工业机器人课件-工业机器人的基本组成.ppt

1、工业机器人的基本组成 内部传感器（位形检测）内部传感器（位形检测）控制系统控制系统驱动驱动装置装置外部传感器（环境检测）外部传感器（环境检测）处理器处理器关节控制器关节控制器感知反馈系统感知反馈系统执行执行机构机构工作对象工作对象 机器人是一个机电一体化的设备。从控制观点来看，机器人系统可以机器人是一个机电一体化的设备。从控制观点来看，机器人系统可以分成四大部分：分成四大部分：机器人执行机构、传动装置、驱动装置、控制系统、机器人执行机构、传动装置、驱动装置、控制系统、感知反馈系统感知反馈系统。机机 器器 人本体人本体执行机构执行机构驱动装置驱动装置控制系统控制系统感知系统感知系统手部（操作器）

2、手部（操作器）腕部腕部臂部臂部腰部腰部电驱动装置电驱动装置液压驱动装置液压驱动装置气压驱动装置气压驱动装置处理器处理器关节伺服控制器关节伺服控制器内部传感器内部传感器外部传感器外部传感器 基基 座座（固定或移动）（固定或移动）n(1)(1)执行机构执行机构n手部手部：又称抓取机构或夹持器，用于直接抓取工：又称抓取机构或夹持器，用于直接抓取工件或工具。此外，在手部安装的某些专用工具，件或工具。此外，在手部安装的某些专用工具，如焊枪、喷枪、电钻、螺钉螺帽拧紧器等，可视如焊枪、喷枪、电钻、螺钉螺帽拧紧器等，可视为专用的特殊手部。为专用的特殊手部。n腕部：腕部：是连接手部和手臂的部件，用以调整手部是连

3、接手部和手臂的部件，用以调整手部的姿态和方位。的姿态和方位。n手臂：手臂：是支承手腕和手部的部件，由动力关节和是支承手腕和手部的部件，由动力关节和连杆组成，用以承受工件或工具的负荷，改变工连杆组成，用以承受工件或工具的负荷，改变工件或工具的空间位置，并将它们送至预定的位置件或工具的空间位置，并将它们送至预定的位置n腰部腰部：连接臂和基座的部件，通常是回转部件，：连接臂和基座的部件，通常是回转部件，腰部的回转运动再加上臀部的平面运动，既能使腰部的回转运动再加上臀部的平面运动，既能使胸部作空间运动。腰部是执行机构的关键部件，胸部作空间运动。腰部是执行机构的关键部件，它的创造误差、运动精度和平稳性，

4、它的创造误差、运动精度和平稳性，影响影响机器人机器人的定位精度。的定位精度。n基座基座：整个机器人的支持部分，：整个机器人的支持部分，起着支承和连接起着支承和连接的作用。的作用。腕部腕部小臂（上臂）小臂（上臂）大臂大臂（下臂）（下臂）腰部腰部 基基 座座手部手部（2）机器人执行机构的运动）机器人执行机构的运动手臂的运动手臂的运动(1)直线移动（手臂的移动）直线移动（手臂的移动）(2)径向伸展（手臂的伸展）径向伸展（手臂的伸展）(3)回转运动（手臂的旋转）回转运动（手臂的旋转）手腕的运动手腕的运动(1)手腕旋转手腕旋转(2)手腕俯仰手腕俯仰(3)手腕侧摆手腕侧摆1.滑槽杠杆式手部滑槽杠杆式手部2

5、.齿轮齿条式手部齿轮齿条式手部3.滑块杠杆式手部滑块杠杆式手部4.斜斜楔楔杠杠杆杆式式5.移动型连杆式手部移动型连杆式手部6.齿轮齿条式手部齿轮齿条式手部7.内涨斜块式手部内涨斜块式手部8.连杆杠杆式手部连杆杠杆式手部手指类型：手指类型：电磁式吸盘电磁式吸盘n气吸式吸盘气吸式吸盘常见的另两种手部常见的另两种手部:滚滚动动轴轴承承座座圈圈钢钢板板齿齿轮轮多多孔孔钢钢板板双吸头吸盘双吸头吸盘多吸头吸盘多吸头吸盘吸取瓦楞板吸取瓦楞板双吸头吸盘双吸头吸盘双吸头架式吸双吸头架式吸盘盘多吸头板式吸多吸头板式吸盘盘其它手部其它手部:(2)(2)驱动系统驱动系统。驱动系统是按照控制系统发。驱动系统是按照控制系

6、统发来的控制指令进行信息放大，驱动执行机构来的控制指令进行信息放大，驱动执行机构运动的传动装置，运动的传动装置，相当于人的肌肉、筋络。相当于人的肌肉、筋络。常用的有常用的有液压、气压、电气驱动液压、气压、电气驱动形式。形式。电动驱动器类型和特点电动驱动器类型和特点n 电动驱动器的能源简单，速度变化范围大，效率高，转动惯性小，速度和位电动驱动器的能源简单，速度变化范围大，效率高，转动惯性小，速度和位置精度都很高，置精度都很高，但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。n 电动驱动器的类型很多，可分为以下几种类型。电动驱动器的类型很多，可分为以下几种类型。电

