工業(yè)機(jī)器人技術(shù)PPT全套完整教學(xué)課件

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)課程學(xué)習(xí)要求：輕松學(xué)習(xí)、遵守時間；全部一次性通過考試；帶好教材、記好筆記；掌握相關(guān)知識與技能。第一章一、機(jī)器人的一般概念1.機(jī)器人的產(chǎn)生機(jī)器人凡是用來代替人的機(jī)器，都屬于機(jī)器人的范疇。機(jī)器人不一定類人。

?

概念辨析：機(jī)器、機(jī)床

只是工具，不能代替人。名詞的由來?

Robot=Robota（捷克語）=奴隸、苦力。

提出：1921，捷克作家Karel?apek（卡雷爾·恰佩克）

?

Robotics=機(jī)器人學(xué)（學(xué)科名）。

提出：1942，美國科幻小說家IsaacAsimov（艾薩克·阿西莫夫）。機(jī)器人（研發(fā)）三原則要點(diǎn)：

不得傷害人類；執(zhí)行人的命令；能夠自我保護(hù)。

最早的產(chǎn)品

Unimate（美國，1959年）。?

性質(zhì)：工業(yè)機(jī)器人（用于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的機(jī)器人）。2.機(jī)器人的發(fā)展

第一代：行為需人演示、教導(dǎo)（示教），但能記錄并復(fù)制（再現(xiàn)）動作。?示教（Teach.in）機(jī)器人。

第二代：有一定傳感器，能進(jìn)行簡單分析、推理，適當(dāng)調(diào)整行為。?感知機(jī)器人。第三代：有大量傳感器，能進(jìn)行復(fù)雜分析、推理，自主決定行為。?智能機(jī)器人。?要點(diǎn)：

判別機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)：是否能離開人獨(dú)立工作。只要能代替人的機(jī)器，都屬于機(jī)器人范疇。

洗碗機(jī)、掃地機(jī)、理療機(jī)、無人飛機(jī)、火星探測車、無人潛水器都是機(jī)器人。最早研制的機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人以第一代為主；服務(wù)機(jī)器人屬于第三代。3.機(jī)器人的分類

?按應(yīng)用場合，分工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人兩類；見P6圖1-2-1。

工業(yè)機(jī)器人（IndustrialRobots，簡稱IR）

：

用于工業(yè)環(huán)境的可編程、多用途自動化設(shè)備；

作業(yè)環(huán)境、要求為已知，產(chǎn)品以第一代機(jī)器人居多；用來代替人工操作，保障人身安全、減輕勞動強(qiáng)度、提高勞動生產(chǎn)率。?主要產(chǎn)品：

加工類：焊接、切割、拋光、研磨等粗加工。

目的：保障人身安全與健康，不是、也不能用于精密加工（與CNC機(jī)床不同）！裝配類：噴涂、油漆、電子元件插接（3C行業(yè)）等；目的：保障人身健康、代替重復(fù)勞動、提高生產(chǎn)效率。搬運(yùn)類：物品輸送、裝卸等；目的：提高自動化程度、避免繁重作業(yè)。包裝類：分揀、包裝（食品、藥品行業(yè)），碼垛等；目的：保障安全衛(wèi)生、提高自動化程度。服務(wù)機(jī)器人（ServiceRobots）：服務(wù)于人類非生產(chǎn)性活動的機(jī)器人總稱；作業(yè)環(huán)境為未知，大多具備“行走”功能，產(chǎn)品技術(shù)要求高，以第二、三代機(jī)器人居多；市場廣闊、潛力巨大，產(chǎn)品占機(jī)器人的95%以上。?主要產(chǎn)品：個人/家庭機(jī)器人（Personal/DomesticRobots）：洗碗、掃地、麻將機(jī)等。軍事機(jī)器人（MilitaryRobots）

:無人駕駛飛行器（無人機(jī)）、機(jī)器人武裝戰(zhàn)車、多功能后勤保障機(jī)器人、機(jī)器人戰(zhàn)士等。醫(yī)療機(jī)器人（medicaltreatmentRobots）：診斷、手術(shù)或手術(shù)輔助、康復(fù)機(jī)器人等。場地機(jī)器人（FieldRobots）：用于科學(xué)研究和公共事業(yè)服務(wù)的、可進(jìn)行大范圍作業(yè)的機(jī)器人。如太空探測、水下作業(yè)、危險作業(yè)、消防救援、園林作業(yè)等。4.各國水平

美國：

機(jī)器人發(fā)源地，水平遙遙領(lǐng)先，產(chǎn)品以第三代機(jī)器人為主，占全球60%以上市場。

?著名企業(yè)：個人/家用機(jī)器人：iRobot、Neato等。醫(yī)療機(jī)器人：IntuitiveSurgical（直覺外科）等。軍事機(jī)器人：LockheedMartin（洛克希德馬丁）、BostonDynamics（波士頓動力，已被Google并購）等

場地機(jī)器人：

Boeing（波音）、NASA（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，美國宇航局）、Remotec等

。BigDog-LS3（軍事）Curiosity火星車（場地）

Care-O-Bot4（家庭）

日本：

工業(yè)機(jī)器人及減速器、個人/家用機(jī)器人，產(chǎn)量第一（占50%）、護(hù)理（醫(yī)療）機(jī)器人水平領(lǐng)先。

?著名企業(yè)：工業(yè)機(jī)器人&機(jī)器人減速器：FANUC（發(fā)那科）、YASKAWA（安川）、KAWASAKI（川崎）等。個人/家用&護(hù)理機(jī)器人：Panasonic（松下）、HONDA（本田）、RikenInstitute（理化學(xué)研究所）等。

歐盟：

?著名企業(yè)：工業(yè)機(jī)器人：ABB（瑞典&瑞士）、KUKA（庫卡，德）、REIS（徠斯，KUKA成員）。服務(wù)機(jī)器人：德國宇航中心、Karcher、FraunhoferInstituteforManufacturingEngineeringandAutomatic（弗勞恩霍夫制造技術(shù)自動化研究所）等。

中國：工業(yè)機(jī)器人：全球最大的市場。2014年：全球22.5萬，中國5.7萬、占25.3%；

2015年：全球24.8萬，中國6.7萬、占27%；

2016年：全球29.4萬，中國8.7萬、占30%；

2017年：全球38萬，中國14.1萬、占37%。軍事、場地機(jī)器人：處于世界先進(jìn)水平。?練一練：

完成P15,練習(xí)一（1）~（11）二、工業(yè)機(jī)器人及發(fā)展1.基本認(rèn)識

工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用、替代人工的輔助設(shè)備；非常小的行業(yè)，全世界產(chǎn)量只有38萬臺；產(chǎn)品只占機(jī)器人總量的5%；最早研發(fā)的機(jī)器人產(chǎn)品（1959年美國）；以焊接機(jī)器人產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣；主要用于高度自動化的大規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)；汽車行業(yè):約占40%

；3C行業(yè)：約占20%。?不適合中小企業(yè)，特別多品種、小批量生產(chǎn)企業(yè)。

?著名企業(yè)：

日本FANUC（發(fā)那科）：全世界最大的CNC生產(chǎn)廠家；1974年起從事工業(yè)機(jī)器人研發(fā)，1997年成立上海FANUC機(jī)器人有限公司；年產(chǎn)量目前居全球第一。

YASKAWA（安川）:

具有百年歷史的全球著名伺服驅(qū)動、變頻器生產(chǎn)廠家；1977年起從事工業(yè)機(jī)器人研發(fā)，1996年成立北京安川機(jī)器人有限公司；2003~2007年產(chǎn)量為全球第一，目前世界第二。

KAWASAKI（川崎）

140年歷史的世界著名企業(yè)，日本僅次于三菱（世界第20

）的第二軍火商（世界第48）。業(yè)務(wù)涵蓋航空航天（衛(wèi)星、直升飛機(jī)等）、軍事（“加賀”號航空母艦、日本第一艘潛艇、飛燕等戰(zhàn)斗機(jī)）、電力（日本第一臺電力機(jī)車、新干線等）、摩托車（獲多年世界摩托車賽冠軍）、體育用品（羽毛拍世界第二）等領(lǐng)域。

1968年研發(fā)日本第一臺工業(yè)機(jī)器人，產(chǎn)品以焊接機(jī)器人最為著名。

其他：NACHI（不二越）、DAIHEN（OTC集團(tuán)成員，歐希地）：著名的焊接機(jī)器人生產(chǎn)廠家。

歐洲

ABB（AseaBrownBoveri

）

瑞典ASEA（阿西亞）+瑞士Brown.Boveri（布朗勃法瑞，BBC），全球著名自動化公司（排名第2）；

主營電力設(shè)備（世界首條100KV直流輸電線路、世界最大容量的7200MW/800kV特高壓直流輸電線路四川——江蘇

）、電氣傳動、低壓電氣；1969年起從事工業(yè)機(jī)器人研發(fā)（歐洲最早），產(chǎn)量目前居全球第三。著名產(chǎn)品：涂裝機(jī)器人（全球第一臺噴涂機(jī)器人）、碼垛機(jī)器人（速度最快）。

