工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用 課件 任務(wù)5 工業(yè)機(jī)器人本體

工業(yè)機(jī)器人本體學(xué)習(xí)任務(wù)LEARNINGTASKS01機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)機(jī)器人本體的線路連接0201機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)01機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)機(jī)器人本體機(jī)器人及本體并聯(lián)機(jī)器人水平關(guān)節(jié)機(jī)器人六軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人01機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)1、機(jī)械臂機(jī)械臂是工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械主體，是用來(lái)完成各種作業(yè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如右圖所示,該圖為6個(gè)自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人的基本構(gòu)造，具體各關(guān)節(jié)如下一頁(yè)圖片所示。為適應(yīng)不同的用途，機(jī)器人本體最后一個(gè)軸的接口通常為一個(gè)法蘭，可以安裝不同的操作裝置（習(xí)慣上稱末端執(zhí)行器），如夾緊爪、吸盤(pán)、焊槍等。(一)軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人

01機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂是由關(guān)節(jié)連在一起的許多機(jī)械連桿的集合體。它的每一個(gè)關(guān)節(jié)均采用1個(gè)交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。關(guān)節(jié)通常是移動(dòng)關(guān)節(jié)和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。移動(dòng)關(guān)節(jié)允許連桿作直線移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)僅允許連桿之間發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由關(guān)節(jié)-連桿結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的機(jī)械臂大體可分為基座、腰部、臂部（大臂和小臂）和手腕4個(gè)部分，由4個(gè)獨(dú)立旋轉(zhuǎn)“關(guān)節(jié)”（腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)）串聯(lián)而成。軸1軸2軸3軸4軸5軸601機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)（1）基座?；菣C(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起支撐作用。整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置都安裝在基座上。對(duì)固定式機(jī)器人，直接連接在地面基礎(chǔ)上；對(duì)移動(dòng)式機(jī)器人，則安裝在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，可分為有軌和無(wú)軌兩種。（2）腰部。腰部是機(jī)器人手臂的支撐部分。根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系的不同，腰部可以在基座上轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以和基座制成一體。有時(shí)腰部也可以通過(guò)導(dǎo)桿或?qū)Р墼诨弦苿?dòng)，從而增大工作空間。（3）臂部。有大臂和小臂，手臂是連接機(jī)身和手腕的部分，由機(jī)械臂的動(dòng)力關(guān)節(jié)和連接桿件等構(gòu)成。它是執(zhí)行結(jié)構(gòu)中的主要運(yùn)動(dòng)部件，也稱主軸，主要用于改變手腕和末端執(zhí)行器的空間位置，滿足機(jī)器人的作業(yè)空間，并將各種載荷傳遞到基座。（4）手腕。手腕是連接末端執(zhí)行器和手臂的部分，將作業(yè)載荷傳遞到臂部，也稱次軸，主要用于改變末端執(zhí)行器的空間姿態(tài)。01機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)2、驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置是驅(qū)使工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的裝置。按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)，借助于動(dòng)力元件使機(jī)器人產(chǎn)生動(dòng)作。工業(yè)機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)三種類(lèi)型。目前除了個(gè)別精度要求不高，重負(fù)或有防爆要求的機(jī)器人采用液壓、氣壓驅(qū)動(dòng)以外，工業(yè)機(jī)器人大多都是采用電氣驅(qū)動(dòng)，而其中交流伺服電機(jī)用的最廣，而且一般都是每個(gè)關(guān)節(jié)由一個(gè)驅(qū)動(dòng)獨(dú)立控制。1.減速機(jī)2.伺服電機(jī)3.伺服驅(qū)動(dòng)器4.機(jī)器人控制器01機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)（1）伺服電機(jī)伺服電機(jī)是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可控制速度，通過(guò)控制速度來(lái)控制位置精度，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。伺服電機(jī)可分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi)，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。伺服電機(jī)外形伺服電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)01機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)（2）伺服驅(qū)動(dòng)器伺服驅(qū)動(dòng)器又稱為伺服控制器、伺服放大器，是用來(lái)控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類(lèi)似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。01機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)伺服驅(qū)動(dòng)器是現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人及數(shù)控加工中心等自動(dòng)化設(shè)備中。尤其是應(yīng)用于控制交流永磁同步電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設(shè)計(jì)合理與否，對(duì)于整個(gè)伺服控制系統(tǒng)，特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用。01機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)

