工业机器人资料

1、Artificial Intelligence and Robotics 1 山东大学创新教育通识核心课程山东大学创新教育通识核心课程 人工智能与机器人人工智能与机器人 山东大学山东大学Artificial Intelligence and Robotics Artificial Intelligence and Robotics 2第第 十章十章 工业机器人工业机器人Artificial Intelligence and Robotics Artificial Intelligence and Robotics 3o 第第 十章十章 工业机器人工业机器人Artificial Intellig

2、ence and Robotics 3p 10.1 工业机器人定义及特点工业机器人定义及特点p 10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数p 10.3 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 p 10.4 工业机器人操作机机构工业机器人操作机机构p 10.5 工业机器人的工业机器人的控制技术控制技术p 10.6 各类工业机器人介绍各类工业机器人介绍Artificial Intelligence and Robotics 4o 第第 十章十章 机器人的分类机器人的分类Artificial Intelligence and Robotics 4 10.1 工业机器人定

3、义及特点工业机器人定义及特点p 10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数p 10.3 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 p 10.4 工业机器人操作机机构工业机器人操作机机构p 10.5 工业机器人的控制技术工业机器人的控制技术p 10.6 各类工业机器人介绍各类工业机器人介绍Artificial Intelligence and Robotics 5o 工业机器人工业机器人诞生于诞生于20世纪世纪60年代年代,在在20世纪世纪90年代得到迅速发展。它是综合了计算机、控制论、年代得到迅速发展。它是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生

4、学等多机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃、应用是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。它的出现是为了适应制造业规模日益广泛的领域。它的出现是为了适应制造业规模化生产化生产,解决单调、重复的体力劳动和提高生产质量解决单调、重复的体力劳动和提高生产质量而代替人工作业。而代替人工作业。 o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点10.1.1 10.1.1 工业机器人概述工业机器人概述Artificial Intelligence and Robotics 6o 工业机器人技术是综合了计算机、控制论、工业机器人技术是综

5、合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。工业机器人应用情况，是应用日益广泛的领域。工业机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。一个国家工业自动化水平的重要标志。 o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 7o 工业机器人技术涉及力学、机械学、电工业机器人技术涉及力学、机械学、电气液压技术、自控技术、传感技术和计算机气液压技术、

6、自控技术、传感技术和计算机技术等学科领域，是一门跨学科综合技术。技术等学科领域，是一门跨学科综合技术。而机器人机构学乃是机器人的主要基础理论而机器人机构学乃是机器人的主要基础理论和关键技术，也是现代机械原理研究的重要和关键技术，也是现代机械原理研究的重要内容内容。 o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 8o 美国机器人工协会提出的工业机器人定义美国机器人工协会提出的工业机器人定义为：为：“工业机器人是用来进行搬运材料、零件、工业机器人是用来进行搬运材料、零件、工具等可再编程的多功能机械手，或通过不同工具

7、等可再编程的多功能机械手，或通过不同程序的调用来完成各种工作任务的特种装置。程序的调用来完成各种工作任务的特种装置。”o 国际标准化（国际标准化（ISO）曾于）曾于1987年对工业机年对工业机器人给出了定义：器人给出了定义：“工业机器人是一种具有自工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能够完成各种作业动控制的操作和移动功能，能够完成各种作业的可编程操作机。的可编程操作机。”10.1.2 10.1.2 工业机器人的定义工业机器人的定义o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 9 （ISO8373ISO

8、8373）对工业）对工业机器人给出了定更具体机器人给出了定更具体的解释：的解释：“机器人具备自动控制及可在编程、机器人具备自动控制及可在编程、多用途功能，机器人操作机具有三个或三个以多用途功能，机器人操作机具有三个或三个以上的可编程轴，在工业自动化应用中，机器人上的可编程轴，在工业自动化应用中，机器人的底座可固定也可移动。的底座可固定也可移动。” o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 10o 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成

9、，是一种仿人操作、服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。的机电一体化自动化生产设备。o 特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 11 工业机器人最显著特点：工业机器人最显著特点： （1）可编程）可编程 （2）拟人化）拟人化 （3）通用性）通用性 （4）机电