KUKA（KellerundKnappichAugsburg，庫卡）

主營城市照明、市政車輛；

1973年起從事工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)，德國最大的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)商；2014收購德國REIS（徠斯）；2017被美的收購。?練一練：

完成P15,練習(xí)一（12）~（15）第二章一、工業(yè)機(jī)器人組成與特點(diǎn)1.系統(tǒng)組成（P17、圖2-1-1）?后述內(nèi)容中，工業(yè)機(jī)器人簡稱“機(jī)器人”?機(jī)電設(shè)備=機(jī)械+電氣

機(jī)械部分

本體（必需）

又稱操作機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人動作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

包括機(jī)械部件、驅(qū)動電機(jī)、傳感器等；

由關(guān)節(jié)（Joint）和連桿（Link）連接而成；?關(guān)節(jié)：可回轉(zhuǎn)、擺動的間接連接機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)動副）；連桿：連接關(guān)節(jié)的剛性構(gòu)件。執(zhí)行器（必需）用于作業(yè)的工具；安裝在機(jī)器人末端關(guān)節(jié)上；可以根據(jù)需要更換。變位器（可選）

擴(kuò)大機(jī)器人作業(yè)范圍（增加自由度）的輔助機(jī)構(gòu)；

包括機(jī)械部件、驅(qū)動電機(jī)、傳感器等；

有回轉(zhuǎn)、直線兩類，通常為1~4軸。回轉(zhuǎn)變位器直線變位器關(guān)節(jié)執(zhí)行器連桿本體

電氣部分控制器

功能與數(shù)控系統(tǒng)相同；

產(chǎn)生機(jī)器人運(yùn)動軌跡控制脈沖；

控制軸數(shù)較多（通常6軸）。操作單元機(jī)器人的操作面板；又稱示教器；結(jié)構(gòu)簡單、采用手持式結(jié)構(gòu)。

驅(qū)動器將控制脈沖轉(zhuǎn)換為電機(jī)轉(zhuǎn)角；多采用交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)。?控制器、驅(qū)動器安裝在控制柜內(nèi)示教器控制柜2.基本特點(diǎn)擬人

結(jié)構(gòu)形態(tài)類似人類；部件稱腰、手臂（上、下臂）、手腕（手腕、爪）；傳感器以視覺、聽覺、觸覺為主（智能機(jī)器人）。柔性

有完整、獨(dú)立的控制系統(tǒng)；可通過編程來改變其動作和行為；可安裝不同的執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用。通用

可通過程序改變動作；可通過執(zhí)行器改變功能。3.工業(yè)機(jī)器人

PK

數(shù)控機(jī)床相同點(diǎn)

控制要求（軌跡控制）、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同；定義類似：可編程、可定位、多用途設(shè)備。區(qū)別

作用

CNC機(jī)床：工作母機(jī)，零件加工的必需設(shè)備；

IR：服務(wù)于機(jī)床、代替人工操作的輔助設(shè)備。地位

CNC機(jī)床：國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的基礎(chǔ)；

IR：自動化制造的配套設(shè)備。價值

CNC機(jī)床：占裝備總價的85%以上，最高可達(dá)數(shù)億；

IR：在裝備總價的10%左右，最高為數(shù)十萬。形態(tài)

CNC機(jī)床：直線運(yùn)動軸為主，回轉(zhuǎn)、擺動為輔；

IR：回轉(zhuǎn)、擺動軸為主，直線運(yùn)動為輔。性能

CNC機(jī)床：高精度輪廓加工，多為0.001mm級；

IR：粗略軌跡運(yùn)動，多為0.1mm級。

控制

CNC機(jī)床：一般5軸及以下，準(zhǔn)確輪廓運(yùn)動；

IR：一般6軸及以上，粗略軌跡運(yùn)動。

軟件

CNC機(jī)床：笛卡爾坐標(biāo)運(yùn)動為主，相對簡單；

IR：多軸擺動空間合成運(yùn)動，相當(dāng)復(fù)雜。?結(jié)論：不在同一體量。4.工業(yè)機(jī)器人

PK機(jī)械手PLC機(jī)械手機(jī)器人控制系統(tǒng)相同點(diǎn)

作用相同，都是自動化制造的輔助設(shè)備；定義類似：機(jī)器人=可編程的機(jī)械手。區(qū)別

控制

機(jī)械手：由CNC系統(tǒng)的PLC控制，無獨(dú)立控制系統(tǒng)；

IR：有獨(dú)立的控制系統(tǒng)。作用

機(jī)械手：單功能、固定用途和動作；

IR：可操作、可編程，多功能、多用途。驅(qū)動

機(jī)械手：PLC開關(guān)量控制，液壓、氣動系統(tǒng)為主；

IR：軌跡插補(bǔ)控制，必須用伺服驅(qū)動系統(tǒng)。二、工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)形態(tài)1.垂直串聯(lián)（VerticalArticulated

）要點(diǎn)

最常見結(jié)構(gòu)，1973年KUKA研發(fā)；關(guān)節(jié)沿垂直方向串聯(lián)，數(shù)量5-7個；通用性好，可用于各種場合。關(guān)節(jié)名稱S（或J1）：腰（Swing）回轉(zhuǎn)；L（或J2）：下臂（LowerArm）擺動；U（或J3）：上臂（UpperArm）擺動；R（或J4）：腕回轉(zhuǎn)（Wrist

Rolling

）；B（或J5）：腕擺動（WristBending

）；T（或J6）：手回轉(zhuǎn)（Turning

）。?關(guān)節(jié)數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需要增減（如5、7）。名詞說明機(jī)身：S/L/U（J1/J2/J3）軸，主要用于機(jī)器人作業(yè)工具定位，稱為定位機(jī)構(gòu)；手腕：R/B/T（J4/J5/J6）軸，主要用來調(diào)整作業(yè)工具方向，稱為定向機(jī)構(gòu)。

回轉(zhuǎn)（Roll）：轉(zhuǎn)動范圍一般大于270°；

擺動（Bend）：轉(zhuǎn)動范圍一般小于等于270°。2.水平串聯(lián)（HorizontalArticulated

）要點(diǎn)典型結(jié)構(gòu)為日本山梨大學(xué)1978年研發(fā)，稱SCARA（SelectiveComplianceAssemblyRobotArm），關(guān)節(jié)以水平串聯(lián)為主（2~3個），總數(shù)4-5個；速度快，多用于輕載、平面作業(yè)（3C、食品、藥品）。Z3.并聯(lián)（Parallel

）要點(diǎn)基本結(jié)構(gòu)為6連桿運(yùn)動，1965年英國Stewart研發(fā)（簡稱Stewart平臺）；簡化結(jié)構(gòu)為3連桿擺動（常用）

，1985年瑞士研發(fā)（簡稱Delta結(jié)構(gòu)）。Stewart平臺Delta結(jié)構(gòu)

Stewart平臺至少6個直線升降軸、控制復(fù)雜，多用于重載搬運(yùn)工業(yè)機(jī)器人，較少采用。Delta機(jī)身為3軸擺動結(jié)構(gòu)、手腕安裝在機(jī)身上，控制簡單；一般采用倒掛式安裝，多用于食品、藥品行業(yè)的輕載包裝（分揀）工業(yè)機(jī)器人；?練一練：

完成P35，練習(xí)一（1）~（6）?視頻1~3：

垂直串聯(lián)、SCARA、Delta機(jī)器人工作過程三、工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)性能?參見P27、表2.3-1主要參數(shù)：工作范圍（作業(yè)空間）、承載能力、自由度、運(yùn)動速度、定位精度。1.工作范圍（WorkingRange）

要點(diǎn)是工業(yè)機(jī)器人TRP點(diǎn)能夠運(yùn)動的區(qū)域。?TRP：工具參考點(diǎn)（Tool

Reference

Point），機(jī)器人工具安裝的基準(zhǔn)位置——手腕工具安裝法蘭中心。

典型結(jié)構(gòu)機(jī)器人的TRP點(diǎn)位置如下圖：TRPTRPTRP垂直串聯(lián)DeltaSCARA通常場合可用“作業(yè)半徑R”簡單表示。工作范圍大多是不規(guī)則形狀、不完整空間。

?垂直串聯(lián)結(jié)構(gòu)（包括球坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)）的作業(yè)死區(qū)較大，稱“部分范圍作業(yè)”機(jī)器人。R=740RR?SCARA、Delta結(jié)構(gòu)（以及直角坐標(biāo)）機(jī)器人的作業(yè)死區(qū)較小，稱“全范圍作業(yè)”機(jī)器人。2.承載能力（Payload）

要點(diǎn)機(jī)器人可承受的最大負(fù)載（質(zhì)量、轉(zhuǎn)矩或切削力）；實(shí)際承載能力與負(fù)載的重心位置有關(guān)，樣本數(shù)據(jù)通常是假設(shè)負(fù)載重心位于TRP點(diǎn)時的最大理論值。?承載能力6kg機(jī)器人的允許負(fù)載圖：尺寸基準(zhǔn)TRP負(fù)載重心ZL1003006kg1kg3.自由度（DegreeofFreedom