7、驱动电驱动 交流、直流伺服电机驱动交流、直流伺服电机驱动 普通交流普通交流电机驱动电机驱动 步进电机步进电机伺服驱动伺服驱动 输出力矩大，但控制性差，输出力矩大，但控制性差，惯性大，适用于中型和重惯性大，适用于中型和重型机器人型机器人可以闭环控制，输出力矩可以闭环控制，输出力矩小，控制性好，适用于中小，控制性好，适用于中小型机器人小型机器人开环控制，用于对速度和开环控制，用于对速度和位置要求不高的机器人位置要求不高的机器人交流伺服电机工作原理：交流伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的交流伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/WU/V/W三相电三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下

8、转动形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动 交流伺服电机自带的交流伺服电机自带的编码器编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。决定于编码器的精度（线数）。交流伺服电机交流伺服电机驱动放大器驱动放大器n(3)(3)控制系统控制系统。控制系统是机器人的大脑和小脑，支配着机。控制系统是机器人的大脑和小脑，支配着机器人按规定的程序运动，并记忆人们给予的指令信息器人按规定的程序运动，并记忆人们给予的指令信息(如动如动作顺序、运动轨迹、运动速度

9、等作顺序、运动轨迹、运动速度等)，同时按其控制系统的信，同时按其控制系统的信息对执行机构发出执行指令。息对执行机构发出执行指令。n控制系统的主要包括控制系统的主要包括主控制器主控制器和和人机交互系统。人机交互系统。n 机器人控制器作为工业机器人最为核心的零部件之一，机器人控制器作为工业机器人最为核心的零部件之一，对机器人的性能起着决定性的影响，在一定程度上影对机器人的性能起着决定性的影响，在一定程度上影响着机器人的性能。响着机器人的性能。n 机器人控制器包括运动控制卡、机器人控制器包括运动控制卡、IO接口及模块化的软接口及模块化的软件设计，可以针对不同的机器人本体结构、机器人应件设计，可以针对

10、不同的机器人本体结构、机器人应用功能进行配置。用功能进行配置。控制系统的结构 是根据程序和反馈信息控制机器人动作的中心。分为开环系统和闭环系统。(4)(4)感知系统感知系统 感知系统通过力、位置、触觉、视觉等传感器检感知系统通过力、位置、触觉、视觉等传感器检测机器人的运动位置和工作状态，并随时反馈给控测机器人的运动位置和工作状态，并随时反馈给控制系统，以便使执行机构以一定的精度达到设定的制系统，以便使执行机构以一定的精度达到设定的位置。位置。相当于人的感官和神经。相当于人的感官和神经。内部传感器（位形检测）内部传感器（位形检测）控制系统控制系统驱动驱动装置装置执行执行机构机构工作对象工作对象外

11、部传感器（环境检测）外部传感器（环境检测）1处理器处理器关节控制器关节控制器n传感器 在机器人与机电一体化系统中有各种不同的物理量在机器人与机电一体化系统中有各种不同的物理量(如如位移、压力、速度等位移、压力、速度等)需要测量与控制。机器人的传感器包需要测量与控制。机器人的传感器包括内部传感器和外部传感器括内部传感器和外部传感器n 编码器是将电机转动的角度信号转换为控制器可以接收的电信号的，并反馈给控制器从而进行闭环控制。其中最常用的是光电式编码器n 光电编码器是利用光电原理把机械角位移变成电信号，可以非常方便的测量电机轴的角位移或角速度。内部传感器内部传感器伺服编码器伺服编码器n称重传感器：

12、电阻应变式称重传感器，用于检测工件重量。称重传感器：电阻应变式称重传感器，用于检测工件重量。n机械开关：普通接近开关，用于检测运动部分是否到位。机械开关：普通接近开关，用于检测运动部分是否到位。n光电开关：包括对射式、反射板式、漫反射式红外线光电开关，用于检测工光电开关：包括对射式、反射板式、漫反射式红外线光电开关，用于检测工件位置。件位置。n磁性开关：用于检测运动部分是否到位。磁性开关：用于检测运动部分是否到位。n接近开关接近开关n材质传感器：用于检测工件材质。材质传感器：用于检测工件材质。n位移传感器：滑动电阻式位移传感器，用于检测孔深。位移传感器：滑动电阻式位移传感器，用于检测孔深。n颜

13、色传感器：包括颜色传感器和色标传感器，用于检测工件颜色。颜色传感器：包括颜色传感器和色标传感器，用于检测工件颜色。n温度传感器温度传感器n形状传感器形状传感器n光纤传感器光纤传感器光在调制区内光在调制区内,外界信号与光的相互作用外界信号与光的相互作用,可能引起光的强度可能引起光的强度,波长波长,频率频率,相位相位,偏振态等光学性质的变化偏振态等光学性质的变化,从而形成不同的调制从而形成不同的调制-抗干扰抗干扰能力能力n外部传感器机器视觉CCD：一个典型的机器视觉系统包括：光源、镜头、CCD 相机（机身与镜头）、图像采集卡、图像处理软件等。机器视觉检测系统采用CCD照相机将被检测的目标转换成图像

14、信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格/不合格、有/无等，实现自动识别功能。应用：在系统中主要进行图象的颜色识别、形状识别、尺寸位置精度检测。视觉传感器视觉传感器 机器人的基本工作原理是示教再现；示教也称导引，即由用机器人的基本工作原理是示教再现；示教也称导引，即由用户导引机器人，一步步按实际任务操作一遍，机器人在导引过程户导引机器人，一步步按实际任务操作一遍，机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数工艺参数中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数工艺参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序。完成示教后，只等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序。完成示教后，只需给机器人一个启动命令，机器人将精确地按示教动作，一步步需给机器人一个启动命令，机器人将精确地按示教动作，一步步完成全部操作；完成全部操作；