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1、工业机器人的组成与主要参数 丄业机器人的结构和分类 工业机器人依据机械结构和运动形态可以分为不同的类别。最常见的 是如下儿类：关节型工业机器人、平面关节型工业机器人、直角坐标型工业 机器人和并联型工业机器人。下图为这儿类机器人的轴运动结构、工作范围 和外形示意图。以常见六轴关节机器人为例，其机械结构如图所示，每个电机负责一个 机械轴（机械臂）的转动，六个伺服电机直接通过谐波减速器或同步带轮等 驱动六个关节轴的旋转。Wrist hosing Upp”1J1 皿 motor J6 axis reduction gear r 10J5 axis limir吹 bull J6 axis motor J
2、 J3 rnoto.J3ax.$JI axis J6 3X.S 4J2 axis 注意观察一、二、三.四轴的结构，关节一至关节四的驱动电机为空心 结构，空心轴结构的电机一般较大。釆用空心轴电机的优点是：机器人各种 控制管线可以从电机中心直接穿过，无论关节轴怎么旋转，管线不会随着旋 转，即使旋转，管线由于布置在旋转轴线上，所以具有最小的旋转半径。此 种结构较好的解决了工业机器人的管线布局问题。对于工业机器人的机械结构设计来说，管线布局是难点之一，怎样合理 的在狭小的机械臂空间中布置各种管线（六个电机的驱动线、编码器线、刹 车线、气管、电磁阀控制线、传感器线等）,使其不受关节轴旋转的影响，是一个值
3、得深入研究的问题。二、工业机器人的系统组成 一个完整的工业机器人整体可分为三大部分六个系统。三大部分指的是 用于实现各种动作的机械结构部分、用于感知内部和外部信息的传感部分和 用于控制机器人动作的控制部分。六个系统分别为驱动系统、机械结构系统（执行系统）、机器人环境交互系统、感受系统、人机交互系统和控制系 统。1、驱动系统 最常见的是如下儿类关节型工业机器人平面关节型工业机器人直角坐标型工业机器人和并联型工业机器人下图为这儿类机器人的轴运动结构工作范围和外形示意图以常见六轴关节机器人为例其机械结构如图所示每个电机负责一个机结构关节一至关节四的驱动电机为空心结构空心轴结构的电机一般较大釆用空心轴
4、电机的优点是机器人各种控制管线可以从电机中心直接穿过无论关节轴怎么旋转管线不会随着旋转即使旋转管线由于布置在旋转轴线上所以具有最小点之一怎样合理的在狭小的机械臂空间中布置各种管线六个电机的驱动线编码器线刹车线气管电磁阀控制线传感器线等使其不受关节轴旋转的影响是一个值得吹皿深入研究的问题二工业机器人的系组成一个完整的工业机器人整体可驱动系统包括动力装置和传动机构，用来使执行机构产生相应的动作。驱动方式包括电机驱动、液压驱动、气动驱动和其他驱动方式。根据需要也 可由这些常见的方式组合而成，目前最常用的是电机驱动。2、机械结构系统 机械机构系统指的就是机器人的机械部件本体，一般山机身、手臂、手 腕和
5、末端执行部件四大部件组成。有的机器人还有行走机构，大多数机器人 的拥有36个运动自由度。机器人的手部（末端执行器）是机器人完成任务作业的工具，是机器人 最重要的执行机构。通常山抓取工件的各种手爪、取料器、专用工具的夹持 器，包括专用工具如拧螺钉螺母机、喷枪、焊枪、切割头等。末端手部通常 采用法兰连接这些执行机构。3、机器人环境交互系统 机器人环境交互系统是实现工业机器人与外部环境设备相互联系的协 调系统。工业机器人经常与外部设备连接集成为一个功能单元，如一台或多 台加工机床组成加工制造单元，与货仓或传送带等集成为一个搬运存储单元 等。机器人与这些设备之间的连接协调即为交互系统。4、感受系统 蠢
6、受索统山内部与外部传感器组成。其作用是获取机器人内部与外部的 信息，并反馈给机器人控制系统。内部传感器用于检测各个关节的位置、速 度等变量，为闭环伺服控制提供信息，外部传感器用于检测机器人周围环境 的变量，如距离、接触等情况，用于引导机器人合理的动作，如机器人视觉 系统。5、人机交互系统 人机交互系统是人参与机器人控制的操作装置，分别是指令给定装置和 信息显示装置，一般是工业机器人的自带示教单元和上位机软件。如ABB 机器人的FlexPendant示教器和上位机虚拟控制软件RobotStudioo 6、控制系统 控制系统按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号并进行 控制。根据控制原理，
7、工业机器人的控制系统可以分为程序控制系统、自适 应控制系统和人工智能控制系统，根据控制运动形式，工业机器人的控制系 统可分为点位控制和连续轨迹控制。三、工业机器人主要参数 工业机器人作为一类机电一体化产品设备，在选用的时候应该关注如下 儿个基本的设备参数：1、自由度 自山度是工业机器人所具有的能够独立运动的坐标轴运动的数U,不包 括末端执行器如手爪自身的开合自由度。在三维空间中描述一个物体的位置 和姿态，需要6个自山度，在实际应用中，工业机器人的自山度是根据其用 途而设计的，可能小于也可能大于6个自山度，另外，由于工业机器人系统 中一个自山度的实现是通过一个驱动电机的运动来实现的，而电机的转动