）

要點(diǎn)

機(jī)器人能產(chǎn)生的獨(dú)立運(yùn)動數(shù)（相對于地面），包括直線、回轉(zhuǎn)、擺動；自由度實(shí)際就是機(jī)器人系統(tǒng)的總控制軸數(shù)；自由度包括變位器運(yùn)動，使用變位器可增加自由度；自由度不包括執(zhí)行器的運(yùn)動（如刀具旋轉(zhuǎn)等）；自由度越多，運(yùn)動越靈活；有6個自由度，理論上可實(shí)現(xiàn)3維空間的任意運(yùn)動；自由度可用規(guī)定的符號表示。?見P33、圖2.3-6。4.速度與精度

要點(diǎn)

程序速度是機(jī)器人TCP點(diǎn)相對與大地的運(yùn)動速度；?TCP：工具控制點(diǎn)（ToolControlPoint），有時稱工具中心點(diǎn)（ToolCenterPoint），是機(jī)器人作業(yè)位置和運(yùn)動控制目標(biāo)點(diǎn)

；

樣本參數(shù)為機(jī)器人空載時，各關(guān)節(jié)所能達(dá)到的最大回轉(zhuǎn)速度的形式表示；

TCP速度（程序速度）是所有參與運(yùn)動的關(guān)節(jié)軸的速度合成值；速度反映機(jī)器人工作效率，速度越高、效率越高。精度以TCP實(shí)際位置和理論位置的誤差表示；通常以重復(fù)定位精度的形式表示；測量標(biāo)準(zhǔn)與CNC機(jī)床不同，即使數(shù)值相同，實(shí)際誤差遠(yuǎn)大于CNC機(jī)床；

機(jī)器人不是高精度設(shè)備，不能用于精密加工。?練一練：

完成P35，練習(xí)一（7）~（10）；練習(xí)三。第三章?重要概念：機(jī)器人運(yùn)動速度低、轉(zhuǎn)矩大，而伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小，必須使用大比例減速器。機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)

=減速器

+連桿一、垂直串聯(lián)機(jī)器人1.機(jī)身結(jié)構(gòu)（S/L/U軸）要點(diǎn)中、小型機(jī)器人（絕大多數(shù)）采用減速器直接驅(qū)動，機(jī)身結(jié)構(gòu)相同；大型、重型機(jī)器人有時采用連桿驅(qū)動機(jī)身。中、小型大型、重型典型結(jié)構(gòu)剖析下臂基座&腰上臂基座?見P57、圖3.3-4

減速器

安裝底座腰?見P57、圖3.3-4

腰體

基座

電機(jī)

電機(jī)座下臂?見P60、圖3.3-8

腰體

減速器

電機(jī)

下臂上臂?見P61、圖3.3-10上臂

減速器

電機(jī)

下臂大型機(jī)器人結(jié)構(gòu)1?S軸采用同步皮帶傳動、手腕電機(jī)后置（后驅(qū)）減速器同步皮帶S軸電機(jī)手腕電機(jī)目的：減小S軸電機(jī)；平衡上臂重力；提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。大型機(jī)器人結(jié)構(gòu)2?S軸采用同步皮帶傳動、上臂連桿驅(qū)動減速器同步皮帶S軸電機(jī)

U軸電機(jī)

連桿目的：減小S、U軸電機(jī)；降低機(jī)器人重心；提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。2.手腕結(jié)構(gòu)（R/B/T軸）基本形式RBR、BBR(或BRR

)、3R（見P42、圖3.1-10）；中小型機(jī)器人以RBR最常用。?R=Roll（回轉(zhuǎn)軸）B=Bend（擺動軸）RBR3RBBR、BRR傳動系統(tǒng)小型機(jī)器人：前驅(qū)（上臂轉(zhuǎn)、B/T電機(jī)在上臂前端）；大中型機(jī)器人：后驅(qū)（腕轉(zhuǎn)、B/T電機(jī)在上臂后端）。?見P43、圖3.1-11,P45、圖3.1-13上臂回轉(zhuǎn)B/T電機(jī)位置前驅(qū)腕部回轉(zhuǎn)B/T電機(jī)位置后驅(qū)前驅(qū)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、外形緊湊；傳動鏈短、傳動精度高；電機(jī)規(guī)格受限，承載能力低，適合小型機(jī)器人；電機(jī)安裝空間小、散熱差，維修困難；上臂前端重量大、重心遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。后驅(qū)特點(diǎn)電機(jī)規(guī)格不受限，承載能力強(qiáng)，適合大中型機(jī)器人；電機(jī)安裝空間大、散熱好，維修方便；上臂重力平衡，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好；傳動系統(tǒng)復(fù)雜、傳動鏈長、傳動精度較低。典型結(jié)構(gòu)剖析1（前驅(qū)）R軸?見P64、圖3.3-14電機(jī)減速器連接軸上臂回轉(zhuǎn)段上臂固定段B/T軸傳動總圖?見P62、圖3.3-12B軸電機(jī)T軸電機(jī)同步帶同步帶擺動體上臂減速器中間部件減速器B軸?見P65、圖3.3-15電機(jī)減速器同步帶擺動體T軸?見P66、圖3.3-16電機(jī)同步帶中間部件擺動體減速器典型結(jié)構(gòu)剖析2（后驅(qū)）主要部件（P45、圖3.1-14，P47、圖3.1-16

）上臂手腕傳動系統(tǒng)（P47、圖3.1-17

）B軸

T軸二、SCARA、Delta結(jié)構(gòu)機(jī)器人1.SCARA結(jié)構(gòu)要點(diǎn)通過2~3個水平回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)平面定位，1個直線關(guān)節(jié)（軸）進(jìn)行垂直定位；手臂沿水平方向串聯(lián)伸展、軸線相互平行；手臂回轉(zhuǎn)電機(jī)可前置在關(guān)節(jié)部位（前驅(qū)），也可統(tǒng)一后置在基座部位（后驅(qū)）；結(jié)構(gòu)簡單、外形輕巧、定位精度高、運(yùn)動速度快；垂直行程短，適合平面作業(yè)；多用于3C行業(yè)電路板裝配，食品藥品搬運(yùn)。典型結(jié)構(gòu)剖析1（前驅(qū)）?P51、圖3.2-1，P52、圖3.2-2外觀電機(jī)、減速器安裝結(jié)構(gòu)簡單、層次清晰、垂直行程大、裝配維修容易；體積大，轉(zhuǎn)臂重心遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差；適合上部運(yùn)動空間不受限的輕量作業(yè)。

典型結(jié)構(gòu)剖析2（后驅(qū)）?

P51、圖3.2-1，P53、圖3.2-3轉(zhuǎn)臂輕巧、體積小、運(yùn)動速度快、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好；垂直行程小、電機(jī)裝配、維修不方便；適合上部運(yùn)動空間受限的平面、輕量作業(yè)。

2.Delta結(jié)構(gòu)?分?jǐn)[動驅(qū)動、直線驅(qū)動2類；以擺動驅(qū)動為常用。擺動驅(qū)動要點(diǎn)機(jī)身通過3個垂直擺動關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)空間定位；手腕直接安裝在擺動平臺上，形式不限；一般采用倒掛式安裝；結(jié)構(gòu)簡單、控制容易、運(yùn)動速度快；垂直行程短，承載能力小，適合平面輕量作業(yè)；多用于3C行業(yè)、食品藥品行業(yè)的搬運(yùn)、分揀。?練一練：

完成P67，練習(xí)一第四章?基本概念：機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單，配套部件種類單一；關(guān)鍵部件：諧波減速器（哈默納科）、RV減速器（納博特斯克），占機(jī)械成本70~80%。其他專業(yè)廠生產(chǎn)的功能部件：CRB軸承；同步帶、滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌（通用，數(shù)控課程介紹）。一、CRB軸承要點(diǎn)交叉滾子軸承（CrossRollerBearing）的簡稱；能同時承受雙向軸向、徑向載荷，剛性好；體積小、精度高、安裝簡單、調(diào)整方便；缺點(diǎn)：允許轉(zhuǎn)速低；?適合機(jī)器人高剛性、低轉(zhuǎn)速要求。性能比較深溝角接觸球軸承（ballbearing）轉(zhuǎn)速最高、使用最廣；有深溝、角接觸兩種結(jié)構(gòu)；深溝：普通應(yīng)用，只能承受徑向力；角接觸：可承受徑向力、單向軸向力；雙向載荷需要2個以上組合使用（數(shù)控機(jī)床大量使用）。滾針軸承（needlebearing）剛性好、外徑小、轉(zhuǎn)速低；有圓柱、圓錐兩種結(jié)構(gòu)；圓柱：普通應(yīng)用，只能承受徑向力；圓錐：可承受徑向力、單向軸向力；雙向載荷需要2個以上組合使用。圓柱圓錐

CRB相當(dāng)于2個圓錐滾針軸承的組合，可同時承受徑向力和雙向軸向力。內(nèi)圈分割外圈分割

有內(nèi)圈分割、外圈分割兩種結(jié)構(gòu)。?分割：用于滾子的間隙調(diào)整（稱為：軸承預(yù)載）。CRB安裝?安裝方式：壓圈固定，或：壓圈+螺釘固定。調(diào)整壓圈固定壓圈固定螺釘調(diào)整壓圈調(diào)整壓圈固定螺釘CRB精度等級ISO：

06542DIN：

P0P6P5P4P2JIS：

06542ANSI：

13579GB（新）：

06542GB（舊）：

GEDCB精度高低?P72、表4.1-2?