10、一体化）机电一体化10.1.3 10.1.3 工业机器人的特点工业机器人的特点o10.1 工业机器人工业机器人的定义和特点的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 12o 工业机器人是一种可以搬运物料、零件、工具或完工业机器人是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用成多种操作功能的专用机械装置机械装置；由计算机控制，是；由计算机控制，是无人参与的自主自动化控制系统；他是无人参与的自主自动化控制系统；他是可编程、具有、具有柔性的自动化系统柔性的自动化系统，可以允许进行，可以允许进行人机联系人机联系。o 可以通俗的理解为可以通俗的理解为“机

11、器人是技术系统的一种类别，机器人是技术系统的一种类别，它能以其动作复现人的动作和职能；它与传统的自动它能以其动作复现人的动作和职能；它与传统的自动机的区别在于有更大的万能性和多目的用途，可以反机的区别在于有更大的万能性和多目的用途，可以反复调整以执行不同的功能。复调整以执行不同的功能。” o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 1310.1.4 工业机器人的发展与未来工业机器人的发展与未来 机器人作为现代制造业主要的自动化装备，已广泛应用于汽车、摩托车、工程机械、电子信息、家电、化工等行业，进行焊接、装配

12、、搬运、加工、喷涂、码垛等复杂作业。 国际上生产机器人的主要厂家有：日本的安川电机、OTC、川崎重工、松下、不二越、日立、法那克；欧洲的CLOOS（德国）、ABB（瑞典）、COMAU（意大利）、IGM（奥地利）、KUKA（德国）等。 o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 14o 未来发展：o 1.高性能性能：高速度、高精度、高可靠性高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修，单机价格不断下降。o 2.机械结构向模块化、可重构化发展机械结构向模块化、可重构化发展：例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三

13、位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问巿。 o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 15o 3.机器人本体结构更新加快本体结构更新加快：随着技术的进步，机器人本体结构近十年来发展变化很快。以安川MOTOMAN机器人产品为例，L系列机器人持续10年，K系列持续5年时间，SK系列持续3年时间，1998年底安川公司推出了最新的UP系列，其突出的特点是：大臂釆用新型的非平行四边形的单连杆机构，工作空间有所增加，本体自重进一步减少，变得更加轻巧 。o10.1 工业机器

14、人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 16o 4. 机器人控制系统向基于向基于PC机的开放型控制器机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧。o 安川公司的UP系列机器人釆用了新开发的控制器YASNAC XRC，主要特点是具有网络通信功能。目前，比较引人注目还有DENSO公司的“NetwoRC”（New Technology Worldwide Open Robot Controller）控制器，其特点是：釆用板卡式PC结构，约为台式PC大小；有3个ISA总线扩展槽，可安装Ethernet

15、卡、Device Net卡和图像处理卡；NetwoRC是开放式机器人控制器技术发展的典型代表。机器人控制网络化已成为发展趋势； o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 17o 5.机器人中的传感器作用日益重要机器人中的传感器作用日益重要，除釆用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则釆用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用； o 6.多传感系统多传感系统：为进一步提高机器人的

16、智能和适应性，多种多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。 o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 18o 7. 当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳（Sojanor）”机器人就是成功应用的最

17、着名实例； o * 8. 虚拟现实技术在机器人的作用已从仿真、预演发展从仿真、预演发展到用于过程控制，到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远程操作者产生置身于远程作业环境中的感觉来操纵机器人作业环境中的感觉来操纵机器人 ； 机器人化机械开始兴起。从1994年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。 o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 19o 9. 多智能体（多智能体（multi-agent）调控制技术）调控制技术：这是目前机器人研究的

18、一个崭新领域。主要对多机器人协作、多机器人通讯、多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。 o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 20o 10.微型和微小机器人技术微型和微小机器人技术（micro/miniature robotics）:这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微小微小型机器人技术的研究主要

19、集中在系统结构、运动方式、型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。o 11. 机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。 o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 21o 12. 软机器人技术软机器人技术（soft robotics）:主要用于医疗、护理、

