工業(yè)機器人的結構及技術參數(shù)演示

（優(yōu)選）工業(yè)機器人的結構及技術參數(shù)當前第1頁\共有51頁\編于星期日\22點機器人系統(tǒng)組成人機交互系統(tǒng)控制系統(tǒng)驅動系統(tǒng)機械機構系統(tǒng)機器人－環(huán)境交互系統(tǒng)感受系統(tǒng)當前第2頁\共有51頁\編于星期日\22點概念：要使機器人運行起來,需給各個關節(jié)即每個運動自由度安置傳動裝置1、驅動系統(tǒng)作用：提供機器人各部位、各關節(jié)動作的原動力

驅動系統(tǒng)可以是液壓傳動、氣動傳動、電動傳動,或者把它們結合起來應用的綜合系統(tǒng);可以是直接驅動或者是通過同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機械傳動機構進行間接驅動。當前第3頁\共有51頁\編于星期日\22點當前第4頁\共有51頁\編于星期日\22點2、機械結構系統(tǒng)機身部分機身部分：如同機床的床身結構一樣，機器人機身構成機器人的基礎支撐。有的機身底部安裝有機器人行走機構；有的機身可以繞軸線回轉，構成機器人的腰。手臂部分手臂部分：分為大臂、小臂和手腕，完成各種動作。末端操作器末端操作器：可以是擬人的手掌和手指，也可以是各種作業(yè)工具，如焊槍、噴漆槍等。關節(jié)關節(jié)：分為滑動關節(jié)和轉動關節(jié)。實現(xiàn)機身、手臂各部分、末端操作器之間的相對運動。當前第5頁\共有51頁\編于星期日\22點3、感受系統(tǒng)1感受系統(tǒng)由內部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成,用以獲取內部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。2智能傳感器的使用提高了機器人的機動性、適應性和智能化的水準。3對于一些特殊的信息,傳感器比人類的感受系統(tǒng)更有效。當前第6頁\共有51頁\編于星期日\22點1、機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)是實現(xiàn)工業(yè)機器人與外部環(huán)境中的設備相互聯(lián)系和協(xié)調的系統(tǒng)。2、工業(yè)機器人與外部設備集成為一個功能單元如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等。也可以是多臺機器人、多臺機床或設備、多個零件存儲裝置等集成為一個去執(zhí)行復雜任務的功能單元。4、機器人－環(huán)境交互系統(tǒng)當前第7頁\共有51頁\編于星期日\22點5、人機交互系統(tǒng)

人機交互系統(tǒng)是使操作人員參與機器人控制并與機器人進行聯(lián)系的裝置。該系統(tǒng)歸納起來分為兩大類:指令給定裝置和信息顯示裝置。當前第8頁\共有51頁\編于星期日\22點6、控制系統(tǒng)是根據(jù)程序和反饋信息控制機器人動作的中心。分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。當前第9頁\共有51頁\編于星期日\22點機器人工作原理

機器人的基本工作原理是示教再現(xiàn)；示教也稱導引，即由用戶導引機器人，一步步按實際任務操作一遍，機器人在導引過程中自動記憶示教的每個動作的位置、姿態(tài)、運動參數(shù)＼工藝參數(shù)等，并自動生成一個連續(xù)執(zhí)行全部操作的程序。完成示教后，只需給機器人一個啟動命令，機器人將精確地按示教動作，一步步完成全部操作；當前第10頁\共有51頁\編于星期日\22點當前第11頁\共有51頁\編于星期日\22點自由度（Degreeoffreedom）：或者稱坐標軸數(shù)，是指描述物體運動所需要的獨立坐標數(shù)。手指的開、合，以及手指關節(jié)的自由度一般不包括在內。

冗余自由度機器人

利用冗余自由度可以增加機器人的靈活性、躲避障礙物和改善動力性能。人的手臂(大臂、小臂、手腕)共有七個自由度,所以工作起來很靈巧,手部可回避障礙而從不同方向到達同一個目的點。