練一練：

自學(xué)4.1.3節(jié)，完成P109，練習(xí)一（1）~（6）；練習(xí)二（1）、（2）二、諧波減速器1.基本概念要點(diǎn)美國C.W.Musser（馬瑟）1955年發(fā)明；日本HarmonicDriveSystem（哈默納科）是全球最早、最大、最著名，幾乎唯一的生產(chǎn)企業(yè)；國內(nèi)已有產(chǎn)品，但性能差距十分大。全稱諧波齒輪傳動裝置（Harmonicgeardrive）；諧波齒輪傳動裝置可用于減速，也可用于升速；在機(jī)器人上，總是用于減速，故稱諧波減速器；是目前減速比最大（可達(dá)320）的減速器。?

概念辨析：速比、傳動比、減速比概念辨析（☆

非常重要?。。┧俦葒猓ㄈ缛毡荆┏Ｓ眯g(shù)語

速比=輸出轉(zhuǎn)速/輸入轉(zhuǎn)速?減速器的“速比”總是小于1。傳動比

國內(nèi)常用術(shù)語

傳動比=輸入轉(zhuǎn)速/輸出轉(zhuǎn)速

?減速器的“傳動比”總是大于1。減速比

國內(nèi)、外通用術(shù)語

減速比=輸入轉(zhuǎn)速/輸出轉(zhuǎn)速

?減速器的“減速比”總是大于1。2.結(jié)構(gòu)與原理基本結(jié)構(gòu)?非常簡單，只要剛輪、柔輪、諧波發(fā)生器3個部件。諧波發(fā)生器柔輪剛輪剛輪（CircularSpline）

有連接孔的剛性內(nèi)齒圈；齒數(shù)比柔輪略多（一般多2或4個）；有時直接加工在CRB軸承上（單元型減速器）。

柔輪（FlexSpline）

薄壁金屬彈性外齒圈，減速器關(guān)鍵部件；齒形與剛輪相同，齒數(shù)比剛輪少2或4個）；柔輪可以制成類似水杯（Cup）、禮帽（SilkHat）、薄餅（Pancake）等形狀。

諧波發(fā)生器（WaveGenerator）內(nèi)芯為橢圓凸輪，外圈為彈性薄壁滾珠軸承；凸輪與輸入軸可采用柔性聯(lián)軸器、剛性法蘭連接。變速原理?觀看視頻；參見P76、圖4.2-2。諧波發(fā)生器回轉(zhuǎn)柔輪一齒、一齒與剛輪嚙合

★由于柔輪、剛輪只能一齒一齒嚙合，如柔輪齒數(shù)少于剛輪，回轉(zhuǎn)一圈后，柔輪基準(zhǔn)齒將偏移剛輪基準(zhǔn)齒一個齒差（2或4齒）。結(jié)論：可將諧波發(fā)生器（輸入）的360°回轉(zhuǎn)變成柔輪（輸出）一個齒差的偏轉(zhuǎn)，輸出/輸入速比為：i=（Zc

–Zf）/Zf

Zc：剛輪齒數(shù)；Zf：柔輪齒數(shù)★定義:基本減速比R=1/i=Zf

/（Zc

–Zf）

以符號“-”表示輸出與輸入轉(zhuǎn)向相反。

?典型應(yīng)用：速比i=-1/R減速比：-R速比i=1/（R+1）減速比：R+1諧波發(fā)生器輸入諧波發(fā)生器輸入剛輪固定剛輪輸出柔輪輸出柔輪固定主要特點(diǎn)承載能力強(qiáng)、傳動精度高。

?基本概念：同時嚙合的齒數(shù)越多，承載能力越強(qiáng)、傳動精度越高。

普通齒輪：同時嚙合齒1~2對（2~7%），傳動精度6~15×10-4rad

；

諧波減速器：同時嚙合齒數(shù)十對（＞30%），傳動精度1.5~4×10-4rad

。

數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)軸精度：~2×10-5rad。

☆

非常重要！??！

1arcmin

=1°/60=

2.91×10-4rad

1arcsec=1°/3600=4.85×10-6rad

傳動比大，但傳動效率較低。

?基本概念：

普通齒輪：傳動比8~10，傳動效率90~98%；

諧波減速器：傳動比30~320，傳動效率40~90%；

★重要！提高減速比、工作溫度和輸出轉(zhuǎn)矩，可提高效率。結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕、使用壽命長。

?只有3個零件，壽命7000~10000h（哈默納科）傳動平穩(wěn)，無沖擊、噪聲小，安裝調(diào)整方便。對材料（特別柔輪）要求極高。

?國產(chǎn)諧波減速器還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到7000h。3.可選結(jié)構(gòu)?柔輪形狀、輸入連接方式可選。柔輪形狀水杯形（Cuptype）禮帽形（SilkHattype）薄餅形（Pancaketype）水杯形（Cuptype

）外徑小、剛性好；不能為“中空”結(jié)構(gòu)，對連接面要求較高。禮帽形（SilkHattype

）端面敞開、安裝方便，對連接面要求較低；可采用“中空”結(jié)構(gòu)；外徑大、剛性較差。薄餅形（Pancaketype

）超薄型減速器特殊結(jié)構(gòu)，可大大減少軸向尺寸；不能直接固定或連接負(fù)載，必須使用第2剛輪；承載能力強(qiáng)，安裝要求特殊，連續(xù)工作要求油潤滑（脂潤滑：≤減速器平均輸入轉(zhuǎn)速、負(fù)載率ED%≤10%、運(yùn)行時間≤10min）。輸入連接方式?可選柔性軸孔（帶聯(lián)軸器）、剛性軸孔、剛性法蘭。柔性軸孔剛性軸孔剛性法蘭凸輪軸承軸套聯(lián)軸器軸承凸輪柔性軸孔（標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)

）輸入軸與軸套孔采用平鍵連接、軸套與凸輪通過奧爾德姆聯(lián)軸器（Oldman’sCoupling）連接；具有偏心自動調(diào)整功能，對輸入軸和減速器的同軸度要求低；聯(lián)軸器存在間隙，不能為“中空”結(jié)構(gòu)。?奧爾德姆聯(lián)軸器（十字滑塊聯(lián)軸器）原理輸入十字滑塊輸出剛性軸孔連接軸孔直接加工在凸輪體上，輸入軸與凸輪采用平鍵連接；不能為“中空”結(jié)構(gòu)；剛性、無間隙連接，不具備自動調(diào)心功能。剛性法蘭連接面、孔直接加工在凸輪體上，輸入軸與凸輪用法蘭（內(nèi)孔、端面定位）連接、螺釘固定；輸入軸可為“中空”結(jié)構(gòu)；剛性、無間隙連接，不具備自動調(diào)心功能。4.產(chǎn)品型式部件型（Componenttype

）只提供剛輪、柔輪、諧波發(fā)生器3個部件；規(guī)格全、價格低、使用靈活；減速器需用戶現(xiàn)場安裝，裝配要求高；支承柔輪的輸出軸承需用戶設(shè)計、安裝；需用戶充填潤滑脂、維護(hù)工作量大；柔輪形狀、輸入連接方式可選。?常用產(chǎn)品：

標(biāo)準(zhǔn)水杯形、標(biāo)準(zhǔn)禮帽形、標(biāo)準(zhǔn)博餅形。標(biāo)準(zhǔn)水杯形（P82、圖4.2-7）標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；柔輪為水杯形，輸入為柔性軸孔連接。剛輪凸輪軸套柔輪輸入軸平鍵標(biāo)準(zhǔn)禮帽形（P83、圖4.2-8）標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；柔輪為禮帽形，輸入為柔性軸孔連接。剛輪凸輪軸套柔輪輸入軸平鍵標(biāo)準(zhǔn)薄餅形（P83、圖4.2-9）標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；柔輪為薄壁外齒圈、通過1:1傳動的剛輪S連接負(fù)載（或固定）；輸入為剛性軸孔連接。剛輪S凸輪柔輪輸入軸平鍵剛輪D單元型（Unittype

）減速器、CRB軸承、殼體統(tǒng)一設(shè)計，可整體安裝；剛輪、柔輪間有CRB軸承；可直接連接負(fù)載；帶有密封殼體，工作可靠性高；無需用戶現(xiàn)場組裝，使用簡單、方便；無需用戶充填潤滑脂，維護(hù)工作量??；輸入連接可選擇標(biāo)準(zhǔn)軸孔、中空軸、標(biāo)準(zhǔn)軸。?變形產(chǎn)品：簡易單元型（Simpleunittype