20、休闲和娱乐场合。传统机器人设计未考虑与人与人紧密共处，紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。 o 13. 仿人和仿生技术仿人和仿生技术：这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究。比如：双足机器人、机器鱼、仿生恐龙、仿生蜻蜓等等。o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 22o 10.1.5 国内外机器人应用情况国内外机器人应用情况 o 1.日本日本 ： 全世界投入使用的机器人

21、数量近年来快速增加，目前，日本实际装配的机器人总量占世界总量的一半机器人总量占世界总量的一半。装配是日本机器人的最大应用领域，它拥有的机器人占总数的42%；焊接是应用的第二大领域，占机器人总数的19%；注塑是第三大应用领域，占机器人总数约12%，机加工次之为8%。o 日本在1967年由川崎重工业公司从美国Unimation公司引进机器人及其技术，1968年试制出第一台川崎的“尤尼曼特”机器人。80年代中期，日本机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位，成为“机器人王国”。 o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robot

22、ics 23o 2.美国美国 o 美国是机器人的诞生地，1962年研制出世界上第一台机器人，由于美国从60年代到70年代期间，只在几所大学和少数公司开展研究工作；70年代后期，美国在技术路线上仍把重点放在研究机器人软件及军事、宇宙、海洋、核仍把重点放在研究机器人软件及军事、宇宙、海洋、核工程等特殊领域的高级机器人的开发上工程等特殊领域的高级机器人的开发上，使日本的机器人后来居上。进入80年代后，美国开始研制带有视觉、力觉的第二代机器人，目前美国的机器人技术特点是：性能可靠，功能全面，精确度高；机器人语言类型多、应用广，水平高居世界之首；智能技术发展快，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工

23、业广泛应用；高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展迅速，在国际上处于领先地位。 o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 24o 3.德国德国o 德国机器人的总数占世界第三位。70年代中后期，政府在“改善劳动条件计划”中规定，对于一些有危险、对于一些有危险、有毒、有害的工作岗位，必须以机器人来代替人的劳动有毒、有害的工作岗位，必须以机器人来代替人的劳动。这个计划推动了机器人技术的发展。德国除了将机器人应用在汽车工业外，还在纺织工业使用机器人，使纺织业重新振兴。目前其智能机器人的研究和应用方面，在世界上

24、处于公认的领先地位。 o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 25o 4. 前苏联前苏联(主要是在俄罗斯)。o 机器人技术研究是从50年代后半期开始。1968年成功地试制出一台深水作业机器人深水作业机器人；1971年研制出工厂用的机器人；到1975年，已研制出30个型号的120台机器人。前苏联的机器人在数量、质量和技术水平上均处于世界前列地位。 o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 26o 5.中国中国o 中国在“

25、七五”计划中把机器人列为国家重点科研规划内容，在沈阳建立了全国第一个机器人研究示範工程，全面展开了机器人基础理论与基础元器件研究。十多年来，相继研制出示教再现型的搬搬运、点焊、弧焊、喷漆、装配等门类齐全的机器人运、点焊、弧焊、喷漆、装配等门类齐全的机器人及水下作业、军用和特种机器人。及水下作业、军用和特种机器人。中国自行研制的机器人喷漆流水线在长春第一汽车厂及东风汽车厂已投入运行。 o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 27o 目前，中国已开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人，其中有130多台/套

26、喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线。o 沈阳新松机器人自动化股份有限公司为上海汇众汽车制造有限公司设计制造12台弧焊机器人组成的焊接生产线，用于为上海汽车工业公司配套生产桑塔纳轿车转向器、减振器、别克轿车减振器等部件。 o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 28o 北京机械工业自动化研究所研制出大型龙门式仿形喷涂机器人，长春客车厂釆用该机器人对火车客车厢体进行喷漆，可以在20分钟内为一辆火车车厢喷上均匀的油漆，遇到车门和车窗时，喷枪

27、会立即停止喷漆。 o 哈尔滨工业大学历经二十余年的基础理论与应用研究，已开发管内补口喷涂作业机器人、激光内表面淬火机器人、管内管内X射线检测机器人射线检测机器人。这几种机器人已分别应用于“陕京”天然气管线工程X射线检测、上海浦东国际机场内防腐补口、大庆油田内防腐及抽油泵内表面处理等重要的管道工程。 o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 29o 中国智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了显着的成果。其中6,000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，该机器人在1995年深海试验获得成功，