當前第12頁\共有51頁\編于星期日\22點2．工作精度可以用精密度、正確度、和準確度三個參數(shù)來衡量。包括定位精度和重復定位精度。定位精度（Positioningaccuracy）：指機器人末端參考點實際到達的位置與所需要到達的理想位置之間的差距。重復性（Repeatability）或重復精度：指機器人重復到達某一目標位置的差異程度?；蛟谙嗤奈恢弥噶钕拢瑱C器人連續(xù)重復若干次其位置的分散情況。它是衡量一列誤差值的密集程度，即重復度。oo當前第13頁\共有51頁\編于星期日\22點3．工作范圍:指機器人末端操作器所能到達的區(qū)域。工作空間（Workingspace）：機器人手腕參考點或末端操作器安裝點（不包括末端操作器）所能到達的所有空間區(qū)域，一般不包括末端操作器本身所能到達的區(qū)域。當前第14頁\共有51頁\編于星期日\22點4．工作速度：指機器人各個方向的移動速度或轉動速度。這些速度可以相同，可以不同。當前第15頁\共有51頁\編于星期日\22點5．承載能力：

指機器人在工作范圍內的任何位姿上所能承受的最大質量。表1.3PUMA562機器人的主要技術參數(shù)

圖1.17PUMA562工業(yè)機器人

當前第16頁\共有51頁\編于星期日\22點工業(yè)機器人的驅動與傳動系統(tǒng)結構在機器人機械系統(tǒng)中，驅動器通過聯(lián)軸器帶動傳動裝置(一般為減速器)，再通過關節(jié)軸帶動桿件運動。機器人一般有兩種運動關節(jié)——轉動關節(jié)和移(直)動關節(jié)。為了進行位置和速度控制，驅動系統(tǒng)中還包括位置和速度檢測元件。檢測元件類型很多，但都要求有合適的精度、連接方式以及有利于控制的輸出方式。對于伺服電機驅動，檢測元件常與電機直接相聯(lián)；對于液壓驅動，則常通過聯(lián)軸器或銷軸與被驅動的桿件相聯(lián)。驅動—傳動系統(tǒng)的構成當前第17頁\共有51頁\編于星期日\22點1．電動驅動器

電動驅動器的能源簡單，速度變化范圍大，效率高，速度和位置精度都很高。但它們多與減速裝置相聯(lián)，直接驅動比較困難。電動驅動器又可分為直流(DC)、交流(AC)伺服電機驅動和步進電機驅動。直流伺服電機有很多優(yōu)點，但它的電刷易磨損，且易形成火花。隨著技術的進步，近年來交流伺服電機正逐漸取代直流伺服電機而成為機器人的主要驅動器。步進電機驅動多為開環(huán)控制，控制簡單但功率不大，多用于低精度小功率機器人系統(tǒng)。驅動器的類型和特點當前第18頁\共有51頁\編于星期日\22點當前第19頁\共有51頁\編于星期日\22點2.液壓驅動器

液壓驅動的優(yōu)點是功率大，可省去減速裝置而直接與被驅動的桿件相連，結構緊湊，剛度好，響應快，伺服驅動具有較高的精度。但需要增設液壓源，易產生液體泄漏，不適合高、低溫場合，故液壓驅動目前多用于特大功率的機器人系統(tǒng)。

當前第20頁\共有51頁\編于星期日\22點3．氣動驅動器氣壓驅動的結構簡單，清潔，動作靈敏，具有緩沖作用。但與液壓驅動器相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高的點位控制機器人。

