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1、项目二 工业机器人本体结构认知项目二 工业机器人本体结构认知工业机器人工业机器人的组成和分类的组成和分类工业机器人工业机器人机械结构及运动机械结构及运动工业机器人工业机器人主要技术参数主要技术参数010203目录任务任务一 工业机器人的组成和分类工业机器人是一种模拟人类手臂、手腕和手功能的机电一体化装置，组成有以下三部分：机器人本体控制器示教器1.工业机器人的组成扫一扫 看视频任务任务一 工业机器人的组成和分类(1)机器人本体 机械臂。大部分工业机器人为关节型机器人，关节型机器人的机械臂是由若干个机械关节连接在一起的集合体。任务任务一 工业机器人的组成和分类驱动与传动装置 驱动装置是向机器人各
2、机械臂提供动力和运动的装置；传动装置则是向机器人各机械臂提供扭矩和转速。驱动系统的传动方式主要有液压式、气压式、电力式和机械式四种。输 出 端交流伺服电动机高精密减速（含其他传动链）多个关节机器人单关节组成 actuating device 驱动装置Actuator 传动装置任务任务一 工业机器人的组成和分类（2）控制器及控制系统 控制系统是工业机器人的神经中枢，由计算机硬件、软件和一些专用电路、控制器、驱动器等构成。任务任务一 工业机器人的组成和分类（3）示教器Demonstrator 示教器任务任务一 工业机器人的组成和分类2.工业机器人的基本工作原理任务任务一 工业机器人的组成和分类三、
3、工业机器人的分类按结构特征划分按控制方式划分按驱动方式划分 伺服控制机器人 非伺服控制机器人 直角坐标机器人 柱面坐标机器人 球面坐标机器人 多关节机器人 并联机器人 液压驱动 气压驱动 电力驱动 新型驱动任务任务一 工业机器人的组成和分类按结构特征划分直线运动、控制简单灵活性差，占据空间大直角坐标机器人柱面坐标机器人球面坐标机器人 多关节机器人 并联机器人直角坐标机器人任务任务一 工业机器人的组成和分类按结构特征划分 直角坐标机器人 柱面坐标机器人 球面坐标机器人 多关节机器人 并联机器人空间结构小、工作范围大、末端执行器速度快、控制简单、运动灵活必须有沿r轴线前后方向的移动空间，空间利用率
4、低任务任务一 工业机器人的组成和分类按结构特征划分 直角坐标机器人 柱面坐标机器人 球面坐标机器人 多关节机器人 并联机器人占用空间小，操作灵活且范围大运动学模型较复杂，难以控制任务任务一 工业机器人的组成和分类按结构特征划分 直角坐标机器人 柱面坐标机器人 球面坐标机器人 多关节机器人 并联机器人 应用最为广泛的一种机器人，根据关节构造的不同形式，分为垂直多关节机器人和水平多关节机器人。 垂直多关节机器人主要由机座和多关节臂组成，目前常见的关节臂数是36个,以下为6关节臂机器人垂直多关节机器人任务任务一 工业机器人的组成和分类按结构特征划分 直角坐标机器人 柱面坐标机器人 球面坐标机器人 多
5、关节机器人 并联机器人 具有四个轴和四个运动自由度，它的第一、二、三轴都具有转动特性，而第四轴则具有线性移动的特性。 作业空间与占地面积比很大，使用起来方便；在垂直升降方向的刚性好，尤其适合平面装配作业。水平多关节机器人任务任务一 工业机器人的组成和分类按结构特征划分 直角坐标机器人 柱面坐标机器人 球面坐标机器人 多关节机器人 并联机器人 并联机器人是一种由固定机座和若干自由度的末端执行器、以不少于两条独立运动链连接形成的新型机器人。6自由度并联机器人任务任务一 工业机器人的组成和分类按控制方式划分 伺服控制机器人 非伺服控制机器人点位控制机器人连续轨迹控制机器人： 空间的任意连续曲线： 空
6、间中点到点之间的直线运动任务驱动方式概念优点缺点气压驱动以压缩空气来驱动执行机构空气来源方便，动作迅速，结构简单工作的稳定性与定位精度不高，抓力较小，所以常用于负载较小的场合液压驱动使用液体油液来驱动执行机构 负载能力强，其结构紧凑，传动平稳液体容易泄漏，不宜在高温或低温场合作业电力驱动利用电动机产生的力矩驱动执行机构易于控制，运动精度高，成本低新型驱动利用新的工作原理制造的新型驱动器任务一 工业机器人的组成和分类按驱动方式分： moment of force 力矩任务目标任务导入任务实施任务小结任务机器人本体控制器示教器1.工业机器人的组成2.工业机器人的原理3.工业机器人的分类按结构特征划