28、使中国能够对大洋海底进行精确、高效、全覆盖的观察、测量、储存和进行实时传输，并能精确绘制深海矿区的二维、三维海底地形地貌图，推动了中国海洋科技的发展。o10.1 工业机器人的定义和特点工业机器人的定义和特点Artificial Intelligence and Robotics 30o 第第 十章十章 工业机器人工业机器人Artificial Intelligence and Robotics 30o 10.1 工业机器人定义及特点工业机器人定义及特点 10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数p 10.3 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 p 10.4 工

29、业机器人操作机机构工业机器人操作机机构p 10.5 工业机器人的控制技术工业机器人的控制技术p 10.6 各类工业机器人介绍各类工业机器人介绍Artificial Intelligence and Robotics 31o 工业机器人通常由执行机构、驱动传动机构、控制系统（含智能系统）三大部分组成。执行机构是机器人赖以完成各种作业的主体部分，通常为空间连杆机构。驱动传动装置由驱动器和传动机构组成，它们通常与执行机构联成一体。驱动传动装置有机械式、电气式、液压式、气动式和复合式等。控制系统一般由控制计算机和伺服控制器组成。智能系统则由感知系统和分析决策系统组成，它分别由传感器及软件来实现。 10

30、.2.1 10.2.1 工业机器人的组成工业机器人的组成o10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数Artificial Intelligence and Robotics 32o 主体主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有36个运动自由度，其中腕部通常有13个运动自由度；o 驱动驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；o 控制控制系统是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。o10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数Artificial Intellig

31、ence and Robotics 33工业机器人系统由三大部分六个子系统组成。工业机器人系统由三大部分六个子系统组成。 六六 个个 子子 系系 统统o10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数Artificial Intelligence and Robotics 34 机身机身 手臂手臂 末端操作器末端操作器 机械部分机械部分传感器部分传感器部分控制部分控制部分 机机 械械 结结 构构 三三 大大 件件 o10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数Artificial Intelligence and Robotics 35 一个工业机器人所

32、具有的功能在本质上是由其机械一个工业机器人所具有的功能在本质上是由其机械部分部分.传感部分传感部分.控制部分内部集成所决定的控制部分内部集成所决定的.但是但是,工业机工业机器人器人 的作业能力还决定于与外部环境的联系和配合的作业能力还决定于与外部环境的联系和配合,即工即工业机器人与环境的交互能力业机器人与环境的交互能力. 工业机器人与外部环境的交互包括工业机器人与外部环境的交互包括硬件环境硬件环境和和软件软件环境环境: (1)与硬件环境的交互主要是与外部设备的通信与硬件环境的交互主要是与外部设备的通信.工作工作域中障碍和自由空间的描述域中障碍和自由空间的描述.操作对象物的描述操作对象物的描述.

33、 (2)与软件环境的交互主要是与生产单元监控计算机与软件环境的交互主要是与生产单元监控计算机所提供的管理信息的通信所提供的管理信息的通信. o10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数Artificial Intelligence and Robotics 3610.2.2 工业机器人技术参数工业机器人技术参数 技术参数是各工业机器人制造商在产品供技术参数是各工业机器人制造商在产品供货时所提供的技术数据货时所提供的技术数据 。 工业机器人的主要技术参数一般都应有：工业机器人的主要技术参数一般都应有：自由度，重复定位精度、工作范围、最大工作自由度，重复定位精度、工作范围、

34、最大工作速度、承载能力速度、承载能力等。等。 o10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数Artificial Intelligence and Robotics 37 1.自由度是自由度是指机器人所具指机器人所具有的独立坐标有的独立坐标轴运动的数目，轴运动的数目，不应包括手爪不应包括手爪的开合自由度。的开合自由度。 o10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数Artificial Intelligence and Robotics 38o 自由度：自由度：即用来确定手部相对机座的位置和姿态的独即用来确定手部相对机座的位置和姿态的独立参变数的数目

