第1章 工業(yè)機器人概論

1、 第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 1.1 1.1 工業(yè)機器人定義及其發(fā)展工業(yè)機器人定義及其發(fā)展工業(yè)機器人定義工業(yè)機器人定義 機器人（機器人（RobotRobot）一詞來源于捷克斯洛伐克作家）一詞來源于捷克斯洛伐克作家 Karel Capek Karel Capek（卡雷（卡雷爾爾. .薩佩克）薩佩克） 1921 1921年創(chuàng)作的一個名為年創(chuàng)作的一個名為“Rossums Uniersal Robots”“Rossums Uniersal Robots”（羅薩姆（羅薩姆萬能機器人）的劇本。在劇本中，萬能機器人）的劇本。在劇本中，Capek Capek 把在羅薩姆萬能機器人公司生產(chǎn)把在

2、羅薩姆萬能機器人公司生產(chǎn)勞動的那些家伙取名為勞動的那些家伙取名為“Robot”“Robot”（漢語音譯為（漢語音譯為“羅伯特羅伯特”），其意為），其意為“不知疲倦的勞動不知疲倦的勞動”。 Capek Capek把機器人定義為服務(wù)于人類的家伙，機器人把機器人定義為服務(wù)于人類的家伙，機器人的名字也正式由此而生。后來，機器人一詞頻繁出現(xiàn)在現(xiàn)代科幻小說和電的名字也正式由此而生。后來，機器人一詞頻繁出現(xiàn)在現(xiàn)代科幻小說和電影中。影中。隨著現(xiàn)代科技的不斷前進，機器人這一概念逐步演變成現(xiàn)實。在現(xiàn)代工業(yè)隨著現(xiàn)代科技的不斷前進，機器人這一概念逐步演變成現(xiàn)實。在現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展過程中，機器人逐漸融合了機械、電子、運動

3、、動力、控制、傳感的發(fā)展過程中，機器人逐漸融合了機械、電子、運動、動力、控制、傳感檢測、計算技術(shù)等多門學科，成為現(xiàn)代科技發(fā)展極為重要的組成部分。檢測、計算技術(shù)等多門學科，成為現(xiàn)代科技發(fā)展極為重要的組成部分。目前，雖然機器人面世已有幾十年歷史，但仍然沒有一個統(tǒng)一的定義。其目前，雖然機器人面世已有幾十年歷史，但仍然沒有一個統(tǒng)一的定義。其原因之一就是機器人還在不斷的發(fā)展，新的機型，新的功能不斷涌現(xiàn)。原因之一就是機器人還在不斷的發(fā)展，新的機型，新的功能不斷涌現(xiàn)。第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 1.1 1.1 工業(yè)機器人定義及其發(fā)展工業(yè)機器人定義及其發(fā)展工業(yè)機器人定義工業(yè)機器人定義美國美國

4、機器人協(xié)會機器人協(xié)會對對工業(yè)機器人定義為：一種用于移動各種材料、零件、工工業(yè)機器人定義為：一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過程序動作來執(zhí)行種種任務(wù)的，并具有編程能力的多具或?qū)Ｓ醚b置的，通過程序動作來執(zhí)行種種任務(wù)的，并具有編程能力的多功能操作機。功能操作機。 日本日本機器人協(xié)會指出：工業(yè)機器人是一種帶有存儲器件和末端操作器的通機器人協(xié)會指出：工業(yè)機器人是一種帶有存儲器件和末端操作器的通用機械，它能夠通過自動化的動作替代人類勞動。用機械，它能夠通過自動化的動作替代人類勞動。 我國我國科學家對工業(yè)機器人的定義是：機器人是一種自動化的機器，所不同科學家對工業(yè)機器人的定義是：機器人是一種

5、自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的能力，如感知能力、規(guī)劃能力、的是這種機器具備一些與人或生物相似的能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。國際標準化組織國際標準化組織定義：工業(yè)機器人是一種仿生的、具有自動控制能力的、定義：工業(yè)機器人是一種仿生的、具有自動控制能力的、可重復(fù)編程的多功能、多自由度的操作機械?？芍貜?fù)編程的多功能、多自由度的操作機械。 第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 1.1 1.1 工業(yè)機器人定義及其發(fā)展工業(yè)機器人定義及其發(fā)展工業(yè)機器人定義工業(yè)機器人定義

6、定義雖不同，但有一定的共性：定義雖不同，但有一定的共性：工業(yè)機器人是由仿生機械結(jié)構(gòu)，電機、減速機和控制系統(tǒng)組成的，用于從工業(yè)機器人是由仿生機械結(jié)構(gòu)，電機、減速機和控制系統(tǒng)組成的，用于從事工業(yè)生產(chǎn)，能夠自動執(zhí)行工作指令的機械裝置。它可以接受人類指揮，事工業(yè)生產(chǎn)，能夠自動執(zhí)行工作指令的機械裝置。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運行，現(xiàn)代工業(yè)機器人還可以根據(jù)也可以按照預(yù)先編排的程序運行，現(xiàn)代工業(yè)機器人還可以根據(jù)人工智能技人工智能技術(shù)術(shù)制定的原則和綱領(lǐng)行動。制定的原則和綱領(lǐng)行動。一般情況下，工業(yè)機器人應(yīng)該具有四個特征：一般情況下，工業(yè)機器人應(yīng)該具有四個特征：1. 1. 特定的機械結(jié)構(gòu)；特定