當前第21頁\共有51頁\編于星期日\22點１．液壓驅動優(yōu)點：1)液壓容易達到較高的壓力(常用液壓為2.5~6.3MPa)，體積較小，可以獲得較大的推力或轉矩；2)液壓系統(tǒng)介質的可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，并可得到較高的位置精度；3)液壓傳動中，力、速度和方向比較容易實現(xiàn)自動控制；4)液壓系統(tǒng)采用油作介質，具有防銹性和自潤滑性能，可以提高機械效率，使用壽命長。當前第22頁\共有51頁\編于星期日\22點１．液壓驅動液壓傳動系統(tǒng)的不足：1)油液的粘度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起燃燒爆炸等危險；2)液體的泄漏難于克服，要求液壓元件有較高的精度和質量，故造價較高；3)需要相應的供油系統(tǒng)，尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴格的濾油裝置，否則會引起故障。當前第23頁\共有51頁\編于星期日\22點２．氣壓驅動與液壓驅動相比，氣壓驅動的特點：1)壓縮空氣粘度小，容易達到高速(1m/s)；2)利用工廠集中的空氣壓縮機站供氣，不必添加動力設備；3)空氣介質對環(huán)境無污染，使用安全，可直接應用于高溫作業(yè)；4)氣動元件工作壓力低，故制造要求比液壓元件低。當前第24頁\共有51頁\編于星期日\22點２．氣壓驅動不足：1)壓縮空氣常用壓力為0.4~0.6MPa，若要獲得較大的力，其結構就要相對增大；2)空氣壓縮性大，工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達到準確的位置控制很困難；3)壓縮空氣的除水問題是一個很重要的問題，處理不當會使鋼類零件生銹，導致機器人失靈。此外，排氣還會造成噪聲污染。當前第25頁\共有51頁\編于星期日\22點３．電動機驅動電動機驅動分為普通交流電動機驅動，交、直流伺服電動機和步進電動機驅動。

普通交、直流電動機驅動需要加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機器人。

伺服電動機和步進電動機輸出力矩相對小，控制性能好，可實現(xiàn)速度和位置的精確控制，適用于中小型機器人。交、直流伺服電動機一般用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，而步進電動機則主要用于開換控制系統(tǒng)，一般用于速度和位置精度要求不高的場合。當前第26頁\共有51頁\編于星期日\22點

如何選取驅動器

驅動器的選擇應以作業(yè)要求、生產環(huán)境為先決條件，以價格高低、技術水平為評價標準。一般說來，目前負荷為100kg以下的,可優(yōu)先考慮電動驅動器；只須點位控制且功率較小者，可采用氣動驅動器；負荷較大或機器人周圍已有液壓源的場合，可采用液壓驅動器。對于驅動器來說，最重要的是要求起動力矩大，調速范圍寬，慣量小，尺寸小，同時還要有性能好的、與之配套的數(shù)字控制系統(tǒng)。當前第27頁\共有51頁\編于星期日\22點制動器許多機器人的機械臂都需要在各關節(jié)處安裝制動器，其作用是：在機器人停止工作時，保持機械臂的位置不變；在電源發(fā)生故障時，保護機械臂和它周圍的物體不發(fā)生碰撞。制動器通常是按照失效抱閘方式工作的，即要放松制動器就必須接通電源，否則，各關節(jié)不能產生相對運動。它的主要目的是在電源出現(xiàn)故障時起保護作用。缺點是：工作期間不斷花費電力使制動器放松。當前第28頁\共有51頁\編于星期日\22點機器人手部分類功能形態(tài)工業(yè)機器人手部仿人機器人手部握持原理夾鉗式吸附式手指傳動機構V型指平面指尖指特形指回轉型平移型平面平移直線往復磁吸氣吸真空吸負壓吸擠壓吸當前第29頁\共有51頁\編于星期日\22點機械手的坐標形式1.直角坐標／笛卡兒坐標／臺架型(3P)優(yōu)點：很容易通過計算機控制實現(xiàn)，容易達到高精度。缺點：妨礙工作,且占地面積大,運動速度低,密封性不好。直角坐標機器人的工作空間示意圖

當前第30頁\共有51頁\編于星期日\22點2.圓柱坐標型(R2P)