驅(qū)動(dòng)裝置的受控運(yùn)動(dòng)必須通過(guò)傳動(dòng)單元帶動(dòng)機(jī)械臂產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，以精確的保證末端執(zhí)行器所要求的位置、姿態(tài)和實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)。目前工業(yè)機(jī)器人廣泛采用的機(jī)械傳動(dòng)單元是減速機(jī)，關(guān)節(jié)減速機(jī)要求具有傳動(dòng)鏈短、體積小、功率大、質(zhì)量輕和易于控制等特點(diǎn)。精密減速機(jī)使機(jī)器人伺服電機(jī)在一個(gè)合適的速度下運(yùn)轉(zhuǎn)，并精確地將轉(zhuǎn)速降到工業(yè)機(jī)器人各部位所需要的速度，在提高機(jī)械本體剛性的同時(shí)輸出更大的轉(zhuǎn)矩。大量用在關(guān)節(jié)型機(jī)器人上的減速機(jī)主要有兩類(lèi)：諧波減速機(jī)和RV減速機(jī)。一般將諧波減速機(jī)放在手臂、腕部或手部等輕負(fù)載位置（20kg以下機(jī)器人關(guān)節(jié)）；而將RV減速機(jī)放置在基座、腰部、大臂等重負(fù)載位置（20kg以上機(jī)器人關(guān)節(jié)）。此外，機(jī)器人還采用齒輪傳動(dòng)、鏈條（帶）傳動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)單元等。（3）傳動(dòng)單元01機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)①諧波減速機(jī)諧波減速機(jī)主要由諧波發(fā)生器、柔性齒輪和剛性齒輪三個(gè)基本構(gòu)件組成，諧波傳動(dòng)減速器，是一種靠波發(fā)生器使柔性齒輪產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛性齒輪相嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的齒輪傳動(dòng)。諧波齒輪傳動(dòng)減速器是利用行星齒輪傳動(dòng)原理發(fā)展起來(lái)的一種新型減速器，諧波齒輪傳動(dòng)簡(jiǎn)稱為諧波傳動(dòng)。②RV減速機(jī)RV減速機(jī)主要由擺線針輪和行星支架組成。RV傳動(dòng)是新興起的一種傳動(dòng)，它是在傳統(tǒng)針擺行星傳動(dòng)的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的，不僅克服了一般針擺傳動(dòng)的缺點(diǎn)，而且以其體積小，抗沖擊力強(qiáng)，扭矩大，定位精度高，振動(dòng)小，減速比大等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、機(jī)床、醫(yī)療檢測(cè)設(shè)備、衛(wèi)星接收系統(tǒng)等領(lǐng)域。01機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)與諧波傳動(dòng)相比，RV傳動(dòng)具有較高的疲勞強(qiáng)度和剛度以及較長(zhǎng)的壽命，而且回差精度穩(wěn)定，不像諧波傳動(dòng)，隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)精度就會(huì)顯著降低，故高精度機(jī)器人傳動(dòng)多采用RV減速器，且有逐漸取代諧波減速器的趨勢(shì)。諧波減速機(jī)RV減速機(jī)01機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)四軸機(jī)器人，小型裝配機(jī)器人中，“四軸SCARA機(jī)器人”是指“選擇性裝配關(guān)節(jié)機(jī)器臂”，即四軸機(jī)器人的手臂部分可以在一個(gè)幾何平面內(nèi)自由移動(dòng)。SCARA機(jī)器人有3個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，前兩個(gè)關(guān)節(jié)可以在水平面上左右自由旋轉(zhuǎn)。第三個(gè)關(guān)節(jié)由一個(gè)稱為羽毛（quill）的金屬桿和夾持器組成。該金屬桿可以在垂直平面內(nèi)向上和向下移動(dòng)或圍繞其垂直軸旋轉(zhuǎn)，但不能傾斜。這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)使四軸機(jī)器人具有很強(qiáng)的剛性，從而使它們能夠勝任高速和高重復(fù)性的工作。在包裝應(yīng)用中，四軸機(jī)器人擅長(zhǎng)高速取放和其他材料處理任務(wù)。例如，快速將一件小物件從一條輸送帶移動(dòng)到另一條輸送帶上并排列好。(二)水平關(guān)節(jié)機(jī)器人01機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)并聯(lián)機(jī)器人如右圖所示，它是一個(gè)封閉的運(yùn)動(dòng)鏈，并聯(lián)機(jī)構(gòu)(ParallelMechanism，簡(jiǎn)稱PM)，可以定義為動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)通過(guò)至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相連接，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的一種閉環(huán)機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)器人主要的結(jié)構(gòu)包括機(jī)座、大臂、小臂、電機(jī)和抓手安裝法蘭。(三)并聯(lián)關(guān)節(jié)機(jī)器人01機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)并聯(lián)機(jī)器人和傳統(tǒng)工業(yè)用串聯(lián)機(jī)器人在應(yīng)用上構(gòu)成互補(bǔ)關(guān)系，它是一個(gè)封閉的運(yùn)動(dòng)鏈，和串聯(lián)機(jī)器人相比較，并聯(lián)機(jī)器人具有以下特點(diǎn)：（1）不易有動(dòng)態(tài)誤差，無(wú)累積誤差，精度較高。（2）運(yùn)動(dòng)慣性小。（3）結(jié)構(gòu)緊湊穩(wěn)定，輸出軸大部份承受軸向應(yīng)力，機(jī)器剛性高，承載能力大。（4）為熱對(duì)稱性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，熱變形量較小。01機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)（5）在位置求解上，串聯(lián)機(jī)構(gòu)正解容易，反解困難，而并聯(lián)機(jī)構(gòu)正解困難，

反解容易。（6）工作空間較小。（7）驅(qū)動(dòng)裝置可置于定平臺(tái)上或接近定平臺(tái)的位置，這樣運(yùn)動(dòng)部分重量輕，速度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。（8）完全對(duì)稱的并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有較好的各向同性。根據(jù)這些特點(diǎn)，并聯(lián)機(jī)器人在需要高剛度、高精度、大荷重、工作空間精簡(jiǎn)的領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，尤其在拾取分揀領(lǐng)域。02機(jī)器人的線路連接02機(jī)器人的線路連接機(jī)器人的線路連接機(jī)器人的線路連接機(jī)器人電源的連接機(jī)器人本體與控制柜連接02機(jī)器人的線路連接

1、機(jī)器人本體與控制柜之間需要連接兩條電纜：動(dòng)力電纜、SMB電纜動(dòng)力電纜

SMB電纜(一)機(jī)器人本體與控制柜連接02機(jī)器人的線路連接

2、機(jī)器人本體與控制柜之間的連接（1）將標(biāo)注為R1.MP的動(dòng)力電纜插頭接入對(duì)應(yīng)機(jī)器人本體底座的插頭上。動(dòng)力電纜接入機(jī)器人本體02機(jī)器人的線路連接（2）將SMB電纜（彎頭）接頭插入到機(jī)器人本體底座SMB端口。SMB電纜接入機(jī)器人本體02機(jī)