7、的機械結(jié)構(gòu)；2. 2. 從事各種工作的通用性能；從事各種工作的通用性能；3. 3. 具有感知、學習、計算、決策等不同程度的智能；具有感知、學習、計算、決策等不同程度的智能；4. 4. 相對獨立性。相對獨立性。第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 1.1 1.1 工業(yè)機器人定義及其發(fā)展工業(yè)機器人定義及其發(fā)展工業(yè)機器人發(fā)展概況：工業(yè)機器人發(fā)展概況：（1 1）早在三千多年前的西周時代，中國就出現(xiàn)了能歌善舞的木偶，稱為早在三千多年前的西周時代，中國就出現(xiàn)了能歌善舞的木偶，稱為“倡者倡者”，這可能是世界上最早的，這可能是世界上最早的“機器人機器人”。（2 2）19541954年，美國的年，美國的

8、G.C.DevolG.C.Devol（喬治（喬治. .德沃爾）提出了一個工業(yè)機器人德沃爾）提出了一個工業(yè)機器人有關(guān)的技術(shù)方案，并申請了有關(guān)的技術(shù)方案，并申請了“通用機器人通用機器人”專利。專利。（3 3）19591959年德沃爾與美國發(fā)明家約瑟夫年德沃爾與美國發(fā)明家約瑟夫英格伯格聯(lián)手制造出第一臺工英格伯格聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機器人業(yè)機器人UnimateUnimate。機器人的歷史才真正拉開了帷幕機器人的歷史才真正拉開了帷幕。第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 UnimateUnimate機器人機器人工業(yè)機器人發(fā)展概況：工業(yè)機器人發(fā)展概況：（4 4） 19601960年美國機器和鑄造公

9、司年美國機器和鑄造公司AMFAMF生產(chǎn)了柱坐標型生產(chǎn)了柱坐標型VersatranVersatran機器人。機器人。世界上世界上第一臺第一臺用于工業(yè)生產(chǎn)的機器人用于工業(yè)生產(chǎn)的機器人。第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 VersatranVersatran機器人機器人工業(yè)機器人在不同國家發(fā)展概況工業(yè)機器人在不同國家發(fā)展概況第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 國名國名主要進程及特點主要進程及特點占有量排名占有量排名備注備注日本1967年美國引進第一機器人王國機器人王國德國引進較晚第二法國注重機器人基礎(chǔ)研究英國二十世紀70年代末開始研究，但中途限制發(fā)展在西歐處于末位意大利、瑞典等發(fā)

10、展迅速中國70年代萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代后的應(yīng)用期?？亢笊蜿栃滤?、清華、哈工大國際上的工業(yè)機器人公司主要分為國際上的工業(yè)機器人公司主要分為日系日系和和歐系歐系。日系有日系有：安川、安川、OTC、松下、松下、發(fā)那科發(fā)那科(FANUC)和安川電機和安川電機(Yaskawa)。歐系有歐系有：德國的德國的KUKA、CLOOS、瑞典的、瑞典的ABB、意大利的、意大利的COMAU，英國的，英國的AutoTechRobotics等。等。 工業(yè)機器人在我國發(fā)展概況工業(yè)機器人在我國發(fā)展概況第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 目前，我國基本掌握了工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造、控制系統(tǒng)硬件和軟件

11、、運目前，我國基本掌握了工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造、控制系統(tǒng)硬件和軟件、運動學和軌跡規(guī)劃動學和軌跡規(guī)劃等等技術(shù)，形成了機器人部分關(guān)鍵元器件的規(guī)?；a(chǎn)能力。一些公司技術(shù)，形成了機器人部分關(guān)鍵元器件的規(guī)?；a(chǎn)能力。一些公司開發(fā)出的開發(fā)出的噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人已經(jīng)在多家企業(yè)的自動化生產(chǎn)線上等機器人已經(jīng)在多家企業(yè)的自動化生產(chǎn)線上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人也已廣泛應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上?？傮w來看，在技獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人也已廣泛應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上?？傮w來看，在技術(shù)開發(fā)和工程應(yīng)用水平與國外相比還有一定的差距。主要表現(xiàn)在以下幾個反方面：術(shù)開發(fā)和工

12、程應(yīng)用水平與國外相比還有一定的差距。主要表現(xiàn)在以下幾個反方面：第一，創(chuàng)新能力較弱，核心技術(shù)和核心關(guān)鍵部件受制于人，尤其是高精度的減速器長第一，創(chuàng)新能力較弱，核心技術(shù)和核心關(guān)鍵部件受制于人，尤其是高精度的減速器長期需要進口，缺乏自主研發(fā)產(chǎn)品，影響總體機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展。期需要進口，缺乏自主研發(fā)產(chǎn)品，影響總體機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展。第二，產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，市場滿足率低，相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)體系建設(shè)明顯滯后。中國工業(yè)第二，產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，市場滿足率低，相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)體系建設(shè)明顯滯后。中國工業(yè)機器人企業(yè)雖然形成了自己的部分品牌，但不能與國際知名品牌形成有力競爭。機器人企業(yè)雖然形成了自己的部分品牌，但不能與國際知名品牌形成有力

