《工业机器人与智能制造》课件2-1.1 机器人的组成.pptx

1、先进制造技术单元1 工业机器人的基础知识单元1 工业机器人的基本认知1.1工业机器人的基础知识1.2工业机器人常用机械传动部件1.3 工业机器人常用传感器1.4工业机器人常用驱动方式1.5机器人安全操作规程1.1工业机器人的基础知识1.1.1工业机器人的概念1.1.2 机器人的组成1.1.3 工业机器人的分类及应用1.1.4工业机器人特点及国内外主要厂商1.1.2 机器人的组成机器人是一个机电一体化的设备。工业机器人由三大部分，六个子系统组成。三大部分是：机械本体部分、传感部分和控制部分。六个子系统是：机械结构系统，驱动系统、感知系统、人-机交互系统、控制系统以及机器人-环境交互系统。一、机械

2、本体部分包括：手部、腕部、肩部、臂部、腰部和基座等。相当于人的肢体。1-手部2-小臂3-腕部4-肘部5-大臂6-腰部7-基座8，9，10，11-伺服电机12-肩部驱动装置包括：驱动源、传动机构等。相当于人的肌肉、筋络。二、传感部分包括：内部信息传感器，检测位置、速度等信息；外部信息传感器，检测机器人所处的环境信息。相当于人的感官和神经。三、控制部分包括：处理器及关节伺服控制器等，进行任务及信息处理，并给出控制信号。相当于人的大脑和小脑。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部传感器（环境检测）外部传感器（环境检测）1处理器

3、处理器关节控制器关节控制器六个子系统六个子系统是：机械结构系统驱动系统感知系统人-机交互系统控制系统机器人-环境交互系统工业机器人系统组成及相互关系如图所示(1)机械结构系统机械结构系统是机器人的主体部分主要由基座、手臂（大臂、小臂和手腕）、末端执行器三大件组成（图1-6），完成各种动作。图1-66轴焊接机器人 1-手腕及末端执行器（焊枪）2-小臂 3-示教器 4-控制系统 5-大臂 6-伺服电机及减速机 7-基座(2)驱动系统要使机器人运行起来，需要给各个关节即每个运动自由度安装传动装置，这就是驱动系统。相当于机械手的“肌肉”，驱动系统可以是液压传动、气压传动、电动传动，或者把它们结合起来的

4、综合系统。常见的驱动器有伺服电机、步进电机、气缸、液压缸等。可以直接驱动关节，也可以通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等传动机构进行间接驱动。(3)感知系统感知系统主要由内部传感器模块和外部传感器模块组成。内部传感器模块负责收集机器人内部信息如各个关节和连杆的信息，如同人体肌腱内的中枢神经系统中的神经传感器。外部传感器负责获取外部环境信息，包括视觉系统、触觉传感器等。(4)人-机交互系统人-机交互系统是操作人员参与机器人控制，与机器人进行联系的装置。例如：计算机的标准终端、指令控制台、示教盒、信息显示屏、报警器等。归结起来为两大类：指令给定装置和信息显示装置。(4)人-机交互系统人-机交互系统是

5、操作人员参与机器人控制，与机器人进行联系的装置。例如：计算机的标准终端、指令控制台、示教盒、信息显示屏、报警器等。归结起来为两大类：指令给定装置和信息显示装置。(5)控制系统机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人执行结构去完成规定的运动和功能。(5)控制系统根据控制原理可分为：顺序控制系统、自适应控制系统和智能控制系统。根据控制运动的形式控制系统可分为：点位控制和轨迹控制。根据有无反馈可分为开环控制系统和闭环控制系统(5)控制系统控制系统一般包括控制器、被控对象、执行机构、反馈装置、比较环节等

6、。开环控制系统：对于系统的每一个输入信号，必有一个固定的工作状态和一个系统输出量与之对应。开环控制的特点是控制器只按照给定的输入信号对被控对象进行单向控制，而不对被控量进行测量并反向影响控制作用，因此这种开环控制系统不具有修正由扰动而引起的被控制量（实际输出）偏离预期值的能力。由于开环控制的抗扰动能力差，因此其使用有一定的局限性。图1-9开环控制系统(5)控制系统闭环控制系统：闭环控制系统又称闭环反馈控制系统，控制系统把位置控制指令送到系统的比较器，再跟反映工业机器人实际位置的反馈信号进行比较，得到位置差值，将其差值加以放大，驱动伺服电动机旋转，使工业机器人某一环节运动。工业机器人新的运动位置

7、经检测再次送到比较器与位置指令比较，产生新的误差信号，误差信号继续控制工业机器人运动，这个过程一直特续到误差信号为零为止。图1-10闭环控制系统(5)控制系统比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节，通常由专门的电路或计算机来实现。控制器通常是PLC、计算机或者PID控制电路，主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。驱动器一般是驱动伺服电机的放大电路，将由控制器发出来的控制命令进行放大并转换成电机可以接收的驱动命令。图1-10闭环控制系统(5)控制系统执行机构的作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作。机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。被控对象是指被控制的机构或装置，是直接完成系统目的的主体。一般包括负载及其传动系统。测量反馈装置是指能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。图1-10闭环控制系统（6）人-环境交互系统工业机器人-环境交互系统是实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。工业机器人可与外部设备集成为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、装配单元等。当然，也可以是多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储装置等集成为一个执行复杂任务的功能单元。