業機器人的系統組成2.1.2控制器所處機器人控制器是根據指令以及傳感信息控制機器人完成一定動作或作業任務的裝置，是決定機器人功能和性能的主要因素，也是機器人系統中更新和發展最快的部分，其基本功能有：

示教功能、記憶功能、位置伺服功能、坐標設定功。位置————

【課堂認知】依據控制系統的開放程度，機器人控制器分3類：封閉型、開放型和混合型。目前基本上都是封閉型系統（如日系機器人）或混合型系統（如歐系機器人）。

按計算機結構、控制方式和控制算法的處理方法，機器人控制器又可分為集中式控制

和分布式控制兩種方式。當前34頁，總共42頁。所處(1)集中式控制器位置優點：硬件成本較低，便于信息的采集和分析，易于實現系統的最優控制，整體性與協調性較好，基于PC的系統硬件擴展較為方便。

————缺點：系統控制缺乏靈活性，控制危險容易集中，一旦出現故障，其影響面廣，后果嚴重；大量數據計算，會降低系統實時性，系統對多任務的響應能力也會與系統的實時性相沖突；系統連線復雜，會降低系統的可靠性。【

課堂

認知】機器人關節1機器人關節1機器人關節2機器人關節2機器人關節n機器人關節n+1運動接口卡1驅動器1運動接口卡2驅動器2………機器人控制計算機運動接口卡n驅動器n機器人關節n驅動器1多軸驅動器2運動控制卡1……驅動器n機器人控制計算機多軸驅動器n+1運動控制卡2驅動器n+2機器人關節n+2a)單獨接口卡驅動b)多軸運動控制卡驅動集中式機器人控制器結構當前35頁，總共42頁。所處(2)分布式控制器