2.2 工业机器人的驱动方式

第二章机器人系统简介

2.1 机器人的运动机构（执行机构）

机器人的运动机构是机器人实现对象操作及移动自身功能的载体，可以大体

分为操作手（包括臂和手）和移动机构两类。对机器人的操作手而言，它应该象

人的手臂那样，能把（抓持装工具的）手依次伸到预定的操作位置，并保持相应

的姿态，完成给定的操作；或者能够以一定速度，沿预定空间曲线移动并保持手

的姿态，并在运动过程中完成预定的操作。移动机构应能将机器人移动到任意位置，并保持预定方位姿势。为此，它应能实现前进、后退、各方向的转弯等基本

移动功能。在结构上它可以象人、兽、昆虫，具有二足、四足或六足的步行机构，也可以象车或坦克那样采用轮或履带结构

2.1.1 机器人的臂结构

机器人的臂通常采用关节——连杆链形结构，它由连杆和连杆间的关节组

成。关节，又称运动副，是两个构件组成相对运动的联接。在关节的约束下，两

连杆间只能有简单的相对运动。机器人中常用的关节主要有两类：

(1) 滑动关节(Prismatic joint): 与关节相连的两连杆只能沿滑动轴做直

线位移运动，移动的距离是滑动关节的主要变量，滑动轴一般和杆的轴线重合或

平行。

(2)转动关节(Revolute joint): 与关节相连的两连杆只能绕关节轴做相对

旋转运动，其转动角度是关节的主要变量，转动轴的方向通常与轴线重合或垂

直。

杆件和关节的构成方法大致可分为两种：(1) 杆件和手臂串联连接，开链机

械手(2) 杆件和手臂串联连接，闭链机械手。

以操作对象为理想刚体为例，物体的位置和姿态各需要3 个独立变量来描

述。我们将确定物体在坐标系中位姿的独立坐标数目称为自由度（DOF（degree of freedom））。而机器人的自由度是由有关节数和每个关节所具有的自由度数决定的（每个关节可以有一个或多个自由度，通常为1 个）。机器人的自由度是独立的单独运动的数目，是表示机器人运动灵活性的尺度。（由驱动器能产生主动

机器人传动方式

1. 引言

机器人传动方式是指机器人在工作过程中转换和传递动力的方式。它直接影响到机器人的性能、精度、稳定性以及适应性。不同的传动方式适用于不同的应用场景，选择合适的传动方式可以提高机器人的工作效率和可靠性。

2. 机器人传动方式的分类

根据动力传递的方式，机器人传动方式可以分为以下几类：

2.1 机械传动

机械传动是最常见和最基础的传动方式之一。它利用齿轮、链条、皮带等机械装置将动力从电动机传递到机器人的各个部分。机械传动简单可靠，但由于传递过程中存在机械间隙和摩擦损耗，会影响机器人的精度和效率。

2.2 液压传动

液压传动利用液体的流动和压力传递动力。通过液压泵将液体压力传递给液压缸，从而推动机器人的执行机构。液压传动具有承载能力大、传动平稳等优点，适用于对力量要求较高的应用场景。

2.3 气动传动

气动传动是利用气体的流动和压力传递动力的一种方式。通过气压驱动气动元件，实现机器人的运动和操作。气动传动具有结构简单、响应速度快的特点，但承载能力较低，适用于对速度要求较高、对力量要求不太严格的应用场景。

2.4 电动传动

电动传动是利用电能转换为机械能传递动力的方式。通常使用电动机驱动机器人的执行机构，实现运动和操作。电动传动具有响应速度快、精度高等优点，可以灵活控制运动的速度和力量，适用于对精度和稳定性要求较高的应用场景。

3. 选择机器人传动方式的考虑因素

选择适合的机器人传动方式需要考虑以下因素：

3.1 应用场景要求

不同的应用场景对机器人的传动方式有不同的要求。例如，需要高力量输出的应用场景可以选择液压传动；需要高速运动和响应的应用场景可以选择气动传动；需要高精度和稳定性的应用场景可以选择电动传动。

机器人的常见驱动方式

一、直流电机驱动方式

直流电机是机器人中常见的一种驱动方式。直流电机驱动方式具有结构简单、控制方便、响应速度快等优点。直流电机驱动方式适用于需要较高速度和力矩的机器人应用，例如工业机器人、自动化生产线上的机械臂等。直流电机的驱动方式主要包括电压控制和电流控制两种方式。在电压控制方式下，通过改变电压信号来控制电机的转速和方向；在电流控制方式下，通过改变电流信号来控制电机的转矩和速度。