13、競爭。第三，行業(yè)歸口，產(chǎn)業(yè)規(guī)劃需要進一步明確。第三，行業(yè)歸口，產(chǎn)業(yè)規(guī)劃需要進一步明確。隨著工業(yè)機器人的應(yīng)用越來越廣泛，隨著工業(yè)機器人的應(yīng)用越來越廣泛，我我國也在積極推動我國機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國也在積極推動我國機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。尤其是進入尤其是進入“十三十三.五五”以來，國家出臺的以來，國家出臺的機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020）對機對機器人產(chǎn)業(yè)進行了全面規(guī)劃，要求行業(yè)、企業(yè)搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極器人產(chǎn)業(yè)進行了全面規(guī)劃，要求行業(yè)、企業(yè)搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化進程。推進工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化進程。工業(yè)機器人總體發(fā)展趨勢工業(yè)機器人總體

14、發(fā)展趨勢第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 （1）技術(shù)發(fā)展趨勢技術(shù)發(fā)展趨勢在技術(shù)發(fā)展方面，工業(yè)機器人正向結(jié)構(gòu)輕量化、智能化、模塊化和系統(tǒng)化的在技術(shù)發(fā)展方面，工業(yè)機器人正向結(jié)構(gòu)輕量化、智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展。未來主要的發(fā)展趨勢有：方向發(fā)展。未來主要的發(fā)展趨勢有：1）機器人結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；）機器人結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；2）控制技術(shù)的高性能化、網(wǎng)絡(luò)化；）控制技術(shù)的高性能化、網(wǎng)絡(luò)化；3）控制軟件架構(gòu)的開放化、高級語言化；）控制軟件架構(gòu)的開放化、高級語言化；4）伺服驅(qū)動技術(shù)的高集成度和一體化；）伺服驅(qū)動技術(shù)的高集成度和一體化；5）多傳感器融合技術(shù)的集成化和智能化；）多傳感器

15、融合技術(shù)的集成化和智能化；6）人機交互界簡單化、協(xié)同化。）人機交互界簡單化、協(xié)同化。工業(yè)機器人總體發(fā)展趨勢工業(yè)機器人總體發(fā)展趨勢第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 （2）應(yīng)用發(fā)展趨勢應(yīng)用發(fā)展趨勢自工業(yè)機器人誕生以來，汽車行業(yè)一直是其應(yīng)用的主要場合。自工業(yè)機器人誕生以來，汽車行業(yè)一直是其應(yīng)用的主要場合。2014年北美機器人年北美機器人工業(yè)協(xié)會在年度報告中指出，截止工業(yè)協(xié)會在年度報告中指出，截止2013年底，汽車行業(yè)仍然是北美機器人最大的應(yīng)用年底，汽車行業(yè)仍然是北美機器人最大的應(yīng)用市場，但其在電子市場，但其在電子/電氣行業(yè)、金屬加工行業(yè)、化工行業(yè)、食品等行業(yè)的出貨量卻增速電氣行業(yè)、金屬加

16、工行業(yè)、化工行業(yè)、食品等行業(yè)的出貨量卻增速迅猛。由此可見，未來工業(yè)機器人的應(yīng)用依托汽車產(chǎn)業(yè)，并迅速向各行業(yè)延伸。對于迅猛。由此可見，未來工業(yè)機器人的應(yīng)用依托汽車產(chǎn)業(yè)，并迅速向各行業(yè)延伸。對于機器人行業(yè)來講，這是一個非常積極的信號。機器人行業(yè)來講，這是一個非常積極的信號。（3）產(chǎn)業(yè)）產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢據(jù)國際機器人聯(lián)合會公布的數(shù)據(jù)顯示，據(jù)國際機器人聯(lián)合會公布的數(shù)據(jù)顯示，2013年全球機器人裝機量達到年全球機器人裝機量達到17.9萬臺，萬臺，亞洲亞洲/澳洲占澳洲占10萬臺，中國萬臺，中國36560臺，整個行業(yè)產(chǎn)值臺，整個行業(yè)產(chǎn)值300億美元。億美元。2014年，全球機器人銷年，全球機器人銷量量22

17、.5萬臺，亞洲的銷量占到萬臺，亞洲的銷量占到2/3，中國市場的機器人銷量近，中國市場的機器人銷量近45500臺，增長臺，增長35%。到目。到目前為止，全球的主要機器人市場集中在亞洲、澳洲、歐洲、北美，其累計安裝量已超前為止，全球的主要機器人市場集中在亞洲、澳洲、歐洲、北美，其累計安裝量已超過過200萬臺。相信在不久的將來，工業(yè)機器人的時代將很快來臨，并將在智能制造領(lǐng)域萬臺。相信在不久的將來，工業(yè)機器人的時代將很快來臨，并將在智能制造領(lǐng)域掀起一場變革。掀起一場變革。1. 1.2 2 工業(yè)機器人基本組成及技術(shù)參數(shù)工業(yè)機器人基本組成及技術(shù)參數(shù)第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 控制器控制器