優(yōu)點：且計算簡單;直線部分可采用液壓驅動,可輸出較大的動力;能夠伸入型腔式機器內部。缺點：它的手臂可以到達的空間受到限制,不能到達近立柱或近地面的空間;直線驅動部分難以密封、防塵;后臂工作時,手臂后端會碰到工作范圍內的其它物體。當前第31頁\共有51頁\編于星期日\22點3.球坐標型(2RP)特點：中心支架附近的工作范圍大,兩個轉動驅動裝置容易密封,覆蓋工作空間較大。但該坐標復雜,難于控制,且直線驅動裝置仍存在密封及工作死區(qū)的問題。當前第32頁\共有51頁\編于星期日\22點4.關節(jié)坐標型/擬人型(3R)關節(jié)機器人的關節(jié)全都是旋轉的,類似于人的手臂,工業(yè)機器人中最常見的結構。它的工作范圍較為復雜。關節(jié)型工業(yè)機器人當前第33頁\共有51頁\編于星期日\22點5.平面關節(jié)型SCARA機器人常用于裝配作業(yè),最顯著的特點是它們在x-y平面上的運動具有較大的柔性,而沿z軸具有很強的剛性,所以,它具有選擇性的柔性。這種機器人在裝配作業(yè)中獲得了較好的應用。平面關節(jié)機器人的工作空間

當前第34頁\共有51頁\編于星期日\22點小結工業(yè)機器人的幾種坐標形式關節(jié)坐標型平面關節(jié)型當前第35頁\共有51頁\編于星期日\22點注意：不同的書上，運動簡圖的符號表示可能不一樣。（a）表示手指（末端執(zhí)行器）；（b）表示垂直、升降運動；（c）表示水平伸縮運動；（d）表示回轉運動；（e）表示俯仰運動。附：工業(yè)機器人的結構機構運動簡圖當前第36頁\共有51頁\編于星期日\22點直角坐標式圓柱坐標式球坐標式當前第37頁\共有51頁\編于星期日\22點123456123456當前第38頁\共有51頁\編于星期日\22點關節(jié)坐標式（a）直接驅動型（b）平行連桿型（c）偏置型（d）平面型當前第39頁\共有51頁\編于星期日\22點機器人手部特點與分類手部特點：與手腕相連可拆卸，電、氣、液接口，根據(jù)對象不同可以方便拆卸更換；末端執(zhí)行器，手，爪，工具；通用性差，專用裝置，某類工件某項作業(yè)任務；獨立部件，機身、手臂和手部，完成作業(yè)好壞以及柔性作業(yè)好壞的關鍵部件；當前第40頁\共有51頁\編于星期日\22點機器人的手部是是最重要的執(zhí)行機構，從功能和形態(tài)上看，它可分為工業(yè)機器人的手部和仿人機器人的手部。常用的手部按其握持原理可以分為夾持類和吸附類兩大類。當前第41頁\共有51頁\編于星期日\22點（一）夾鉗式手部常用形式，由手指（手爪）、驅動裝置、傳動機構和承接支架組成，通過手爪開閉動作實現(xiàn)夾持；當前第42頁\共有51頁\編于星期日\22點手指直接與物件接觸，張開與閉合實現(xiàn)了對物件的松開和夾緊；適當?shù)拈_閉范圍，足夠握力，相應精度；通常兩個手指，或三個，結構形式取決于被夾持工件的形狀和特性；V形指：圓柱形，平面指：方形工件；尖指：小型或柔性工件；專用：形狀不規(guī)則工件；當前第43頁\共有51頁\編于星期日\22點手指面根據(jù)工件形狀、大小、及被夾持部位材質軟硬、表面性質不同，有光滑值面、齒形指面和柔性指面；光滑指面：指面平整光滑，已加工表面受損齒形指面：指面有齒紋，毛坯或半成品，增加摩擦力，確保夾緊可靠；柔性指面：指面鑲襯橡膠、泡沫、石棉等，夾持已加工表面、熾熱件，或薄壁件或脆性工件，增加摩擦，保護工件表面，隔熱等；當前第44頁\共有51頁\編于星期日\22點（二）吸附式手部依靠吸附力取料，分氣吸附和磁吸附兩種，適用于爪取大平面、易碎、微小物體；氣吸式手部是常用的一種吸持式裝置，利用吸盤內壓力和大氣壓力差工作，由吸盤、吸盤架及進排氣系統(tǒng)組成，結構簡單、重量輕、使用方便；應用于非金屬材料（板材、紙張、玻璃等）或不可有剩磁的材料吸附；要求物體表面平整光滑，無透氣空隙；形成壓力差方式：真空吸附、氣流負壓吸附、擠壓吸附；當前第45頁\共有51頁\編于星期日\