二、步进电机驱动方式

步进电机是一种将电脉冲信号转化为机械旋转的电机，广泛应用于机器人领域。步进电机驱动方式具有定位精度高、运行平稳、可控性强等优点。步进电机的驱动方式主要包括全步进驱动和半步进驱动两种方式。全步进驱动方式下，每个电磁线圈的驱动信号为一个脉冲信号，电机转动时会按照脉冲信号的频率和方向进行步进运动；半步进驱动方式下，每个电磁线圈的驱动信号为两个相位差90度的脉冲信号，电机转动时会按照脉冲信号的频率和方向进行半步步进运动。

三、交流电机驱动方式

交流电机是机器人中常见的驱动方式之一。交流电机驱动方式具有

结构简单、成本低廉、可靠性高等优点。交流电机的驱动方式主要有两种，分别是单相交流电机驱动和三相交流电机驱动。单相交流电机驱动方式适用于小功率的机器人应用，例如家用机器人、娱乐机器人等。三相交流电机驱动方式适用于大功率的工业机器人应用，例如焊接机器人、装配机器人等。交流电机的驱动方式主要通过改变电压和频率来控制电机的转速和扭矩。

四、气动驱动方式

气动驱动方式是机器人中常见的一种驱动方式。气动驱动方式具有力矩大、速度快、反应灵敏等优点。气动驱动方式适用于需要快速执行力矩较大任务的机器人应用，例如喷涂机器人、装卸机器人等。气动驱动方式主要通过压缩空气来驱动执行器实现机器人的运动。气动驱动方式在机器人应用中需要配备气源供应系统、气动执行器和气动控制系统等。

第二章工业机器人的机械结构和运动控制

章节目录

2.1 工业机器人的系统组成

2.1.1 操作机

2.1.2 控制器

2.1.3 示教器

2.2 工业机器人的技术指标

学习目标导入案例课堂认知扩展与提高本章小结思考练习

2.3 工业机器人的运动控制

2.3.1 机器人运动学问题

2.3.2 机器人的点位运动…

2.3.3 机器人的位置控制

课前回顾

何为工业机器人？

工业机器人具有几个显著特点，分别是什么？

工业机器人的常见分类有哪些，简述其行业应用。

学习目标

认知目标

*熟悉工业机器人的常见技术指标

*掌握工业机器人的机构组成及各部分的功能

*了解工业机器人的运动控制

能力目标

*能够正确识别工业机器人的基本组成

*能够正确判别工业机器人的点位运动和连续路径运动

导入案例

国产机器人竞争力缺失关键技术是瓶颈

众所周知，中国机器人产业由于先天因素，在单体与核心零部件仍然落后于日、美、韩等发达国家。虽然中国机器人产业经过30 年的发展，形成了较为完善的产业基础，但与发达国家相比，仍存在较大差距，产业基础依然薄弱，关键零部件严重依赖进口。整个机器人产业链主要分为上游核心零部件（主要是机器人三大核心零部件——伺服电机、减速器和控制系统，相当于机器人的“大脑”）、中游机器人本体（机器人的“身体”）和下游系统集成商（国内95% 的企业都集中在这个环节上）三个层面。

课堂认知

2.1 工业机器人的系统组成

第一代工业机器人主要由以下几部分组成：操作机、控制器和示教器。对于第二代及第三代工业机器人还包括感知系统和分析决策系统，它们分别由传感器及软件实现。

简述工业机器人的驱动方式

工业机器人的驱动方式主要有以下几种：

1.电气驱动：利用各种电动机产生的力或力矩，直接或经过减速机构去驱动机器人的关节，以获得所需的位置、速度和加速度。这种驱动方式具有无环境污染、易于控制、运动精度高、成本低、驱动效率高等优点，应用最为广泛。其中，交流伺服电机驱动具有大的转矩质量比和转矩体积比，没有直流打击的电刷和整流子，因而可靠性高，运行时几乎不需要维护，可用在防爆场合，因此在现代机器人中广泛应用。

2.液压驱动：利用液压泵将动力源的机械能转换为压力能，然后通过液压缸和液压马达将压力能转换为机械能，以驱动机器人关节。

3.气动驱动：利用气动泵将气体压力能转换为机械能，然后通过气缸和气马达将机械能转换为驱动力，以驱动机器人关节。

以上信息仅供参考，如需了解更多信息，请查阅专业书籍或咨询专业人士。

工业机器人编程及操作试卷(附答案)

1.工业机器人最初的应用是在汽车和工程机械行业，主要

用于喷涂及焊接、维修及打磨。

2.在我国，工业机器人的使用主要集中在东部等地。

3.机器人中的传感器作用日益重要，除传统的位置、速度、加速度等内部传感器外，力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中已有成熟应用。