18、機器人本體機器人本體示教器示教器工業(yè)機器人基本組成工業(yè)機器人基本組成工業(yè)機器人工業(yè)機器人基本組成基本組成工業(yè)機器人本體工業(yè)機器人本體控制器及控制系統(tǒng)控制器及控制系統(tǒng)示教器示教器1. 1.2 2 .1 .1 工業(yè)機器人基本組成工業(yè)機器人基本組成1. 1.2 2 工業(yè)機器人基本組成及技術(shù)參數(shù)工業(yè)機器人基本組成及技術(shù)參數(shù)第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 工業(yè)機器人本體工業(yè)機器人本體機器人本體機器人本體：工業(yè)機器人的機械主體，是工業(yè)機器人的機械主體，是完成各種作業(yè)的執(zhí)行機構(gòu)。一般包含互相完成各種作業(yè)的執(zhí)行機構(gòu)。一般包含互相連接的機械臂、驅(qū)動及傳動裝置以及各種連接的機械臂、驅(qū)動及傳動裝置以及

19、各種內(nèi)外部傳感器。工作時通過末端夾具也稱內(nèi)外部傳感器。工作時通過末端夾具也稱末端執(zhí)行器用于實現(xiàn)機器人對工作目標的末端執(zhí)行器用于實現(xiàn)機器人對工作目標的夾取、搬用等動作。夾取、搬用等動作。1 1）機械臂機械臂大部分工業(yè)機器人為關(guān)節(jié)型機器人，關(guān)節(jié)大部分工業(yè)機器人為關(guān)節(jié)型機器人，關(guān)節(jié)型機器人的機械臂是由若干個機械關(guān)節(jié)連型機器人的機械臂是由若干個機械關(guān)節(jié)連接在一起的集合體。接在一起的集合體。典型典型6 6關(guān)節(jié)工業(yè)機器人，由機座、腰部關(guān)節(jié)工業(yè)機器人，由機座、腰部關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)1 1、大臂關(guān)節(jié)、大臂關(guān)節(jié)2 2、肘部關(guān)節(jié)、肘部關(guān)節(jié)3 3、操作、操作臂關(guān)節(jié)臂關(guān)節(jié)4 4、腕部關(guān)節(jié)、腕部關(guān)節(jié)5 5和手部關(guān)節(jié)和手部關(guān)節(jié)6

20、6構(gòu)構(gòu)成。成。1. 1.2 2 工業(yè)機器人基本組成及技術(shù)參數(shù)工業(yè)機器人基本組成及技術(shù)參數(shù)第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 工業(yè)機器人本體工業(yè)機器人本體1 1）本體結(jié)構(gòu)組成）本體結(jié)構(gòu)組成 機座：是構(gòu)成機器人的支撐部分，內(nèi)部安裝有機器人的執(zhí)行機構(gòu)和機座：是構(gòu)成機器人的支撐部分，內(nèi)部安裝有機器人的執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動裝置。驅(qū)動裝置。 腰部：是連接機器人機座和大臂的中間支撐部分。工作時，腰部可腰部：是連接機器人機座和大臂的中間支撐部分。工作時，腰部可以通過關(guān)節(jié)以通過關(guān)節(jié)1 1在機座上轉(zhuǎn)動。在機座上轉(zhuǎn)動。 臂部：臂部：6 6關(guān)節(jié)機器人的臂部一般由大臂和小臂構(gòu)成，大臂通過關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)機器人的臂部一般由大

21、臂和小臂構(gòu)成，大臂通過關(guān)節(jié)2 2與腰部相連，小臂通過肘關(guān)節(jié)與腰部相連，小臂通過肘關(guān)節(jié)3 3與大臂相連。工作時，大、小臂各自通與大臂相連。工作時，大、小臂各自通過關(guān)節(jié)電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)移動或轉(zhuǎn)動。過關(guān)節(jié)電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)移動或轉(zhuǎn)動。 手腕：連接小臂和末端執(zhí)行器的部分，主要用于改變末端執(zhí)行器的手腕：連接小臂和末端執(zhí)行器的部分，主要用于改變末端執(zhí)行器的空間位姿，聯(lián)合機器人的所有關(guān)節(jié)實現(xiàn)機器人預(yù)期的動作和狀態(tài)?？臻g位姿，聯(lián)合機器人的所有關(guān)節(jié)實現(xiàn)機器人預(yù)期的動作和狀態(tài)。第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 2 2）本體驅(qū)動及傳動裝置）本體驅(qū)動及傳動裝置工業(yè)機器人的機座、腰部關(guān)節(jié)、大臂關(guān)節(jié)、肘部關(guān)節(jié)、操作

22、臂關(guān)節(jié)、腕部關(guān)節(jié)和手工業(yè)機器人的機座、腰部關(guān)節(jié)、大臂關(guān)節(jié)、肘部關(guān)節(jié)、操作臂關(guān)節(jié)、腕部關(guān)節(jié)和手部關(guān)節(jié)構(gòu)成了機器人的外部結(jié)構(gòu)或機械結(jié)構(gòu)。機器人運動時，每個關(guān)節(jié)必須有驅(qū)動部關(guān)節(jié)構(gòu)成了機器人的外部結(jié)構(gòu)或機械結(jié)構(gòu)。機器人運動時，每個關(guān)節(jié)必須有驅(qū)動裝置和傳動機構(gòu)完成。裝置和傳動機構(gòu)完成。典型的驅(qū)動或運動關(guān)節(jié)組成典型的驅(qū)動或運動關(guān)節(jié)組成驅(qū)動裝置是向機器人各機械臂提供動力和運動的裝置。不同類型的機器人，驅(qū)動驅(qū)動裝置是向機器人各機械臂提供動力和運動的裝置。不同類型的機器人，驅(qū)動采用的動力源不同，驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式也不同。驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式主要有四采用的動力源不同，驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式也不同。驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式主要