7、分按控制方式划分按驱动方式划分伺服控制机器人非伺服控制机器人直角坐标机器人柱面坐标机器人球面坐标机器人多关节机器人并联机器人液压驱动气压驱动电力驱动新型驱动任务一 工业机器人的组成和分类教师小结：任务组成1.自由度2.分辨率3.定位精度和重复定位精度4.作业范围5.运动速度6.承载能力任务实施任务二 工业机器人主要技术参数扫一扫 看视频任务三维空间的6个自由度（AR模型）1.机器人的自由度，是描述物体运动所需要的独立坐标数。机器人的自由度是表示机器人动作灵活的尺度，一般以轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示，手部的动作不包括在内。物体在三维空间有6个自由度。组成1.自由度2.分辨率3.定位
8、精度和重复定位精度4.作业范围5.运动速度6.承载能力任务二 工业机器人主要技术参数 degree of freedom 自由度任务（1）机器人的关节类型 在机器人机构中，两相邻的连杆之间有一个公共的轴线，两杆之间允许沿该轴线相对移动或绕该轴线相对转动，构成一个关节。机器人关节的种类决定了机器人的运动自由度，四种常用的关节类型如下。转动关节移动关节球面关节虎克铰关节任务实施任务二 工业机器人主要技术参数任务任务实施任务二 工业机器人主要技术参数机器人自由度特点直角坐标机器人3结构刚度大，关节运动相互独立，操作灵活性差圆柱坐标机器人5臂部可沿自身轴线伸缩移动、可绕机身垂直轴线回转，以及沿机身轴线
9、上下移动，球（极）坐标机器人5灵活性好，工作空间大SCARA平面关节机器人4适用于平面定位，在垂直方向进行装配作业六轴关节机器人 6动作灵活、结构紧凑（2）工业机器人的自由度比较 任务任务实施任务二 工业机器人主要技术参数p 直角坐标机器人的自由度 直角坐标机器人臂部的3个关节都是移动关节，各关节轴线相互垂直。其臂部可沿X、Y、Z 3个方向移动，构成直角坐标机器人的3个自由度。任务p 圆柱坐标机器人的自由度 臂部可沿自身轴线伸缩移动、可绕机身垂直轴线回转，以及沿机身轴线上下移动，构成五轴圆柱坐标机器人的3个自由度；另外，臂部、腕部和末端执行器三者间采用2个转动关节连接，构成五轴圆柱坐标机器人的
10、2个自由度。任务实施任务二 工业机器人主要技术参数任务p 球（极）坐标机器人的自由度 臂部可沿自身轴线伸缩移动，可绕机身垂直轴线回转，并可在垂直平面内上下摆动，构成3个自由度；另外，臂部、腕部和末端执行器三者间采用2个转动关节连接，构成2个自由度。任务实施任务二 工业机器人主要技术参数任务p 关节坐标机器人的自由度 SCARA平面关节机器人 任务实施任务二 工业机器人主要技术参数六轴关节机器人任务 2.分辨率 是指机器人每个关节所能实现的最小移动距离或最小转动角度。工业机器人的分辨率分编程分辨率和控制分辨率两种。 组成1.自由度2.分辨率3.定位精度和重复定位精度4.作业范围5.运动速度6.承
11、载能力任务实施任务二 工业机器人主要技术参数resolution ratio 分辨率任务 3.定位精度和重复定位精度是机器人的两个精度指标。典型的工业机器人定位精度一般在（0.02-5）mm范围。 重复定位精度不受工作载荷变化的影响，故通常用重复定位精度这一指标作为衡量示教再现工业机器人精度水平的重要指标。组成1.自由度2.分辨率3.定位精度和重复定位精度4.作业范围5.运动速度6.承载能力任务实施任务实施任务二 工业机器人主要技术参数任务 4. 作业范围是机器人运动时手臂末端或手腕中心所能到达的位置点的集合，也称为机器人的工作区域。作业范围的大小不仅与机器人各连杆的尺寸有关，而且与机器人的总
12、体结构形式有关。任务实施组成1.自由度2.分辨率3.定位精度和重复定位精度4.作业范围5.运动速度6.承载能力任务实施任务二 工业机器人主要技术参数peration range 作业范围任务 5.运动速度影响机器人的工作效率和运动周期，它与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，机器人所承受的动载荷增大，必将承受着加减速时较大的惯性力，从而影响机器人的工作平稳性和位置精度。 就目前的技术水平而言，通用机器人的最大直线运动速度大多在1 000mm/s以下，最大回转速度一般不超过120/s。任务实施组成1.自由度2.分辨率3.定位精度和重复定位精度4.作业范围5.运动速度6.承载