）單元型的簡化結(jié)構(gòu)，有CRB軸承，但無殼體；性能、價格介于部件型、單元型之間；減速器無需用戶現(xiàn)場組裝，但潤滑脂需用戶充填；柔輪均為禮帽形，輸入連接可為標(biāo)準(zhǔn)軸孔、中空軸。標(biāo)準(zhǔn)單元型（P86、圖4.2-16）水杯形柔輪、柔性軸孔輸入，剛輪與殼體一體。剛輪凸輪CRB柔輪連接板中空軸單元型（P87、圖4.2-17）禮帽形柔輪，輸入軸中空、用前后端蓋支承、密封。剛輪中空軸&凸輪CRB柔輪端蓋端蓋軸輸入單元型（P87、圖4.2-18）禮帽形柔輪、標(biāo)準(zhǔn)軸輸入，有前后端蓋支承、密封。剛輪輸入軸CRB柔輪端蓋端蓋凸輪簡易標(biāo)準(zhǔn)單元（P89、圖4.2-20）禮帽形柔輪、標(biāo)準(zhǔn)軸孔輸入，無前后支承、密封端蓋。剛輪CRB柔輪凸輪簡易中空單元（P90、圖4.2-21）禮帽形柔輪、標(biāo)準(zhǔn)軸孔輸入，無前后支承、密封端蓋。剛輪中空軸&凸輪CRB柔輪其他產(chǎn)品齒輪箱型（Gearheadtype

）可直接安裝電機(jī)、直接驅(qū)動負(fù)載（P91圖）。回轉(zhuǎn)執(zhí)行器（RotaryActuator

）電機(jī)、減速器集成一體，典型機(jī)電一體化。

?

P81、圖4.2-5?

練一練：

完成P109~110，練習(xí)一（7）~（14）三、RV減速器1.基本概念要點(diǎn)旋轉(zhuǎn)矢量（RotaryVector）減速器的簡稱；日本NabtescoCorporation（納博特斯克）1985年研發(fā)；減速原理=擺線針輪減速+行星齒輪減速；納博特斯克是全球最早、最大、最著名，幾乎唯一的RV減速器生產(chǎn)企業(yè)；國內(nèi)有山寨產(chǎn)品，但性能差距十分大；實(shí)際也可用于升速；在機(jī)器人上，總是用于減速，故稱RV減速器。2.結(jié)構(gòu)與原理基本結(jié)構(gòu)?復(fù)雜，包括行星齒輪、曲軸、擺線針輪3大部分。輸入→太陽輪→行星齒輪2.行星齒輪→曲軸→RV齒輪3.RV齒輪→針齒銷→針輪傳動路線太陽輪（輸入軸）帶動行星齒輪（2或3個）旋轉(zhuǎn)；

?

第一級、正齒輪減速；行星齒輪帶動曲軸（2或3根）旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)曲軸帶動RV齒輪（2片）擺動；RV齒輪通過針齒銷推動針輪偏轉(zhuǎn)；

?

簡單RV減速器有時直接將RV齒輪、針輪做成齒輪，省略針齒銷。★

RV齒輪和針輪存在齒差（一般為1）

，RV齒輪旋轉(zhuǎn)一周，只能推動針輪偏轉(zhuǎn)一個齒差。

?第二級、差動齒輪變速。變速原理

?觀看原理視頻曲軸回轉(zhuǎn)RV齒輪和針輪嚙合位置（最高點(diǎn)）一齒、一齒順時針移動針齒銷推動針輪緩慢偏轉(zhuǎn)差動齒輪變速原理曲軸回轉(zhuǎn)360°，針輪偏移1個齒差

★結(jié)論：可將曲軸（行星齒輪）的360°回轉(zhuǎn)變成針輪（輸出）一個齒差的偏轉(zhuǎn)。

第一級（正齒輪減速）輸出/輸入速比

i1

=Z1/Z2

Z1：太陽輪齒數(shù)；Z2：行星齒輪齒數(shù)第二級（差動齒輪變速，針輪輸出時）

i2

=（Z4–Z3

）/Z4Z4：針輪齒數(shù)（針齒銷數(shù)）；Z3：RV齒輪齒數(shù)如齒差為1，則（Z4–Z3

）=1i2

=（Z4–Z3

）/Z4=1/Z4

總變速比（針輪輸出/太陽輪輸入，齒差為1）i=（Z1/Z2

）×（1/Z4

）=Z1/(Z2×Z4)變速比★定義:基本減速比R=1+

(Z2×Z4)/Z1

以符號“-”表示輸出與輸入轉(zhuǎn)向相反。

?典型應(yīng)用：速比i=-

1/(R–1)減速比：-（R–1

）太陽輪輸入針輪輸出RV齒輪固定針輪固定RV齒輪輸出太陽輪輸入速比i=

1/

R減速比：R主要特點(diǎn)（相比諧波減速器）減速比較大、結(jié)構(gòu)剛性更好。原因：齒差?。ㄍǔ?）、2級減速（減速比相乘，R=30~260）；針齒銷直徑較大、剛性高（諧波齒輪減速器柔輪為薄壁、小齒）。傳動間隙較大、傳動精度較低。

原因：2級齒輪傳動+曲軸擺動，必然存在間隙；降低傳動精度。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝、調(diào)試、維修不及諧波減速器方便。原因：零件多、不能分離安裝。?結(jié)論：諧波減速器：適合手腕（小體積、高精度）；RV減速器：適合機(jī)身（高剛性、大轉(zhuǎn)矩）。3.產(chǎn)品型式

?有基本型、單元型（分標(biāo)準(zhǔn)型、緊湊型、中空型）、齒輪箱型（分高速型、標(biāo)準(zhǔn)型、基座型）3大類?；拘停∣riginaltype

）?P94、圖4.3-1,

P99、圖4.3-4；

由外向內(nèi)（徑向）可分針輪層、RV齒輪層、芯軸層3層，每一層均可旋轉(zhuǎn)。針輪層RV齒輪層芯軸層針輪層由針輪和針齒銷組成；針輪是加工有法蘭和安裝孔的內(nèi)齒圈；針齒銷用來代替齒輪直接嚙合，減小摩擦阻力。

RV齒輪層（最復(fù)雜）包括RV齒輪、端蓋、輸出法蘭、曲軸組件等；RV齒輪、端蓋、輸出法蘭均為中空結(jié)構(gòu)，中間用來安裝芯軸；端蓋和輸出法蘭用來安裝曲軸支承軸承，兩者通過法蘭上的腳狀支架（2~3個）連為一體；腳狀支架所空出的空間用來安裝曲軸；RV齒輪套在腳狀支架外圓上，可偏擺、不能回轉(zhuǎn)；曲軸組數(shù)量與減速器規(guī)格（輸出轉(zhuǎn)矩大?。┯嘘P(guān)，小規(guī)格2組，中、大規(guī)格為3組。芯軸層包括芯軸和太陽輪，安裝在減速器中心；中空型減速器的芯軸為空心軸；同規(guī)格減速器的減速比，通過正齒輪速比改變；減速比大、太陽直徑小，芯軸、太陽輪一體；太陽輪齒輪直接加工在芯軸上；減速比小、太陽直徑大，芯軸、太陽輪分離；太陽輪套在芯軸上。芯軸為花鍵軸，太陽輪的外圈為齒輪、內(nèi)圈為花鍵。單元型標(biāo)準(zhǔn)單元型?P99、圖4.3-5采用標(biāo)準(zhǔn)單元型結(jié)構(gòu)，減速器端蓋、輸出法蘭和針輪間，有1對（2只）高剛性、角接觸球軸承（和基本型的區(qū)別）；減速器可直接安裝、并連接負(fù)載，使用更方便。輸出軸承緊湊單元型?P100、圖4.3-6減速器端蓋、輸出法蘭和針輪間，同樣有1對（2只）高剛性、角接觸球軸承；芯軸（太陽輪）安裝在輸出法蘭側(cè)、不穿越減速器；減速器外徑小、結(jié)構(gòu)緊湊；減速器可直接安裝、并連接負(fù)載。中空單元型?P100、圖4.3-7端蓋、RV齒輪、輸出法蘭結(jié)構(gòu)同標(biāo)準(zhǔn)單元型，但中空直徑更大；太陽輪為中空雙聯(lián)齒輪，安裝在輸出法蘭側(cè)；減速器中空區(qū)域，可以安裝電纜、管線。齒輪箱型高速型（P101、圖4.3-8

）可直接安裝電機(jī)、使減速器電機(jī)一體化；輸出可以為軸或法蘭；減速比小、輸出轉(zhuǎn)速高。軸輸出法蘭輸出標(biāo)準(zhǔn)型（P102、圖4.3-9~圖4.3-11

）

帶有芯軸及其連接、支承部件，減速器可為中空；輸入軸方向可選擇與減速器同軸（平行）、垂直2種；輸入可選擇聯(lián)軸器、標(biāo)準(zhǔn)軸2種連接形式。同軸（平行）垂直（正交）聯(lián)軸器輸入標(biāo)準(zhǔn)軸輸入聯(lián)軸器輸入基座型（P103、圖4.3-12

）

又稱扁平型，帶有芯軸及其連接、支承部件；輸入軸方向與減速器垂直，減速器本體為中空；用于大型、重載減速，基座設(shè)計有地腳螺釘孔，可直接在地面、墻面安裝，直接作為機(jī)器人基座使用。?