23、有四種：液壓式、氣壓式、電氣式和機械式。電力驅(qū)動是目前使用最多的一種驅(qū)動方種：液壓式、氣壓式、電氣式和機械式。電力驅(qū)動是目前使用最多的一種驅(qū)動方式，其特點是電源取用方便，響應(yīng)快，驅(qū)動力大，信號檢測、傳遞、處理方便，式，其特點是電源取用方便，響應(yīng)快，驅(qū)動力大，信號檢測、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方式，驅(qū)動電機一般采用步進電機或伺服電機并可以采用多種靈活的控制方式，驅(qū)動電機一般采用步進電機或伺服電機。工業(yè)機器人本體工業(yè)機器人本體第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 2 2）本體驅(qū)動及傳動裝置）本體驅(qū)動及傳動裝置典型的驅(qū)動或運動關(guān)節(jié)組成典型的驅(qū)動或運動關(guān)節(jié)組成目前也有采用力矩電

24、機，但是造價較高，控制也較為復(fù)雜，和電機相配的減速器目前也有采用力矩電機，但是造價較高，控制也較為復(fù)雜，和電機相配的減速器一般采用諧波減速器、擺線針輪減速器或者行星齒輪減速器。一般采用諧波減速器、擺線針輪減速器或者行星齒輪減速器。3 3）本體所用傳感器）本體所用傳感器 為檢測作業(yè)對象及工作環(huán)境，在工業(yè)機器人上安裝了諸如為檢測作業(yè)對象及工作環(huán)境，在工業(yè)機器人上安裝了諸如觸覺傳感器觸覺傳感器、視覺視覺傳感器傳感器、力覺傳感器力覺傳感器、接近傳感器、接近傳感器、超聲波傳感器超聲波傳感器和聽覺傳感器。這些傳感器可和聽覺傳感器。這些傳感器可以大大改善機器人工作狀況和工作質(zhì)量，使它能夠更充分地完成復(fù)雜的工

25、作。以大大改善機器人工作狀況和工作質(zhì)量，使它能夠更充分地完成復(fù)雜的工作。工業(yè)機器人本體工業(yè)機器人本體第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是構(gòu)成工業(yè)機器人的神經(jīng)中樞，由計算機硬件、軟件和一些專用電路、控制系統(tǒng)是構(gòu)成工業(yè)機器人的神經(jīng)中樞，由計算機硬件、軟件和一些專用電路、控制器、驅(qū)動器等構(gòu)成。工作時，根據(jù)編寫的指令以及傳感信息控制機器人本體控制器、驅(qū)動器等構(gòu)成。工作時，根據(jù)編寫的指令以及傳感信息控制機器人本體完成一定的動作或路徑，主要用于處理機器人工作的全部信息，其正面內(nèi)部結(jié)構(gòu)完成一定的動作或路徑，主要用于處理機器人工作的全部信息，其正面內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。如圖所示

26、。工業(yè)機器人本體控制器及控制系統(tǒng)工業(yè)機器人本體控制器及控制系統(tǒng)第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 示教器示教器示教器是人機交互的一個接口，也稱示教盒或示教編程器，主要由液晶屏和可供示教器是人機交互的一個接口，也稱示教盒或示教編程器，主要由液晶屏和可供觸摸的操作按鍵組成。操作時由控制者手持設(shè)備，通過按鍵將需要控制的全部信觸摸的操作按鍵組成。操作時由控制者手持設(shè)備，通過按鍵將需要控制的全部信息通過與控制器連接的電纜送入控制柜中的存儲器中，實現(xiàn)對機器人的控制。示息通過與控制器連接的電纜送入控制柜中的存儲器中，實現(xiàn)對機器人的控制。示教器是機器人控制系統(tǒng)的重要組成部分，操作者可以通過示教器進行

27、手動示教，教器是機器人控制系統(tǒng)的重要組成部分，操作者可以通過示教器進行手動示教，控制機器人到達不同位姿，并記錄各個位姿點坐標，也可以利用機器人語言進行控制機器人到達不同位姿，并記錄各個位姿點坐標，也可以利用機器人語言進行在線編程，實現(xiàn)程序回放，讓機器人按編寫好的程序完成軌跡運動。在線編程，實現(xiàn)程序回放，讓機器人按編寫好的程序完成軌跡運動。工業(yè)機器人示教器工業(yè)機器人示教器第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 1.2.2工業(yè)機器人技術(shù)參數(shù)工業(yè)機器人技術(shù)參數(shù)工業(yè)機器人工業(yè)機器人技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)自由度自由度分辨率分辨率定位精度定位精度重復(fù)重復(fù)定位精度定位精度作業(yè)范圍作業(yè)范圍承載能力承載能力第第

