工業機器人機械基礎與維護工業機器人的機械結構和運動控制1-操作機2-控制系統3-示教器（KUKAsmartPad）123工業機器人的系統組成2.11—底座4—腰關節5—大臂6—肘關節

11—小臂

15—腕關節16—連接法蘭18—傳動帶19—肩關節

2、8、9、12、13、20—伺服電機3、7、10、14、17、21—減速器工業機器人操作機的基本構造操作機工業機器人的系統組成2.1操作機末端執行器1—手指2—傳動機構3—驅動裝置4—支架5—工件夾鉗式取料手的基本構造吸附式取料手的基本構造1—吸盤2—固定環

3—墊片

4—支承桿

5—螺母6—基板工業機器人的系統組成2.1操作機末端執行器工業機器人專用末端執行器工業機器人的系統組成2.1操作機機械臂行走機構1—手腕2—小臂3—大臂4—腰部5—平衡裝置6—底座123465工業機器人的系統組成2.1操作機驅動裝置

驅動

方式內容液壓驅動氣壓驅動電氣驅動輸出功率壓力高，可獲得大的輸出功率氣體壓力低，輸出功率較小，如需輸出功率大時，其結構尺寸過大輸出功率較小或較大控制性能油液不可壓縮，壓力、流量均容易控制，控制精度高，可無級調速，反應靈敏，可實現連續軌跡控制氣體壓縮性大，阻尼效果差，低速不易控制，控制精度低，不易與CPU連接。

可高速，沖擊較嚴重，精確定位困難比較容易與CPU連接，控制性能好，響應快，可精確定位，但控制系統復雜結構體積在輸出力相同的情況下體積比氣壓驅動方式小體積較大需要減速裝置，體積較小工業機器人的系統組成2.1操作機驅動裝置

驅動

方式內容液壓驅動氣壓驅動電氣驅動密封性密封問題較大密封問題較小無密封問題安全性防爆性能較好，用液壓油作傳動介質，在一定條件下有火災危險防爆性能好，高于1000kPa時，應注意設備的抗壓性設備自身無爆炸和火災的危險環境影響油液易泄漏，對環境有污染排氣時有噪音無工業機器人的系統組成2.1操作機驅動裝置

驅動

方式內容液壓驅動氣壓驅動電氣驅動維修使用維修方便，液體對溫度變化敏感維修簡單，能在高溫、粉塵等惡劣環境中使用，泄露無影響維修使用較復雜制造成本液壓元件成本較高，油路比較復雜結構簡單，能源方便，成本低成本較高使用范圍中、小型及重型機器人中、小型機器人高性能機器人、運動軌跡要求嚴格的場合工業機器人的系統組成2.1步進電動機與步進驅動器操作機驅動裝置電氣驅動反應式步進電機步進電機驅動永磁式步進電機混合式步進電機步進電機具有周期性位置誤差而無累積誤差，具有自鎖力等運動特點，與伺服電動機相比，是一種精度高、控制簡單、成本低廉的驅動方案。伺服電機驅動工業機器人的系統組成2.1操作機驅動裝置伺服電動機與伺服驅動器伺服電機的主要特點：當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。工業機器人的系統組成2.1電氣驅動直流伺服電機步進電機驅動交流伺服電機伺服電機驅動操作機驅動裝置交流伺服電機的主要優點：①無電刷和換向器，工作可靠，對維護和保養要求低。②定子繞組散熱比較方便。③慣量小，易于提高系統的快速性。④適應于高速大轉矩工作狀態。⑤同功率下有較小的體積和重量。工業機器人的系統組成2.1減速器優點：1）傳動鏈短2）間隙小3）減速比大4）剛度大5）輸出扭矩高6）體積小7）質量輕8）可控性好工業機器人機械傳動單元減速器齒輪傳動帶傳動鏈傳動直線運動單元操作機傳動單元工業機器人的系統組成2.1常用諧波減速器和RV減速器控制系統1）控制器工業計算機型

PLC型工業機器人的系統組成2.1用于控制器的插補脈沖功率放大的裝置實現驅動電機位置、速度、轉矩控制伺服電機需要配套伺服驅動器，而步進電機需要使用步進驅動器控制系統2）驅動器機器人常用交流伺服驅動器集成式模塊式獨立式全部驅動模塊集成一體，電源模塊可以獨立或集成電源模塊為公用，驅動模塊獨立，驅動器需要統一安裝電源和驅動電路集成一體，每一軸的驅動器可獨立安裝和使用工業機器人的系統組成2.1控制系統3）上級控制器用途機器人與機器人、機器人與行走裝置的協同作業控制機器人與數控機床、機器人與其他機電一體化設備的集中控制機器人的調試、編程PC機：一般的機器人編程、調試和網絡連接操作CNC：機器人和數控機床結合，組成柔性加工單元（FMC）PLC：自動化生產線等設備形式工業機器人的系統組成2.1開放程度封閉型開放型混合型日系機器人歐系機器人計算機結構控制方式控制算法集中式控制主從式控制分布式控制控制系統分類工業機器人的系統組成2.1控制系統1）集中式控制系統系統控制缺乏靈活性控制危險容易集中出現故障，影響面廣，后果嚴重系統實時性差連線復雜，會降低系統的可靠性優點：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：工業機器人的系統組成2.1控制系統2）主從式控制系統主從控制方式是采用主、從兩級處理器實現系統的全部控制功能。主CPU實現管理、坐標變換、軌跡生成和系統自診斷等；從CPU實現所有關節的動作控制。優點：實時性較好，適用于高精度，高速度控制缺點：系統擴展性較差，維修困難工業機器人的系統組成2.1控制系統3）分布式控制系統分散控制集中管理