13、能力任务实施任务二 工业机器人主要技术参数Pace 运动速度任务 6.承载能力是指机器人在作业范围内的任何位姿上所能承受的最大重量。承载能力不仅取决于负载的重量，而且与机器人运行的速度和加速度的大小与方向有关。根据承载能力的不同，工业机器人大致分为：微型机器人承载能力为1N以下。小型机器人承载能力不超过105N。中型机器人承载能力为105-106N。大型机器人承载能力为106-107N。重型机器人承载能力为107N以上。组成1.自由度2.分辨率3.定位精度和重复定位精度4.作业范围5.运动速度6.承载能力任务二 工业机器人主要技术参数carrying capacity 承载能力任务目标任务导入
14、任务实施任务小结任务组成1.自由度2.分辨率3.定位精度和重复定位精度4.作业范围5.运动速度6.承载能力1.工业机器人主要技术参数。2.机器人关节的种类决定了机器人的运动自由度，转动关节、移动关节、球面关节和虎克铰关节是机器人机构中经常使用的关节类型。3.各关节类型的自由度。任务二 工业机器人主要技术参数任务 1.垂直串联型工业机器人关键词定义回转轴能够在4个象限进行360或接近360回转的旋转轴摆动轴只能在3个象限进行小于270回转的旋转轴定位机构6轴典型结构机器人的手臂部分有腰、肩、肘3个关节，它用来改变手腕基准点（参考点）的位置定向机构手腕部分有腕回转、弯曲和手回转3个关节，它用来改变
15、末端执行器的姿态腰关节回转轴S，使得机器人中除基座外的所有后端部件，绕固定基座的垂直轴线，进行四象限360或接近360回转，以改变机器人的作业面方向肩关节摆动轴 L，它可使机器人下臂及后端部件，进行垂直方向的偏摆，实现参考点的前后运动肘关节摆动轴U，它可使机器人上臂及后端部件，进行水平方向的偏摆，实现参考点的上下运动（俯仰）腕关节腕回转轴R、弯曲轴B、手回转轴T，用来改变末端执行器的姿态任务三 工业机器人的机械结构任务 1.垂直串联型工业机器人5轴结构，省略腕回转轴R，用于以水平面作业为主的大型机器人4轴结构，省略腰回转轴S和腕回转轴R，直接通过手回转轴T来实现执行器的回转运动，以简化结构、增
16、加刚性、方便控制，用于搬运、码垛作立的重载机器人框架结构，用上下、左右运动的直线轴Y、Z来代替腰部回转轴S和下臂摆动轴L，使得上下、左右运动的位置控制更简单，定位精度更高，操作编程更直观和方便，用于对位置精度的要求较高的机器人任务三 工业机器人的机械结构任务 1.垂直串联型工业机器人任务三 工业机器人的机械结构7轴垂直串联结构的机器人在6轴机器人的基础上，增加了下臂回转轴LR(Lower Ann Rotation)，使得手臂部分的定位机构扩大到腰回转、下臂摆动、下臂回转、上臂摆动4个关节，手腕基准点（参考点）的定位更加灵活。7轴垂直串联结构机器人任务 1.垂直串联型工业机器人任务三 工业机器人
17、的机械结构 采用平行四边形连杆机构驱动方式后，不仅可以通过连杆机构加长力臂，放大电机驱动力矩，而且还可以将相应的驱动机构安装位置移至腰部，以降低机器人的重心，增加运动稳定性。 采用平行四边形连杆机构驱动的机器人，其结构刚性高、负载能力强，是大型、重载搬运机器人的常用结构形式。平行四边形连杆驱动机器人任务 2.水平串联型工业机器人任务三 工业机器人的机械结构水平串联结构机器人3个臂和4个控制轴结构紧凑质量轻平放或壁挂安装减轻升降部件质量提高快速性手腕升降结构机器人结构简单、控制容易，垂直方向的定位精度高、运动速度快等优点，但其作业局限性较大。任务 2.水平串联型工业机器人任务三 工业机器人的机械结构（b）增加W轴（c）摆动臂升降机器人（a）增加Y轴Y向运动更直观垂直方向的升降作业更灵活垂直串联结构机器人+水平串联结构机器人任务 3.并联结构工业机器人任务三 工业机器人的机械结构并联结构机器人悬挂式3根并联连杆工业机器人结构发展史上的一次重大变革刚度高、质量轻、简单、制造方便安装空间较大定位精度较低改进“直线轴+并联轴的混合式结构