28、1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 1.2.2工業(yè)機器人技術(shù)參數(shù)工業(yè)機器人技術(shù)參數(shù)自由度自由度自自由度是指機器人所具有的獨立坐標軸運動的數(shù)目，不包括末端執(zhí)行由度是指機器人所具有的獨立坐標軸運動的數(shù)目，不包括末端執(zhí)行器的開合自由度。一般情況下機器人的一個自由度對應(yīng)一個關(guān)節(jié)，所器的開合自由度。一般情況下機器人的一個自由度對應(yīng)一個關(guān)節(jié)，所以自由度與關(guān)節(jié)的概念是相等的。自由度是表示機器人動作靈活程度以自由度與關(guān)節(jié)的概念是相等的。自由度是表示機器人動作靈活程度的參數(shù)，自由度越多就越靈活，但結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜，控制難度越大，所的參數(shù)，自由度越多就越靈活，但結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜，控制難度越大，所以機器人的自由度要根

29、據(jù)其用途設(shè)計，一般在以機器人的自由度要根據(jù)其用途設(shè)計，一般在3636個之間。個之間。分辨率分辨率分辨率是指機器人每個關(guān)節(jié)所能實現(xiàn)的最小移動距離或最小轉(zhuǎn)動角度分辨率是指機器人每個關(guān)節(jié)所能實現(xiàn)的最小移動距離或最小轉(zhuǎn)動角度。工業(yè)機器人的分辨率分編程分辨率和控制分辨率兩種。工業(yè)機器人的分辨率分編程分辨率和控制分辨率兩種。編程分辨率是指控制程序中可以設(shè)定的最小距離，又稱基準分辨率。編程分辨率是指控制程序中可以設(shè)定的最小距離，又稱基準分辨率。當機器人某關(guān)節(jié)電機轉(zhuǎn)動當機器人某關(guān)節(jié)電機轉(zhuǎn)動0.10.1，機器人關(guān)節(jié)端點移動直線距離為，機器人關(guān)節(jié)端點移動直線距離為0.01mm0.01mm，其基準分辨率即為，其基準

30、分辨率即為0.01mm0.01mm?？刂品直媛适窍到y(tǒng)位置反饋回。控制分辨率是系統(tǒng)位置反饋回路所能檢測到的最小位移，即與機器人關(guān)節(jié)電機同軸安裝的編碼盤發(fā)路所能檢測到的最小位移，即與機器人關(guān)節(jié)電機同軸安裝的編碼盤發(fā)出單個脈沖電機轉(zhuǎn)過的角度。出單個脈沖電機轉(zhuǎn)過的角度。第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 1.2.2工業(yè)機器人技術(shù)參數(shù)工業(yè)機器人技術(shù)參數(shù)定位精度定位精度定位精度是指機器人末端執(zhí)行器的實際位置與目標位置之間的偏差，定位精度是指機器人末端執(zhí)行器的實際位置與目標位置之間的偏差，由機械誤差、控制算法與系統(tǒng)分辨率等部分組成。典型的工業(yè)機器人由機械誤差、控制算法與系統(tǒng)分辨率等部分組成。典型的

31、工業(yè)機器人定位精度一般在土定位精度一般在土0.02mm 0.02mm 5mm5mm范圍。范圍。重復(fù)定位精度重復(fù)定位精度重復(fù)定位精度是指在同一環(huán)境、同一條件、同一目標動作、同一命令重復(fù)定位精度是指在同一環(huán)境、同一條件、同一目標動作、同一命令之下，機器人連續(xù)重復(fù)運動若干次時，其位置的分散情況，是關(guān)于精之下，機器人連續(xù)重復(fù)運動若干次時，其位置的分散情況，是關(guān)于精度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。因重復(fù)定位精度不受工作載荷變化的影響，故通常用度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。因重復(fù)定位精度不受工作載荷變化的影響，故通常用重復(fù)定位精度這一指標作為衡量示教重復(fù)定位精度這一指標作為衡量示教再現(xiàn)工業(yè)機器人水平的重要指再現(xiàn)工業(yè)機器人水平的重要指標。標

32、。第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 1.2.2工業(yè)機器人技術(shù)參數(shù)工業(yè)機器人技術(shù)參數(shù)作業(yè)范圍作業(yè)范圍機器人運動時手臂末端或手腕中心所能到達的位置點的集合。作業(yè)范機器人運動時手臂末端或手腕中心所能到達的位置點的集合。作業(yè)范圍的大小不僅與機器人各連桿的尺寸有關(guān)，而且與機器人的總體結(jié)構(gòu)圍的大小不僅與機器人各連桿的尺寸有關(guān)，而且與機器人的總體結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。形式有關(guān)。作業(yè)范圍的形狀和大小是十分重要的，機器人在執(zhí)行某作業(yè)時可能會作業(yè)范圍的形狀和大小是十分重要的，機器人在執(zhí)行某作業(yè)時可能會因存在手部不能到達的盲區(qū)而不能完成任務(wù)。因此在選擇機器人執(zhí)行因存在手部不能到達的盲區(qū)而不能完成任務(wù)。因此在選擇