練一練：

完成P110，練習(xí)一（15）~（19）第五章?基本概念：控制系統(tǒng)原理、結(jié)構(gòu)與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)（CNC）相同，（通過插補(bǔ)生成進(jìn)給脈沖，數(shù)控系統(tǒng)課程介紹）；大多數(shù)機(jī)器人控制系統(tǒng)都是由數(shù)控系統(tǒng)簡化而來；伺服驅(qū)動一般采用通用伺服（伺服變頻課程介紹）；機(jī)器人的編程方法與數(shù)控機(jī)床不同。一、控制系統(tǒng)組成1.系統(tǒng)組成

?由控制器、操作單元（示教器）、伺服驅(qū)動、輔助電路4部分組成；通常采用箱式（小規(guī)格）、柜式（中、大規(guī)格）集成結(jié)構(gòu)。箱式柜式控制器進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算、生成進(jìn)給脈沖、控制機(jī)器人軌跡；有集成PLC、能進(jìn)行開關(guān)量邏輯控制，但開放性不及CNC；通常不能由用戶編程。操作單元用于數(shù)據(jù)輸入/輸出、機(jī)器人操作、示教編程；采用可移動手持式結(jié)構(gòu)，功能簡單。伺服驅(qū)動功率較小、基本上都采用多軸集成的結(jié)構(gòu)形式；伺服電機(jī)的速度、位置檢測使用絕對編碼器。輔助電路由系統(tǒng)生產(chǎn)廠家設(shè)計、提供；器件多以模式、單元的形式安裝。2.機(jī)器人控制與CNC比較操作單元與控制器集成一體；操作、顯示功能強(qiáng)大。功率大、模塊化結(jié)構(gòu)，使用靈活方便PLC完全向用戶開放，功能強(qiáng)大輔助電路（復(fù)雜）、控制柜均需要用戶自行設(shè)計。二、控制系統(tǒng)連接1.

電源連接電源要求輸入電壓：按DINVDE0100標(biāo)準(zhǔn)Ue(

+10%、-15%)

AC200等級：

200(日韓)/220(中)/230(歐)/240(澳)；

★允許范圍：

200(-15%)~230(+10%)=

170~253V；

澳洲通用：200(-15%)~240(+10%)

=

170~264V；

AC400等級：

380(中)/400(歐)/415(澳)/440(日韓臺工業(yè)用、南美)/480(美洲部分)；

★允許范圍：

380(-15%)~480(+10%)≈

325~528V；

輸入頻率：50/60±2%Hz。?

注意：海拔超過1000h/m時，額定電壓/電流都必須降低（P116圖5.1-3

）,如4000h/m：

80%Ie,75%Ue。2.

電源連接示例?

P117、圖5.2-1要點(diǎn)

AC電源：由ON/OFF單元控制，用于伺服驅(qū)動器主電源（3相AC）、風(fēng)機(jī)（單相AC

）

、系統(tǒng)電源單元輸入（單相AC

）。DC電源：由電源單元（穩(wěn)壓源）產(chǎn)生（DC24V），用于IR控制器、驅(qū)動器控制板、安全單元、I/O單元、伺服電機(jī)制動單元。3.

信號連接示例?

P119、圖5.2-2要點(diǎn)安全信號：用于機(jī)器人急停，由安全單元控制；

DI/DO信號：用于開關(guān)量輸入/輸出控制（PLC輸入/輸出信號）。

?連接要求DI信號：匯點(diǎn)輸入連接、通斷能力≥DC30V/50mA；DO信號：達(dá)林頓光耦輸出≤DC30V/50mA；繼電器觸點(diǎn)輸出≤DC24V/500mA。

網(wǎng)絡(luò)總線：用于系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸，各系統(tǒng)不同。三、控制部件功能ON/OFF單元主電源通斷控制。

安全單元機(jī)器人急?？刂?。電源單元產(chǎn)生DC24V、DC5V直流控制電壓I/O單元連接按鈕、開關(guān)、接觸器、電磁閥等開關(guān)量輸入/輸出。

IR控制器產(chǎn)生進(jìn)給脈沖，控制機(jī)器人運(yùn)動軌跡；

由基架、CPU模塊、通信處理模塊（I/F）組成。伺服驅(qū)動器伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩、速度、位置控制，包括電源模塊、控制板、逆變模塊3部分，電源模塊可分離。

電源模塊：產(chǎn)生直流母線電壓（逆變用）、驅(qū)動器直流控制電壓；

控制板：微處理器、電子控制電路；

逆變模塊：各軸獨(dú)立、功率器件為IPM、帶DB制動。

?在《交流伺服與變頻技術(shù)》課程詳細(xì)介紹。

制動單元伺服電機(jī)制動器通、斷控制。?練一練：完成P136~137，練習(xí)一第六、七章?基本概念：產(chǎn)量極小，沒有統(tǒng)一的編程標(biāo)準(zhǔn)、語言、格式；無導(dǎo)向部件（導(dǎo)軌），很難描述運(yùn)動、只能示教；粗略控制、定位點(diǎn)基本靠目測。一、程序與編程1.編程方法

?不同廠家的機(jī)器人，雖程序不同，但方法一致：FANUC、安川：程序結(jié)構(gòu)、編程方法類似，指令不同；ABB：RAPID語言，程序結(jié)構(gòu)最復(fù)雜（有興趣可參見《ABB工業(yè)機(jī)器人編程全集》）?！锔拍畋嫖鍪窘叹幊桃环N編程方法（最簡單），通過手動機(jī)器人移動、人機(jī)對話操作，將機(jī)器人位置、運(yùn)動要求告知控制器（示教）；控制器記錄、保存運(yùn)動過程，在需要時重復(fù)相同動作（再現(xiàn)）；再現(xiàn)運(yùn)行的機(jī)器人運(yùn)動速度，可與示教操作不同；雖然，示教編程必須在機(jī)器人現(xiàn)場、在線進(jìn)行，但不能將其稱為“現(xiàn)場編程”或“在線編程”?，F(xiàn)場編程只表明編程場所，是否在機(jī)器人現(xiàn)場（車間）；不限定編程方法，可采用示教、也可采用虛擬仿真。在線、離線編程只表明設(shè)備的電氣連接狀態(tài)，機(jī)器人控制器與編程設(shè)備有電氣連接（電纜線）：在線；無連接：離線。不限定編程方法，可采用示教、也可采用虛擬仿真。虛擬仿真用仿真軟件的機(jī)器人虛擬運(yùn)動，代替示教操作的機(jī)器人實(shí)際運(yùn)動，生成程序的一種方法；與編程場所、是否存在電氣連接無關(guān)?！锝Y(jié)論：機(jī)器人編程方法只有示教、虛擬仿真2種，其他的提法都屬于外行胡扯。2.程序組成（安川，線性結(jié)構(gòu)）?由標(biāo)題、命令、結(jié)束符組成（見P139圖6.1-1

）。標(biāo)題?包括程序名、注釋、控制軸組，是程序的識別標(biāo)記，不能重復(fù)使用。程序名字母/數(shù)字/符號，字?jǐn)?shù)有限制，不能使用保留字符。?保留字符：在系統(tǒng)中具有特殊含義的字符，如命令名稱、坐標(biāo)軸名稱等；注釋對程序名的附加說明，可為字母/數(shù)字/符號；字符數(shù)大大超過程序名；僅用于顯示，不影響程序功能、機(jī)器人動作?？刂戚S組用來規(guī)定程序的控制對象；復(fù)雜機(jī)器人系統(tǒng)控制用（詳見后述）。命令用來指定控制系統(tǒng)需要執(zhí)行的操作（包括機(jī)器人運(yùn)動、工具動作等）；程序的主體部分，亦稱指令，前綴的行號（系統(tǒng)自動生成）表示命令的執(zhí)行順序；不同機(jī)器人的格式不統(tǒng)一，差異很大。結(jié)束符表明程序結(jié)束；基本上統(tǒng)一，以“END”標(biāo)記。3.程序特點(diǎn)與編程要求機(jī)器人移動指令無定位目標(biāo)位置（終點(diǎn)）的坐標(biāo)值。?如：MOVLV=800;

MOVL：直線插補(bǔ)（指定機(jī)器人運(yùn)動方式）；

V=800：運(yùn)動速度（800cm/min）；

起點(diǎn)：機(jī)器人現(xiàn)在位置（無需規(guī)定）；

終點(diǎn)：沒有明確，需要示教。作業(yè)命令無作業(yè)參數(shù)，需要在作業(yè)文件中指定。

?如：ARCONASF#(1);

ARCON：啟動弧焊；

ASF#(1)