分布控制方式是按系統的性質和方式將控制系統分成幾個模塊，每個模塊都自己的控制任務和控制策略，各模塊之間可以是主從關系，也可以是同級關系。工業機器人的系統組成2.1控制系統3）分布式控制系統1）實時性好，易于實現高速、高精度控制2）易于擴展，可實現智能控制3）系統靈活性好4）控制系統的危險性降低5）采用多處理器的分散控制，有利于系統功能的并行執行，提高系統的處理效率，縮短響應時間德國KUKA機器人控制系統KRC4就是一個典型的分布式控制系統，采用基于PC的控制技術，是一個全新的、結構清晰且注重使用開放、高效數據標準的系統架構。優點：工業機器人的系統組成2.1示教器示教編程器或示教盒主要由液晶屏幕和操作按鍵組成KUKAsmartPAD1）生產運行2）查閱機器人的參數和狀態3）手動操作機器人4）編輯程序5）確認示教軌跡主要功能工業機器人的系統組成2.1自由度DegreeofFreedom，DoF剛體的自由度機構的自由度機器人的自由度工業機器人的技術指標2.2額定負載持重正常操作條件下，作用于機器人手腕末端，不會使機器人性能降低的最大載荷。負載是指另外裝在機器人上，并跟著機器人一起移動的部件，包含工具負載和附加負載。狹義：廣義：1—工具負載

2—A3軸附加負載3—A2軸附加負載4—A1軸附加負載工具負載（payload）簡稱負載，指的是法蘭上的負荷。附加負載（supplymentlyload）包含A1軸、A2軸和A3軸的附加負載，即在底座、大臂和小臂上附加安裝的部件，包括供能系統、閥門、上料系統、材料儲備等。1234工業機器人的技術指標2.2工作精度絕對精度（AP）重復定位精度（RP）±0.01~±0.5mm作業任務額定負載（kg）重復定位精度（mm）搬運5~200±0.2~±0.5碼垛50~800±0.5點焊50~350±0.2~±0.3弧焊3~20±0.08~±0.1噴涂5~20±0.2~±0.5裝配2~5±0.02~±0.036~10±0.06~±0.0810~20±0.06~±0.1工業機器人典型行業應用的工作精度工業機器人的技術指標2.2重復定位精度絕對精度ISO9283工作精度工業機器人的技術指標2.2KUKA機器人KR120R2500pro工作空間工作空間工業機器人的技術指標2.2最大工作速度在各軸聯動情況下，機器人手腕中心所能達到的最大線速度。最大工作速度越高，生產效率也越高。工作速度越高，對機器人最大加速度的要求也越高。工業機器人的技術指標2.2技術參數名稱內容名稱內容額定負載（kg）120附加負載（kg）50結構形式串聯軸數6工作半徑（mm）2500重復精度（mm）±0.06本體重量（kg）1049安裝方式地面最大工作范圍第一軸±185°最大速度第一軸136°/s第二軸-5°/﹣140°第二軸130°/s第三軸﹢155°/﹣120°第三軸120°/s第四軸±350°第四軸292°/s第五軸﹢125°第五軸258°/s第六軸±350°第六軸284°/sKUKA機器人

KR120R2500pro主要技術參數工業機器人的技術指標2.2運動學問題工業機器人的控制：位置控制和力控制1—機械臂2—運動鏈的始端3—運動鏈的終端工業機器人的運動控制2.3運動學問題

已知各關節角矢量，求末端執行器相對于參考坐標系的位姿，稱之為正向運動學，又稱為運動學正解。1）運動學正問題

機器人示教時，機器人控制器逐點進行運動學正解運算。工業機器人的運動控制2.3運動學問題

已知末端執行器在參考坐標系中的初始位姿和目標位姿，求各關節角矢量，稱為逆向運動學，又稱為運動學逆解。2）運動學逆問題

機器人再現時，機器人控制器逐點進行運動學逆解運算，并將矢量分解到操作機各關節。工業機器人的運動控制2.3奇異點過頂奇異點α1

延伸奇異點α2

手軸奇異點α5

在運動學逆解時，如果得不到唯一解時，即方程為無解或多解