33、機器人執(zhí)行任務(wù)時，一定要合理選擇符合當前作業(yè)范圍的機器人。任務(wù)時，一定要合理選擇符合當前作業(yè)范圍的機器人。運動速度運動速度運動速度影響機器人的工作效率和運動周期，它與機器人所提取的運動速度影響機器人的工作效率和運動周期，它與機器人所提取的重力和位置精度均有密切的關(guān)系。運動速度高，機器人所承受的動載重力和位置精度均有密切的關(guān)系。運動速度高，機器人所承受的動載荷增大，必將承受著加減速時較大的慣性力，影響機器人的工作平穩(wěn)荷增大，必將承受著加減速時較大的慣性力，影響機器人的工作平穩(wěn)性和位置精度。就目前的技術(shù)水平而言，通用機器人的最大直線運動性和位置精度。就目前的技術(shù)水平而言，通用機器人的最大直線運動速

34、度大多在速度大多在1000 mm/s1000 mm/s以下，最大回轉(zhuǎn)速度一般不超過以下，最大回轉(zhuǎn)速度一般不超過120120/s /s。第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 1.2.2工業(yè)機器人技術(shù)參數(shù)工業(yè)機器人技術(shù)參數(shù)承載能力承載能力承載能力是指機器人在作業(yè)范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。承載能力是指機器人在作業(yè)范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。承載能力不僅取決于負載的質(zhì)量，而且與機器人運行的速度和加速度承載能力不僅取決于負載的質(zhì)量，而且與機器人運行的速度和加速度的大小和方向有關(guān)。的大小和方向有關(guān)。根據(jù)承載能力不同工業(yè)機器人大致分為：根據(jù)承載能力不同工業(yè)機器人大致分為：(1)

35、 (1) 微型機器人微型機器人承載能力為承載能力為1N1N以下；以下；(2) (2) 小型機器人小型機器人承載能力不超過承載能力不超過105N105N；(3) (3) 中型機器人中型機器人承載能力為承載能力為105106N105106N；(4) (4) 大型機器人承載能力為大型機器人承載能力為106107N106107N；(5) (5) 重型機器人重型機器人承載能力為承載能力為107N107N以上。以上。1. 1.3 3 工業(yè)機器人的分類及典型應(yīng)用工業(yè)機器人的分類及典型應(yīng)用第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 結(jié)構(gòu)特征劃分結(jié)構(gòu)特征劃分直角坐標機器人直角坐標機器人柱面坐標機器人柱面坐標機

36、器人極坐標機器人極坐標機器人工業(yè)機器人基本組成工業(yè)機器人基本組成工業(yè)機器人的種類很多，其功能、特征、驅(qū)動方式、應(yīng)工業(yè)機器人的種類很多，其功能、特征、驅(qū)動方式、應(yīng)用場合等參數(shù)不盡相同。目前，國際上還沒有形成機器人的統(tǒng)一劃分標準。用場合等參數(shù)不盡相同。目前，國際上還沒有形成機器人的統(tǒng)一劃分標準。從機器人的結(jié)構(gòu)特征、控制方式、驅(qū)動方式、應(yīng)用領(lǐng)域等幾個方面進行分類。從機器人的結(jié)構(gòu)特征、控制方式、驅(qū)動方式、應(yīng)用領(lǐng)域等幾個方面進行分類。多關(guān)節(jié)型機器人多關(guān)節(jié)型機器人并聯(lián)并聯(lián)機器人機器人直角坐標機器人直角坐標機器人第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 直角坐標機器人是指在工業(yè)應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的

37、、可重復(fù)編程的、在空間直角坐標機器人是指在工業(yè)應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的、可重復(fù)編程的、在空間上具有相互垂直關(guān)系的三個獨立自由度的多用途機器人上具有相互垂直關(guān)系的三個獨立自由度的多用途機器人。機器人在空間坐標系中有三個相互垂直的移動關(guān)節(jié)機器人在空間坐標系中有三個相互垂直的移動關(guān)節(jié)X/Y/ZX/Y/Z，每個關(guān)節(jié)都可以在獨立的方，每個關(guān)節(jié)都可以在獨立的方向移動。特點是直線運動、其控制簡單。缺點是靈活性較差，自身占據(jù)空間較大。向移動。特點是直線運動、其控制簡單。缺點是靈活性較差，自身占據(jù)空間較大。直角坐標機器人可以非常方便的用于各種自動化生產(chǎn)線中，可以完成諸如焊接、搬運直角坐標機器人可以非常方便的用

38、于各種自動化生產(chǎn)線中，可以完成諸如焊接、搬運、上下料、包裝、碼垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼、噴涂、目標、上下料、包裝、碼垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼、噴涂、目標跟隨、排爆等一系列工作。跟隨、排爆等一系列工作。柱面坐標機器人柱面坐標機器人第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 柱面坐標機器人是指軸能夠形成圓柱坐標系的機器人。其結(jié)構(gòu)主要由一個旋轉(zhuǎn)機座柱面坐標機器人是指軸能夠形成圓柱坐標系的機器人。其結(jié)構(gòu)主要由一個旋轉(zhuǎn)機座形成的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和垂直、水平移動的兩個移動關(guān)節(jié)構(gòu)成。柱面坐標機器人末端執(zhí)行形成的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和垂直、水平移動的兩個移動關(guān)節(jié)構(gòu)成。柱面坐標機器人末端執(zhí)