：用來規(guī)定焊接參數(shù)（焊接電流、電壓、引弧時間等）的文件名?！?/p>

機(jī)器人編程內(nèi)容：包括命令編寫、示教操作、作業(yè)文件編制3方面。二、運(yùn)動軸與坐標(biāo)系1.控制軸與軸組控制軸控制機(jī)器人或工件運(yùn)動的坐標(biāo)軸；機(jī)器人運(yùn)動以關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)為主，故稱關(guān)節(jié)軸；機(jī)器運(yùn)動軸眾多，需要進(jìn)行分組控制?？刂戚S組根據(jù)機(jī)械組件的功能、用途，對運(yùn)動軸進(jìn)行的分組；安川：機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動軸稱機(jī)器人軸組，機(jī)器人整體移動軸稱基座軸組，工件運(yùn)動軸稱工裝軸組；基座軸、工裝軸統(tǒng)稱外部軸；系統(tǒng)越復(fù)雜、軸組越多，單機(jī)器人只有1個機(jī)器人軸組；有不同名稱：ABB稱機(jī)械單元；FANUC稱群組。軸組1：機(jī)器人1軸組軸組2：機(jī)器人2軸組軸組3：機(jī)器人1基座軸組軸組3：工裝軸組?見P141、圖6.1-32.垂直串聯(lián)機(jī)器人基準(zhǔn)線

內(nèi)容：

機(jī)器人回轉(zhuǎn)中心線、下臂中心線、上臂中心線、手回轉(zhuǎn)中心線。作用：定義機(jī)器人坐標(biāo)系、判別機(jī)器人奇點(diǎn)。

?奇點(diǎn)（Singularity）：機(jī)器人運(yùn)動狀態(tài)和速度不可預(yù)測的點(diǎn)，奇點(diǎn)不能用正常的方法控制。機(jī)器人回轉(zhuǎn)中心線：通過腰回轉(zhuǎn)軸J1（S）回轉(zhuǎn)中心、且與安裝底平面垂直的直線。下臂中心線：機(jī)器人下臂上，與下臂擺動軸j2中心線和上臂擺動軸j3擺動中心線垂直相交的直線。上臂中心線：機(jī)器人上臂上，通過手腕回轉(zhuǎn)軸j4回轉(zhuǎn)中心，且與手腕擺動軸擺動中心線垂直相交的直線。手回轉(zhuǎn)中心線：通過手回轉(zhuǎn)軸J6（T）回轉(zhuǎn)中心，且與手腕工具安裝法蘭面垂直的直線。3.機(jī)器人基本坐標(biāo)系?基座坐標(biāo)系、關(guān)節(jié)坐標(biāo)系是所有機(jī)器人必備的基本坐標(biāo)系基座坐標(biāo)系（Basecoordinates）以機(jī)器人安裝基座為基準(zhǔn)的虛擬笛卡爾直角坐標(biāo)系，用來描述機(jī)器人相對于基座的運(yùn)動；又稱機(jī)器人坐標(biāo)系、全局坐標(biāo)系；以機(jī)器人回轉(zhuǎn)中心線為Z軸、以機(jī)器人基座安裝底面為XY平面的虛擬笛卡爾直角坐標(biāo)系；垂直安裝底面向上方向?yàn)?Z向，垂直基座前側(cè)面向外的方向?yàn)?X向，Y軸用右手定則進(jìn)行確定。關(guān)節(jié)坐標(biāo)系（Jointcoordinates）用來表示關(guān)節(jié)位置（相對于零位的絕對回轉(zhuǎn)角度）的坐標(biāo)系；每一軸獨(dú)立定義，坐標(biāo)軸方向、零點(diǎn)位置由機(jī)器人生產(chǎn)廠家規(guī)定（見下）；是系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際控制的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，機(jī)器人工作范圍就是關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的運(yùn)動范圍；?

關(guān)節(jié)坐標(biāo)原點(diǎn)及方向（

★基準(zhǔn)：基座坐標(biāo)系

）：腰回轉(zhuǎn)軸J1（S）；以+Z軸為基準(zhǔn)、右手定則確定方向；上臂中心線平行+XZ平面的位置為0°。下臂擺動軸J2（L）；J1=0°時，以+Y為基準(zhǔn)、右手定則確定方向，下臂中心線與+Z軸平行位置為0°。上臂擺動軸J3（U）；J1=0°時，以-Y軸為基準(zhǔn)、用右手定則確定方向，上臂中心線與+X軸平行的位置，為0°。腕回轉(zhuǎn)軸J4（R）；J1、J2、J3均為0°時，以-X軸為基準(zhǔn)、用右手定則確定方向，手回轉(zhuǎn)中心線與+Z軸平行的位置為0°。腕彎曲軸J5（B）；J1=0°時，以-Y軸為基準(zhǔn)、用右手定則確定方向，手回轉(zhuǎn)中心線與-X軸平行的位置為0°。手回轉(zhuǎn)軸J6（T）；J1、J2、J3均為0°時，以-X軸為基準(zhǔn)、用右手定則確定方向；J6軸通?？蔁o限回轉(zhuǎn)，零點(diǎn)位置由工具安裝法蘭上的定位基準(zhǔn)確定。右手定則回轉(zhuǎn)軸直線軸?基座坐標(biāo)系&關(guān)節(jié)坐標(biāo)系4.

其他坐標(biāo)系?工具(作業(yè)必需)

;工件/大地/用戶坐標(biāo)系(選擇)工件坐標(biāo)系（Objectcoordinates）以工件為基準(zhǔn)、用來描述機(jī)器人相對于工件運(yùn)動的笛卡爾直角坐標(biāo)系；進(jìn)行多工件、相同作業(yè)時，對不同工件的作業(yè)，只需要改變工件坐標(biāo)系、無需改變程序。工具坐標(biāo)系（Toolcoordinates）以手腕基準(zhǔn)坐標(biāo)系為基準(zhǔn)、用來描述機(jī)器人工具姿態(tài)（TCP位置和方向）的坐標(biāo)系；無工具時，工具坐標(biāo)系和手腕基準(zhǔn)坐標(biāo)系重合；機(jī)器人用不同工具進(jìn)行相同作業(yè)時，對不同工具，只需要改變工具坐標(biāo)系、無需改變程序。

?手腕基準(zhǔn)坐標(biāo)系

原點(diǎn)：手腕工具安裝基準(zhǔn)點(diǎn)（TRP）；大地坐標(biāo)系（Worldcoordinates）又稱世界坐標(biāo)系。以大地為基準(zhǔn)、用來描述機(jī)器人基座相對于地面運(yùn)動的笛卡爾直角坐標(biāo)系；無基座軸（機(jī)器人變位器）的機(jī)器人系統(tǒng)，大地坐標(biāo)系與基座坐標(biāo)系重合。用戶坐標(biāo)系（Usercoordinates）以工裝零位為基準(zhǔn)、用來描述機(jī)器人相對于工裝運(yùn)動（工件變位器運(yùn)動）的笛卡爾直角坐標(biāo)系；無工裝軸組（工件變位器）的機(jī)器人系統(tǒng)，用戶坐標(biāo)系與基座坐標(biāo)系重合。方向：J5=0°時，基座坐標(biāo)系+X向、+Z向分別為手腕基準(zhǔn)坐標(biāo)系的+Z向、+X向（注意軸交換?。┭a(bǔ)充習(xí)題：1.以下屬于機(jī)器人控制必需的基本坐標(biāo)系是……（）A.工件坐標(biāo)系B.基座坐標(biāo)系C.關(guān)節(jié)坐標(biāo)系D.工具坐標(biāo)系2.機(jī)器人控制系統(tǒng)能實(shí)際控制的坐標(biāo)系是………（）A.工件坐標(biāo)系B.基座坐標(biāo)系C.關(guān)節(jié)坐標(biāo)系D.工具坐標(biāo)系3.以下屬于虛擬笛卡爾直角坐標(biāo)系的是…………（）A.工件坐標(biāo)系B.基座坐標(biāo)系C.關(guān)節(jié)坐標(biāo)系D.工具坐標(biāo)系4.確定J2、J3軸方向的基準(zhǔn)坐標(biāo)系軸分別是……（）A.+X與+YB.+Y與+Z

C.+X與-X

D.+Y與-Y

5.確定J4、J6軸方向的基準(zhǔn)坐標(biāo)系軸分別是……（）A.+X與+XB.+Y與+Y

C.-X與-X

D.-Y與-Y

6.以下屬于機(jī)器人作業(yè)必需的坐標(biāo)系是…………（）A.工件坐標(biāo)系B.基座坐標(biāo)系C.用戶坐標(biāo)系

D.工具坐標(biāo)系7.多工件、相同作業(yè)時需要設(shè)定的坐標(biāo)系是……（）A.工件坐標(biāo)系B.基座坐標(biāo)系C.用戶坐標(biāo)系

D.工具坐標(biāo)系8.采用工件變位器時需要設(shè)定的坐標(biāo)系是………（）A.工件坐標(biāo)系B.基座坐標(biāo)系C.用戶坐標(biāo)系D.工具坐標(biāo)系9.設(shè)定工具坐標(biāo)系的基準(zhǔn)坐標(biāo)系是………………（）A.基座B.關(guān)節(jié)