35、，它等于操作机独立驱动的关节数目。自立参变数的数目，它等于操作机独立驱动的关节数目。自由度是反映操作机的通用性和适应性的一项重要指标。自由度是反映操作机的通用性和适应性的一项重要指标。自由度较多，就更能接近人手的动作机能，通用性更好，但由度较多，就更能接近人手的动作机能，通用性更好，但结构也更复杂。结构也更复杂。 目前，一般的通用工业机器人大多为目前，一般的通用工业机器人大多为5 5个个自由度左右，已能满足多种作业的要求。自由度左右，已能满足多种作业的要求。o10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数Artificial Intelligence and Robotic

36、s 39 工业机器人精度是指定位精度和重复定位精度。定位精度只指工业机器人精度是指定位精度和重复定位精度。定位精度只指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异。重复定位精度是机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异。重复定位精度是指机器人重复定位其手部与同一目标位置的能力，可以用标准偏差指机器人重复定位其手部与同一目标位置的能力，可以用标准偏差这个统计量来表示，它是衡量一列误差值的密集这个统计量来表示，它是衡量一列误差值的密集 度，即重复度。度，即重复度。（a a）重复定位精度的测定）重复定位精度的测定（b b）合理定位精度，良好）合理定位精度，良好重复定位精度重复定位精度（c c）良好定

37、位精度，很差）良好定位精度，很差重复定位精度重复定位精度（d d）很差定位精度。良好）很差定位精度。良好重复定位精度重复定位精度o10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数Artificial Intelligence and Robotics 40 3.最大工作范围最大工作范围 有的厂家指工业机器人工作手臂末端所能到有的厂家指工业机器人工作手臂末端所能到达的点达的点,有的厂家指手臂末端或手腕中心到达所有有的厂家指手臂末端或手腕中心到达所有点的集合也叫工作区域。通常都在技术参数中加点的集合也叫工作区域。通常都在技术参数中加以说明。以说明。 工作范围：工作范围： 即操作机

38、的工作范围，通常以手即操作机的工作范围，通常以手腕中心点在操作机运动时所占有的体积来表示。腕中心点在操作机运动时所占有的体积来表示。我们把操作机能对操纵对象完成操作的那一部分我们把操作机能对操纵对象完成操作的那一部分空间称为看管区域或工作区域，空间称为看管区域或工作区域， o10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数Artificial Intelligence and Robotics 41o 4.最大工作速度最大工作速度o 有的厂家指工业机器人主要自由度上最大的稳有的厂家指工业机器人主要自由度上最大的稳定速度定速度,有的厂家指手臂末端最大的合成速度有的厂家指手臂末端

39、最大的合成速度,通常通常都在技术参数中加以说明。都在技术参数中加以说明。o10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数Artificial Intelligence and Robotics 42o 5.承载能力承载能力o 承载能力是指机器人在工作范围内的任承载能力是指机器人在工作范围内的任何位置上所能承受的最大质量。承载能力不何位置上所能承受的最大质量。承载能力不仅决定于负载的质量仅决定于负载的质量,而且还与机器人运行的而且还与机器人运行的速度和加速度的大小和方向有关。速度和加速度的大小和方向有关。o10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数Ar

40、tificial Intelligence and Robotics 43o 另外：还有灵活度另外：还有灵活度 ：是指操作机末端执行：是指操作机末端执行器在工作器在工作(如抓取物体如抓取物体)时，所能采取的姿态的多时，所能采取的姿态的多少。若能从各个方位抓取物体，则其灵活度最少。若能从各个方位抓取物体，则其灵活度最大；若只能从一个方位抓取物体，则其灵活度大；若只能从一个方位抓取物体，则其灵活度最小最小。 o10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数Artificial Intelligence and Robotics 44o 第第 十章十章 工业机器人工业机器人Art

41、ificial Intelligence and Robotics 44o 10.1 工业机器人定义及特点工业机器人定义及特点p 10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数 10.3 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 p 10.4 工业机器人操作机机构工业机器人操作机机构p 10.5 工业机器人的控制技术工业机器人的控制技术p 10.6 各类工业机器人介绍各类工业机器人介绍Artificial Intelligence and Robotics 45 10.3.1 工业机器人的分类工业机器人的分类 (一一)按工业机器人的结构分类按工业机器人的结构分类（五种基