4.工业机器人按用途分类有点焊、弧焊、搬运、喷漆、涂胶、装配等机器人。

5.工业机器人按运动形式分类有直角坐标、极（球）坐标、圆柱坐标、关节式和组合式机器人。

6.工业机器人按控制方式分类有点位控制和连续轨迹控制。

7.工业机器人按驱动方式分类有气动、液压驱动和电动。

8.目前，大部分机器人应用仍采用示教编程方式，并且主

要集中在搬运、码垛、焊接等领域。

9.机器人采用示教编程方式的优点是编程门槛低、简单方便，不需要环境模型；对实际的机器人进行示教时，可以修正机械结构带来的误差。

10.离线编程是通过软件，在电脑里重建整个工作场景的

三维虚拟环境，然后软件可以根据要工加零件的大小、形状、材料，同时配合软件操作者的一些操作，自动生成机器人的运动轨迹控制指令，然后在软件中仿真与调整轨迹，最后生成机器人程序传输给机器人。

11.在控制面板上，预留了4个可编程按钮。

12.在控制面板上，E按钮的作用是选择机械单元。

13.在控制面板上，F按钮的作用是切换运动模式，重定

向或线性。

14.在控制面板上，可以通过G按钮来切换运动模式，包

括轴1-3或轴4-6，以及重定向或线性模式。

15.H按钮可以用来切换增量模式，而非切换坐标系或选

机电设备概论教学设计

工业机器人（如图2-2-1所示）是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，技术附加值很高，应用范围很广，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

图2-2-1工业机器人

一、工业机器人的定义

1987年，ISO对工业机器人进行的定义是:“工业机器人是一种具有自动操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机”。我国国家标准GB/112643-90将工业机器人定义为“是一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机，能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业”。

二、工业机器人的基本术语

1. 关节：关节（joint）即运动副，是允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构，是两构件直接接触并能产生相对运动的活动连接，如图2-2-2所示。A、B两部件可以做互动连接，如图2-2-2所示。A、B两部件可以做互动

链接。

图2-2-2 不同坐标结构的机器人关节

2.连杆：连杆（link）指机器人手臂上被相邻两关节分开的部分，是保持各关节间固定关系的刚体，是机械连杆机构中，两端分别与主动和从动构件铰接，以传递运动和力的杆件。如图2-2-3所示为焊接机器人的连杆。

图2-2-3焊接机器人的连杆

3.刚度：刚度（stiffness）是机器人机身或臂部在外力作用下抵抗变形的能力。它是用外力和在外力作用方向上的变形量（位移）之比来度量的。

4. 自由度：自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。机器人的自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，其中不包括手爪（末端执行器）的开合自由度。机器人的自由度反映机器人动作灵活的尺度，一般以轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示。

《工业机器人》复习资料

《工业机器人》复习题

一、名词释义

1．驱动系统：发动机带动变速箱，经过变速后再经过传动轴，差速器，左右半轴传

到轮胎，

到达步行系统。2自由度：指描述物体运动所需的独立坐标系。

3．磁致伸缩驱动：某些磁性体的外部一旦加上磁场则磁性体的外形尺寸会发生变化，利用

由这种现象产生的驱动器称为磁致伸缩驱动器。4.重复定位精度：工件的某个自由度（或多个自由度）近似受两个（或多个）约束点约束

束，称为过定位。也称为重复定位或超定位。5.示教再现：一种可重复再现通过示教

编程存储起来的作业程序的机器人

6.机器人正向运动学：当所有关节变量已知时，正向运动学可用于确定机器人末端手

的位置

姿。

7.机器人逆运动学：为了使机器人的末端手放在一个特定的点上并具有特定的姿态，

可以通过逆运动学计算出每个关节变量的值。

二、选择题

1.机器人语言是由\和\组成的字符串机器代码，由（a）表示。二进制B十进制C八

进制D十六进制2。机器人的英文单词是（c）

a、botre

b、boret

c、robot

d、rebot3、机器人能力的评价标准不包括：（c）a智能

b机能c动能d物理能4、下列那种机器人不是军用机器人。（c）

A“红隼”无人机B美国“大狗”机器人C索尼的爱宝机器人狗D“土拨鼠”5。人类

控制机器人还不包括什么？（d） A输入B输出C程序d反应6。FMC是（d）的缩写。a、加工中心

b．计算机控制系统c．永磁式伺服系统d．柔性制造单元。

7.由数控机床和其他自动化工艺设备组成的（b）系统，可以按任意顺序加工一组不

同工艺、不同节拍的工件，并能及时自由调度和管理。a、刚性制造系统B.柔性制造系统C.柔性制造系统D.柔性制造系统