C.手腕基準(zhǔn)D.大地

10.J5=0°時，手腕基準(zhǔn)坐標(biāo)系的+Z、+X方向分別為基座坐標(biāo)系的………………………（）A.+Z與+XB.+X與+Z

C.-X與-Z

D.-Z與-X三、機(jī)器人與工具姿態(tài)1.機(jī)器人位置的指定關(guān)節(jié)位置直接以關(guān)節(jié)坐標(biāo)系位置描述，稱為關(guān)節(jié)位置；由于關(guān)節(jié)位置以電機(jī)相對零位所轉(zhuǎn)過的脈沖數(shù)表示，故又稱脈沖位置；

?機(jī)器人關(guān)節(jié)位置是準(zhǔn)確的、唯一的位置。XYZ位置以基座、工件、工具等虛擬笛卡爾直角坐標(biāo)系的X/Y/Z坐標(biāo)值描述的位置；可通過多種關(guān)節(jié)位置合成，必須同時規(guī)定機(jī)器人與工具的姿態(tài)。例如：對于P1點(diǎn)定位：機(jī)身向前下臂向上、上臂前伸、手向下俯機(jī)身向前下臂前伸、上臂上仰、手向下俯機(jī)身向后下臂后傾、上臂上仰、手向上仰2.機(jī)器人姿態(tài)（Robotconfiguration）姿態(tài)與定義用來描述機(jī)器人關(guān)節(jié)軸的狀態(tài)，又稱機(jī)器人形態(tài)或機(jī)器人配置；不同公司產(chǎn)品的定義方法不統(tǒng)一；安川機(jī)器人用機(jī)身前/后、正肘/反肘、手腕俯/仰，以及J1/J4/J6（S/R/T）軸角度進(jìn)行定義。機(jī)身狀態(tài)（前/后）以手腕中心點(diǎn)（WCP）在基準(zhǔn)平面的位置描述；基準(zhǔn)：通過基座坐標(biāo)系Z軸、垂直J1（S）軸的平面；WCP位于基準(zhǔn)平面前側(cè)為“前”，WCP位于基準(zhǔn)平面后側(cè)為“后”；WCP位于基準(zhǔn)平面為臂奇點(diǎn)。

?WCP：

機(jī)器人手腕中心點(diǎn)（WristCenterPoint），垂直串聯(lián)機(jī)器人的WCP點(diǎn)就是手腕擺動軸J5（B軸）與

手回轉(zhuǎn)軸J6（T軸）回轉(zhuǎn)中心線的交點(diǎn)。?

機(jī)身前后（P145、圖6.1-7）J1=0°J1=180°前前后后正肘/反肘用來描述機(jī)器人上/下臂J2/J3（L/U）軸狀態(tài)；基準(zhǔn)線：WCP與J2（L）軸回轉(zhuǎn)中心的連線；下臂中心線與基準(zhǔn)線夾角α＞0°為正肘、α＜0°為反肘；α=0°為肘奇點(diǎn)

。α＞0°α＜0°正肘反肘手腕俯/仰用來描述腕擺動J5（B）軸狀態(tài)；基準(zhǔn)線：J5=0°；J5＞0°為仰，J5＜0為俯，J5=0°為腕奇點(diǎn)。

J5＞0°J5＜0°仰俯J1/J4/J6（S/R/T）軸角度用來描述奇點(diǎn)狀態(tài)，用J1/J4/J6（S/R/T）＜180°或J1/J4/J6（S/R/T）≥180°表示。臂奇點(diǎn)：J1/J4（S/R）失控，可為0°或180°。肘奇點(diǎn)：J4（R）失控，手臂伸長到達(dá)極限。腕奇點(diǎn)：J4/J6（R/T）失控，可為0°或180°。臂奇點(diǎn)肘奇點(diǎn)腕奇點(diǎn)3.工具姿態(tài)（Toolconfiguration）姿態(tài)與定義工具姿態(tài)用來規(guī)定作業(yè)工具的TCP位置和方向；一般通過設(shè)定工具坐標(biāo)系定義；工具方向有多種描述方法；安川、FANUC用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度描述，ABB用四元數(shù)描述。TCPTCP工具坐標(biāo)系的設(shè)定基準(zhǔn)：手腕基準(zhǔn)坐標(biāo)系；TCP位置：TCP點(diǎn)在手腕基準(zhǔn)坐標(biāo)系的X/Y/Z值；工具方向：工具坐標(biāo)系繞手腕基準(zhǔn)坐標(biāo)系Z/X/Y回轉(zhuǎn)的角度Rz/Rx/Ry（注意：先Rz、后Rx/Ry）。Rz=0、Rx=180Rz

=180、Ry

=90?練一練：完成P167~168，練習(xí)一（1）~（8）四、移動命令編程1.命令分類

?安川系統(tǒng)分基本命令與作業(yè)命令2大類?；久羁刂茩C(jī)器人本體動作，使用相同控制系統(tǒng)的機(jī)器人可以通用；分為機(jī)器人移動、輸入/輸出（I/O命令）、程序控制、平移、運(yùn)算等；坐標(biāo)軸原點(diǎn)、范圍，機(jī)器人作業(yè)區(qū)間，工具數(shù)據(jù)、軸最大速度等基本參數(shù)，需要通過系統(tǒng)參數(shù)事先進(jìn)行設(shè)定；可以使用變量、運(yùn)算式編程。作業(yè)命令用來控制作業(yè)工具動作；不同類別（用途）的機(jī)器人有所不同，如弧焊機(jī)器人為引弧/熄弧，焊接電壓/電流設(shè)定等，搬運(yùn)機(jī)器人為抓手控制等；多參數(shù)、復(fù)雜作業(yè)命令需要引用作業(yè)文件；簡單作業(yè)命令可直接編程。作業(yè)文件用來規(guī)定多個作業(yè)參數(shù)的特定程序文件，如弧焊機(jī)器人的焊接電壓/電流、引弧/熄弧時間、擺焊角度/頻率等；使用復(fù)雜作業(yè)命令前，需要先編制作業(yè)文件；作業(yè)文件也可通過示教操作編制。2.移動命令說明命令格式

命令符：必需項(xiàng)，指定機(jī)器人運(yùn)動方式（關(guān)節(jié)插補(bǔ)、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)等）；

添加項(xiàng)：可選項(xiàng)，用來指定移動條件，如速度、加速度、定位精度等。速度指定VJ：關(guān)節(jié)移動速度，最大速度的百分率（%）；V：TCP移動速度，單位mm/s或cm/min；VR：工具定向速度（0.1°/s）；VE：外部軸移動速度（%）；VVRVE加速度指定ACC：啟動加速度，最大加速度的百分率（%）；DEC：停止加速度，最大加速度的百分率（%）。定位精度指定通過到位區(qū)間（定位等級）PL=0~8定義，PL=0準(zhǔn)確、PL=8粗略；PL值可通過系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定；到位后系統(tǒng)即開始執(zhí)行下一指令，本指令的移動依靠閉環(huán)位置調(diào)節(jié)完成；選擇PL=1~8，將在拐角處產(chǎn)生圓弧軌跡。PL=8PL=2關(guān)節(jié)插補(bǔ)MOVJ基本格式：MOVJVJ=50;//速度可通過VJ值改變所有需要運(yùn)動的關(guān)節(jié)軸同時啟動、同時停止；起點(diǎn)：TCP當(dāng)前位置；終點(diǎn)：通過示教指定；速度：TCP速度為VJ；運(yùn)動軌跡由各關(guān)節(jié)軸運(yùn)動合成，一般不是直線。3.常用移動命令編程關(guān)節(jié)插補(bǔ)直線插補(bǔ)MOVL基本格式：MOVLV=500;//速度可通過V值改變所有需要運(yùn)動的關(guān)節(jié)軸同時啟動、同時停止；起點(diǎn)：TCP當(dāng)前位置；終點(diǎn)：通過示教指定；速度：TCP速度為V；運(yùn)動軌跡是連接起點(diǎn)和終點(diǎn)的直線。直線插補(bǔ)圓弧插補(bǔ)MOVC基本格式：MOVCV=300;//速度可通過V值改變所有需要運(yùn)動的關(guān)節(jié)軸同時啟動、同時停止；起點(diǎn)：TCP當(dāng)前位置；中間點(diǎn)/終點(diǎn)：通過示教指定；速度：TCP切線速度為V；運(yùn)動軌跡是連接起點(diǎn)、中間點(diǎn)和終點(diǎn)的圓弧。圓弧插補(bǔ)基本步驟接通控制系統(tǒng)總開關(guān)、系統(tǒng)開機(jī)；握住示教器伺服啟動開關(guān)、啟動伺服；用示教器選定坐標(biāo)系；用示教器的手動移動鍵，將機(jī)器人移動到指令目標(biāo)位置（移動命令終點(diǎn)）；

?注意：只需要保證終點(diǎn)準(zhǔn)確，與手動操作時的軸運(yùn)動次序、運(yùn)動軌跡、運(yùn)動過程無關(guān)。用插補(bǔ)方式鍵，選擇命令MOVJ或MOVL/MOVC等；根據(jù)需要，更改移動速度、添加其他添加項(xiàng)。4.移動