42、本坐标式机器人）（五种基本坐标式机器人） 10.3 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 1. 直角坐标式机器人直角坐标式机器人Artificial Intelligence and Robotics 462 . 圆柱坐标式机器人圆柱坐标式机器人 10.3 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 Artificial Intelligence and Robotics 473. 球坐标式机器人球坐标式机器人 10.3 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 Artificial Intelligence and Robotics 484 . 关节坐标式机器人关节坐标式机器人

43、 10.3 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 Artificial Intelligence and Robotics 495. 平面关节坐标式机器人平面关节坐标式机器人 平面关节式机器人可以看成是关节坐标式机器人的特例平面关节式机器人可以看成是关节坐标式机器人的特例,它它只有平行的肩关节和肘关节只有平行的肩关节和肘关节,关节轴线共面关节轴线共面,如图如图 10.3 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 Artificial Intelligence and Robotics 50（二）两种冗余自由度结构机器人（二）两种冗余自由度结构机器人(1)整体控制的柔软臂机器人整体控

44、制的柔软臂机器人,也叫象鼻子机器人也叫象鼻子机器人,如左下下图所示。如左下下图所示。(2)每一关节独立控制的冗余自由度机器人每一关节独立控制的冗余自由度机器人,如图所示。如图所示。 10.3 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 Artificial Intelligence and Robotics 51（三）模块化结构机器人（三）模块化结构机器人 工业机器人模块化的主要含义是机器人由一些可供选择工业机器人模块化的主要含义是机器人由一些可供选择的标准化模块拼装而成的的标准化模块拼装而成的,标准化模块是具有标准化接口的机标准化模块是具有标准化接口的机械结构模块、驱动模块、控制模块、传感

45、器模块械结构模块、驱动模块、控制模块、传感器模块,并已经系列并已经系列化。化。（四）并联机器人（四）并联机器人 从机构学角度可将机器人机构分为开环机构和闭环机构从机构学角度可将机器人机构分为开环机构和闭环机构两大类两大类: :以开环机构为机器人机构原型的叫串联机器人以开环机构为机器人机构原型的叫串联机器人; ;以闭以闭环机构为机器人原型的叫并联机器人。环机构为机器人原型的叫并联机器人。 10.3 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 Artificial Intelligence and Robotics 5210.3.2 工业机器人的应用领域工业机器人的应用领域 (一一)工业机器人的

46、应用领域工业机器人的应用领域 1.恶劣工作环境恶劣工作环境,危险工作场合危险工作场合 这个领域的作业是一种有害于健康这个领域的作业是一种有害于健康,并危及生命或不并危及生命或不安全因素很大而不宜于人去干的作业安全因素很大而不宜于人去干的作业,用工业机器人去干用工业机器人去干是最适宜的。是最适宜的。 在在工业生产工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压冲压、压力铸造压力铸造、热处理热处理、焊接焊接、涂装涂装、塑料塑料制品成形、机械制品成形、机械加工和简单装配等工序上

47、。加工和简单装配等工序上。 10.3 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 Artificial Intelligence and Robotics 53o 2.特殊作业场合特殊作业场合o 在在原子能原子能工业等部门中，完成对人体有害物料工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。的搬运或工艺操作。o 1969年，年，美国通用汽车公司美国通用汽车公司用用21台工业机器人台工业机器人组成了焊接轿车车身的组成了焊接轿车车身的自动生产线自动生产线。此后，各工业。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。发达国家都很重视研制和应用工业机器人。 o 10.3 工业机器人的分类及应用

48、工业机器人的分类及应用 Artificial Intelligence and Robotics 54o 3.自动化生产领域自动化生产领域o 早期工业机器人在生产上主要用于早期工业机器人在生产上主要用于:机床上下机床上下料、点焊和喷漆。随着柔性自动化的出现料、点焊和喷漆。随着柔性自动化的出现,机器人扮机器人扮演了更重要的角色演了更重要的角色, 如如:焊接机器人焊接机器人,材料搬运机器人材料搬运机器人,检测机器人检测机器人,装配机器人装配机器人,喷漆和喷涂喷漆和喷涂,其他诸如密封其他诸如密封和粘接、清砂和抛光、熔模铸造和压铸、锻造等等和粘接、清砂和抛光、熔模铸造和压铸、锻造等等也有广泛的应用。也