39、行器的姿態(tài)由（器的姿態(tài)由（z z、r r、）決定。）決定。柱面坐標機器人具有空間結(jié)構(gòu)小，工作范圍大，末端執(zhí)行器速度高、控制簡單、運動柱面坐標機器人具有空間結(jié)構(gòu)小，工作范圍大，末端執(zhí)行器速度高、控制簡單、運動靈活等優(yōu)點。缺點在于工作時，必須有沿靈活等優(yōu)點。缺點在于工作時，必須有沿r r軸線前后方向的移動空間，空間利用率低。軸線前后方向的移動空間，空間利用率低。目前，圓柱坐標機器人主要用于重物的裝卸、搬用等工作作業(yè)。著名的目前，圓柱坐標機器人主要用于重物的裝卸、搬用等工作作業(yè)。著名的VersatranVersatran機器機器人就是一種典型的柱面坐標機器人。人就是一種典型的柱面坐標機器人。極坐標機

40、器人極坐標機器人第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 極坐標型機器人一般由兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)構(gòu)成，其軸線按極坐標配置，極坐標型機器人一般由兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)構(gòu)成，其軸線按極坐標配置，R R為移動坐標，為移動坐標，是手臂在鉛垂面內(nèi)的擺動角，是手臂在鉛垂面內(nèi)的擺動角，是繞手臂支撐底座垂直的轉(zhuǎn)動角。是繞手臂支撐底座垂直的轉(zhuǎn)動角。這種機器人運動所形成的軌跡表面是半球面，所以又稱為球坐標型機器人。這種機器人運動所形成的軌跡表面是半球面，所以又稱為球坐標型機器人。坐標機器人同樣占用空間小，操作靈活且范圍大，但運動學模型較復(fù)雜，難以控制。坐標機器人同樣占用空間小，操作靈活且范圍大，但

41、運動學模型較復(fù)雜，難以控制。多關(guān)節(jié)型機器人多關(guān)節(jié)型機器人第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 關(guān)節(jié)機器人，也稱關(guān)節(jié)手臂機器人或關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)機器人，也稱關(guān)節(jié)手臂機器人或關(guān)節(jié)機械手臂機械手臂，是當今工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣，是當今工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的一種機器人。多關(guān)節(jié)型機器人按照關(guān)節(jié)的構(gòu)型又可分為垂直多關(guān)節(jié)型和水平多泛的一種機器人。多關(guān)節(jié)型機器人按照關(guān)節(jié)的構(gòu)型又可分為垂直多關(guān)節(jié)型和水平多關(guān)節(jié)型機器人。關(guān)節(jié)型機器人。坐標機器人同樣占用空間小，操作靈活且范圍大，但運動學模型較復(fù)雜，難以控制。坐標機器人同樣占用空間小，操作靈活且范圍大，但運動學模型較復(fù)雜，難以控制。機器人由多個旋轉(zhuǎn)和擺動關(guān)節(jié)組成，其

42、結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間大、動作接近人類，工作機器人由多個旋轉(zhuǎn)和擺動關(guān)節(jié)組成，其結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間大、動作接近人類，工作時能繞過機座周圍的一些障礙物，對裝配、噴涂、焊接等多種作業(yè)都有良好的適應(yīng)性時能繞過機座周圍的一些障礙物，對裝配、噴涂、焊接等多種作業(yè)都有良好的適應(yīng)性，且適合電機驅(qū)動，關(guān)節(jié)密封、防塵比較容易。，且適合電機驅(qū)動，關(guān)節(jié)密封、防塵比較容易。目前，瑞士目前，瑞士ABBABB、德國、德國KUKAKUKA、日本安川、國內(nèi)的一些公司都在推出這類產(chǎn)品。、日本安川、國內(nèi)的一些公司都在推出這類產(chǎn)品。水平多關(guān)節(jié)機器人，也稱水平多關(guān)節(jié)機器人，也稱SCARASCARA（Selective Copmliance

43、 Assembly Robot ArmSelective Copmliance Assembly Robot Arm）。）。 多關(guān)節(jié)型機器人多關(guān)節(jié)型機器人第第1 1章章 工業(yè)機器人概論工業(yè)機器人概論 關(guān)節(jié)機器人，也稱關(guān)節(jié)手臂機器人或關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)機器人，也稱關(guān)節(jié)手臂機器人或關(guān)節(jié)機械手臂機械手臂，是當今工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣，是當今工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的一種機器人。多關(guān)節(jié)型機器人按照關(guān)節(jié)的構(gòu)型又可分為垂直多關(guān)節(jié)型和水平多泛的一種機器人。多關(guān)節(jié)型機器人按照關(guān)節(jié)的構(gòu)型又可分為垂直多關(guān)節(jié)型和水平多關(guān)節(jié)型機器人。關(guān)節(jié)型機器人。坐標機器人同樣占用空間小，操作靈活且范圍大，但運動學模型較復(fù)雜，難以控制。坐標機器人同樣占用空間小，操作靈活且范圍大，但運動學模型較復(fù)雜，難以控制。機器人由多個旋轉(zhuǎn)和擺動關(guān)節(jié)組成，其結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間大、動作接近人類，工作機器人由多個