8、范 围有可能不足360。，因此6自由度机器人并不意味着它在其工作范围内可 最常见的是如下儿类关节型工业机器人平面关节型工业机器人直角坐标型工业机器人和并联型工业机器人下图为这儿类机器人的轴运动结构工作范围和外形示意图以常见六轴关节机器人为例其机械结构如图所示每个电机负责一个机结构关节一至关节四的驱动电机为空心结构空心轴结构的电机一般较大釆用空心轴电机的优点是机器人各种控制管线可以从电机中心直接穿过无论关节轴怎么旋转管线不会随着旋转即使旋转管线由于布置在旋转轴线上所以具有最小点之一怎样合理的在狭小的机械臂空间中布置各种管线六个电机的驱动线编码器线刹车线气管电磁阀控制线传感器线等使其不受关节轴旋转
9、的影响是一个值得吹皿深入研究的问题二工业机器人的系组成一个完整的工业机器人整体可以以任何姿态到达任意点。自山度的多少在一定程度上描述了该工业机器人在空间运动中的灵活 性。2、精度 工业机器人的精度包括定位精度和重复定位精度。定位精度至的是工业机器人末端到达指定位置的实际值与U标值之间 的差异。重复定位精度指的是机器人末端重复到达同一H标位置，实际的到 达值之间的分散程度来表示。且标点 泄位精度、重复左位稱度示意图 这两个精度值是描述工业机器人运动准确性的参数。3、工作范围 工作范围也称为工作空间，指的是机器人手臂末端或手腕中心所能到达 的所有点的集合，也称为工作区域。一般指的是不安装任何末端执
10、行器时机 器人所能到达的区域空间。工作范围的大小和和形状对工业机器人十分重 要，因为有可能在执行某些动作时候存在机器人的手部到达不了的作业区 域，称为工作死区。一般使用如下图的图示显示某机器人的工作空间。工作空间示意图 琳点 最常见的是如下儿类关节型工业机器人平面关节型工业机器人直角坐标型工业机器人和并联型工业机器人下图为这儿类机器人的轴运动结构工作范围和外形示意图以常见六轴关节机器人为例其机械结构如图所示每个电机负责一个机结构关节一至关节四的驱动电机为空心结构空心轴结构的电机一般较大釆用空心轴电机的优点是机器人各种控制管线可以从电机中心直接穿过无论关节轴怎么旋转管线不会随着旋转即使旋转管线由
11、于布置在旋转轴线上所以具有最小点之一怎样合理的在狭小的机械臂空间中布置各种管线六个电机的驱动线编码器线刹车线气管电磁阀控制线传感器线等使其不受关节轴旋转的影响是一个值得吹皿深入研究的问题二工业机器人的系组成一个完整的工业机器人整体可4、最大工作速度 对于最大工作速度，有的厂家指的是工业机器人单个自由度上的最大稳 定速度，有的厂家则指的是手臂末端最大的合成速度，通常技术参数手册中 都会指明。工作速度越高，意味着工作效率就越高。除了速度，还应该注意 最大允许加速度这一参数，它们都表明了机器人的运动性能。5、承载能力 机器人在不同位姿时其末端可承受的最大载重能力是不一样的，承载能 力指的是机器人在工
12、作范圉内任意位置上所能承受的最大质量。一般为了安 全起见，承载能力值的是机器人在高速运行时候的承载能力，承载能力不等 同负载，有效负载为最大负载减去机器人安装的末端执行机构质量。6、机器人重量 机器人重量对于机器人也是一个重要的参数。如果工业机器人需要安装 在定制的工作台其至轨道上，需要了解其重量并在设计中考虑相应的支撑和 足够的驱动力。7、制动和惯性力矩 机器人制造商一般都会给出制动系统的相关信息。一些机器人会给出所 有轴的制动信息。为在工作空间内确定精准和可重复的位置，你需要足够数 量的制动。机器人特定部位的惯性力矩可以向制造商索取。这对于机器人的 安全至关重要。同时还应该关注各轴的允许力
13、矩。有的应用需要一定的力矩 去完成，就需要检查该轴的允许力矩能否满足要求。如果不能，机器人很可 能会因为超负载而发生故障。8、防护等级 防护等级取决于机器人的应用需求。机器人与食品相关的产品、实验室 仪器、医疗仪器一起工作或者处在易燃的环境中，其所需的防护等级各有不 同。这是一个国际标准，需要区分实际应用所需的防护等级，或者按照当地 的规范选择。一些制造商会根据机器人工作的环境不同而为同型号的机器人 提供不同的防护等级的选择。最常见的是如下儿类关节型工业机器人平面关节型工业机器人直角坐标型工业机器人和并联型工业机器人下图为这儿类机器人的轴运动结构工作范围和外形示意图以常见六轴关节机器人为例其机械结构如图所示每个电机负责一个机结构关节一至关节四的驱动电机为空心结构空心轴结构的电机一般较大釆用空心轴电机的优点是机器人各种控制管线可以从电机中心直接穿过无论关节轴怎么旋转管线不会随着旋转即使旋转管线由于布置在旋转轴线上所以具有最小点之一怎样合理的在狭小的机械臂空间中布置各种管线六个电机的驱动线编码器线刹车线气管电磁阀控制线传感器线等使其不受关节轴旋转的影响是一个值得吹皿深入研究的问题二工业机器人的系组成一个完整的工业机器人整体可