49、有广泛的应用。 10.3 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 Artificial Intelligence and Robotics 55o 第第 十章十章 工业机器人工业机器人Artificial Intelligence and Robotics 55o 10.1 工业机器人定义及特点工业机器人定义及特点p 10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数p 10.3 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 10.4 工业机器人操作机机构工业机器人操作机机构p 10.5 工业机器人的控制技术工业机器人的控制技术p 10.6 各类工业机器人介绍各类工业机器

50、人介绍Artificial Intelligence and Robotics 56o 工业机器人的机械结构部分称为操作机工业机器人的机械结构部分称为操作机 o 操作机是机器人完成作业的实体，它具有和人手臂操作机是机器人完成作业的实体，它具有和人手臂相似的动作功能。相似的动作功能。 o 从机器人完成作业的方式来看，操作机是由手臂机从机器人完成作业的方式来看，操作机是由手臂机构构(即位置机构即位置机构)、手腕机构、手腕机构(即姿态机构即姿态机构)及末端执行器等及末端执行器等组成的机构。对于要完成空间任意位姿进行作业的多关组成的机构。对于要完成空间任意位姿进行作业的多关节操作机，需要具有节操作机，

51、需要具有6个自由度，而对于要回避障碍进个自由度，而对于要回避障碍进行作业的操作机，其自由度数则需超过行作业的操作机，其自由度数则需超过6个。个。 10.4 工业机器人操作机机构 10.4.1 操作机操作机Artificial Intelligence and Robotics 57o 通常由下列部分组成通常由下列部分组成： a.末端执行器 又称手部，是机器人直接执行工作的装置，并可设置夹持器、工具、传感器等，是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。 b. 手腕 是支承和调整末端执行器姿态的部件，主要用来确定和改变末端执行器的方位和扩大手臂的动作范围，一般有23个回转自由度以调整末端执行

52、器的姿态。有些专用机器人可以没有手腕而直接将末端执行器安装在手臂的端部。 10.4 工业机器人操作机机构 Artificial Intelligence and Robotics 58o c. 手臂 它由机器人的动力关节和连接杆件等构成，是用于支承和调整手腕和末端执行器位置的部件。手臂有时包括肘关节和肩关节，即手臂与手臂间。手臂与机座间用关节连接，因而扩大了末端执行器姿态的变化范围和运动范围。 d. 机座 有时称为立柱，是工业机器人机构中相对固定并承受相应的力的基础部件。可分固定式和移动式两类。 10.4 工业机器人操作机机构 Artificial Intelligence and Robot

53、ics 592021-11-2059 机器人的操作机构机器人的操作机构 10.4 工业机器人操作机机构 Artificial Intelligence and Robotics 6010.4.2 操作机手臂机构操作机手臂机构o 手臂机构一般具有23个自由度(当操作机需要回避障碍进行作业时，其自由度可多于3个)，可实现回转、俯仰、升降或伸缩三种运动形式。首先，要确定操作机手臂机构的结构形式。通常根据其将完成的作业任务所需要的自由度数、运动形式、承受的载荷和运动精度要求等因素来确定。其次，是确定手臂机构的尺寸。即确定出其手臂的长度及手臂关节的转角范围。 10.4 工业机器人操作机机构 Artifi

54、cial Intelligence and Robotics 61 10.4.3. 操作机手腕机构操作机手腕机构 o 操作机的手腕机构一般为操作机的手腕机构一般为13个自由度，要求可实个自由度，要求可实现回转、偏转或摆转和俯仰三种运动形式。现回转、偏转或摆转和俯仰三种运动形式。在作手腕机构的运动设计时，要注意大、小手臂的在作手腕机构的运动设计时，要注意大、小手臂的关节转角对末端操作器的俯仰角均可能产生诱导运动。关节转角对末端操作器的俯仰角均可能产生诱导运动。此外，手腕机构的设计还要注意减轻手臂的载荷，应力此外，手腕机构的设计还要注意减轻手臂的载荷，应力求手腕部件的结构紧凑，减小其重量和体积，以

55、利于手求手腕部件的结构紧凑，减小其重量和体积，以利于手腕驱动传动装置的布置和提高手腕动作的精确性。腕驱动传动装置的布置和提高手腕动作的精确性。 10.4 工业机器人操作机机构 Artificial Intelligence and Robotics 62机器人的腕部结构常机器人的腕部结构常见三种几种结构见三种几种结构 10.4 工业机器人操作机机构 Artificial Intelligence and Robotics 6310.4.4. 操作机的末端执行器操作机的末端执行器 根据其用途和结构的不同可分为机械式夹持器，吸附式执行器和专用根据其用途和结构的不同可分为机械式夹持器，吸附式执行器和

56、专用工具工具( (如焊枪、喷嘴、电磨头等如焊枪、喷嘴、电磨头等) )三类。按其手爪的运动方式又可分为平移型三类。按其手爪的运动方式又可分为平移型和回转型。按其夹持方式又可分为外夹式和内撑式。此外，按驱动方式则有和回转型。按其夹持方式又可分为外夹式和内撑式。此外，按驱动方式则有电动、液压和气动三种。电动、液压和气动三种。根据不同作业任务的要求，先确定其类型和机构型式，并应尽可能使其根据不同作业任务的要求，先确定其类型和机构型式，并应尽可能使其结构简单，紧凑、重量轻，以减轻手臂的负荷。结构简单，紧凑、重量轻，以减轻手臂的负荷。 10.4 工业机器人操作机机构 回转式夹持回转式夹持器机构器机构 Ar

57、tificial Intelligence and Robotics 64o 10.4.5 六轴关节机器人机械结构六轴关节机器人机械结构 图图7-4-5为常见的六为常见的六轴关节机器人的机械结构轴关节机器人的机械结构,六个伺服电机直接通过谐六个伺服电机直接通过谐波减速器、同步带轮等驱波减速器、同步带轮等驱动六个关节轴的旋转动六个关节轴的旋转,注意注意观察一、二、三、四轴的观察一、二、三、四轴的结构，关节一至关节四的结构，关节一至关节四的驱动电机为空心结构，关驱动电机为空心结构，关节机器人的驱动电机采用节机器人的驱动电机采用空心轴结构应该不常见，空心轴结构应该不常见，空心轴结构的电机一般较大。空

58、心轴结构的电机一般较大。 10.4 工业机器人操作机机构 Artificial Intelligence and Robotics 65RVRV减速器的拆解图片减速器的拆解图片 10.4 工业机器人操作机机构 Artificial Intelligence and Robotics 66二、传动原理二、传动原理 它由渐开线圆柱齿传输线行星减速机构和摆线针轮行星减速机构两部分组成。渐开线行星齿轮3与曲柄轴2连成一体，作为摆线针轮传动部分的输入。 10.4 工业机器人操作机机构 Artificial Intelligence and Robotics 67o 第第 十章十章 工业机器人工业机器人A

59、rtificial Intelligence and Robotics 67o 10.1 工业机器人定义及特点工业机器人定义及特点p 10.2 工业机器人基本组成及技术参数工业机器人基本组成及技术参数p 10.3 工业机器人的分类及应用工业机器人的分类及应用 p 10.4 工业机器人操作机机构工业机器人操作机机构 10.5 工业机器人的控制技术工业机器人的控制技术p 10.6 各类工业机器人介绍各类工业机器人介绍Artificial Intelligence and Robotics 68 机器人的控制方法有位置控制、轨迹控制、力控机器人的控制方法有位置控制、轨迹控制、力控制、力矩控制、柔顺控

60、制、力位置混合控制、分解制、力矩控制、柔顺控制、力位置混合控制、分解运动控制、变结构控制、自适应控制以及递阶控制、运动控制、变结构控制、自适应控制以及递阶控制、模糊控制、学习控制、神经控制和进化控制等智能控模糊控制、学习控制、神经控制和进化控制等智能控制。制。 其中，有些控制方法已比较熟悉，另一些控制方其中，有些控制方法已比较熟悉，另一些控制方法则较为新颖，并有待进一步开发与完善。法则较为新颖，并有待进一步开发与完善。 10.5 工业机器人的控制技术 Artificial Intelligence and Robotics 69o 工业机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机工业机器人控制系统是