工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知

工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用ApplicationofIndustrialRobotTechnology任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知從工業(yè)機器人的總體結(jié)構(gòu)上看，可以分為“三大部分六個系統(tǒng)”。三大部分、六大系統(tǒng)是一個統(tǒng)一的整體。任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知1.驅(qū)動系統(tǒng)

機器人驅(qū)動系統(tǒng)的作用是為執(zhí)行元件提供動力，常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電動機驅(qū)動三種類型。

根據(jù)需要，三種驅(qū)動類型可以組合使用，目前最常用的是電動機驅(qū)動。任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知內(nèi)容驅(qū)動方式液壓驅(qū)動氣動驅(qū)動電機驅(qū)動輸出功率很大，壓力范圍為50～140N/cm2大，壓力范圍為48～60N/cm2，最大可達100N/cm2較大控制性能利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制。氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制?？刂凭雀?，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜。響應(yīng)速度很高較高很高結(jié)構(gòu)性能及體積

結(jié)構(gòu)適當，執(zhí)行機構(gòu)可標準化、模擬化，易實現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較大。

結(jié)構(gòu)適當，執(zhí)行機構(gòu)可標準化、模擬化，易實現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小。

伺服電動機易于標準化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動機一般需配置減速裝置，除DD電動機外，難以直接驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊，無密封問題。安全性

防爆性能較好，用液壓油作傳動介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險。

防爆性能好，高于1000kPa(10個大氣壓)時應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性。

設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi)危險，直流有刷電動機換向時有火花，對環(huán)境的防爆性能較差。對環(huán)境的影響液壓系統(tǒng)易漏油，對環(huán)境有污染排氣時有噪聲無在工業(yè)機器人中應(yīng)用范圍適用于重載、低速驅(qū)動，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機器人、點焊機器人和托運機器人。適用于中小負載驅(qū)動、精度要求較低的有限點位程序控制機器人，如沖壓機器人本體的氣動平衡及裝配機器人氣動夾具。適用于中小負載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機器人，如AC伺服噴涂機器人、點焊機器人、弧焊機器人、裝配機器人等。成本液壓元件成本較高成本低成本高維修及使用方便，但油液對環(huán)境溫度有一定要求方便較復(fù)雜任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知2.機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（也就傳統(tǒng)稱為機器人“本體”）由機身、手臂、手腕、末端執(zhí)行器四大件組成，有的機器人還有行走機構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機器人有3～6個運動自由度。圖2-12機器人機械結(jié)構(gòu)組成1-手部（末端執(zhí)行器）2-手腕3-臂部4-機身任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知2.機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)1-手部（末端執(zhí)行器）2-手腕3-臂部4-機身（1）機身

起支承作用，固定式機器人的基座直接連接在地面基礎(chǔ)上，移動式機器人的基座安裝在移動機構(gòu)上。任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知2.機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（2）手臂

手臂內(nèi)部圖

聯(lián)接機身和手腕，主要改變末端執(zhí)行器的空間位置。在工作中直接承受腕、手和工件的靜、動載荷，自身運動又較多，故受力復(fù)雜。任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知2.機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（2）手臂橫梁式立柱式機座式屈伸式機身設(shè)計成橫梁式，用于懸掛手臂部件，這類機器人大都為移動式。立柱式機器人多采用回轉(zhuǎn)型、俯仰型或屈伸型的運動形式，是一種常見的配置形式。機身設(shè)計成機座式，這種機器人可以使獨立的、自成系統(tǒng)的控制裝置，可以隨意安放和搬動。屈伸式機器人的臂部可以有大小臂組成，大小臂間有相對運動，成為屈伸臂。手臂結(jié)構(gòu)可分為橫梁式、立柱式、機座式和屈伸式四種。任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知2.機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（3）手腕手腕關(guān)節(jié)組合示意圖

聯(lián)接臂部和末端執(zhí)行器，手腕確定末端執(zhí)行器的作業(yè)姿態(tài)，一般需要三個自由度，由三個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組合而成，組合方式多樣。任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知2.機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（4）手部（末端執(zhí)行器）

手部法蘭是機器人的作業(yè)工具。如抓取工件的各種抓手、取料器、專用工具的夾持器等，還包括部分專用工具，如擰螺釘螺母機、噴槍、焊槍、切割頭、測量頭等。任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知2.機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)常用的抓手按其握持原理可以分為夾持類和吸附類兩大類。

（a）碼垛抓持料袋抓手

（b）吸取玻璃抓手抓手應(yīng)用任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知2.機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)①夾持類

夾鉗式是工業(yè)機器人最常用的一種手部形式，一般夾鉗式由以下幾部分組成：手指、傳動機構(gòu)、驅(qū)動裝置和支架。1-手指

2-傳動機構(gòu)

3-驅(qū)動裝置

4-支架

5-工件圖2-17夾鉗式手部的組成任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知2.機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)①夾持類

手指：直接與工件接觸的構(gòu)件。手部松開和夾緊工件是通過手指的張開和閉合來實現(xiàn)的。它們的結(jié)構(gòu)形式常取決于被夾持工件的形狀和特性。（a）V型指（b）平面指（c）尖指（d）特形指圖2-18手指與被夾物件的形狀與特性關(guān)系表任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知2.機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)根據(jù)工件形狀、大小及被夾持部位材料的硬度、表面性質(zhì)等的不同，手指的指面有光滑指面、齒形指面和柔性指面等三種形式。夾持金屬材料的抓手分類如圖所示。（a）平行抓手（b）三爪平行抓手（c）角抓手（d）鈑金抓手夾持金屬抓手分類任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知2.機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)②吸附類

吸附類主要有氣吸式和磁吸式兩種。

圖2-20氣吸吸盤

圖2-21電磁吸盤任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知

氣吸式手部是工業(yè)機器人常用的一種吸持工件的裝置，由一個或多個吸盤、吸盤架及進排氣系統(tǒng)組成。氣吸式手部具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便可靠等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于非金屬材料（如板材、紙張、玻璃等物體）或不可有剩磁的材料的吸附。氣吸式手部的另一個特點是對工件表面沒有損傷，且對被吸持工件預(yù)定的位置精度要求不高。但是，氣吸式手部要求工件上與吸盤接觸部位光滑平整、清潔，被吸工件材質(zhì)致密，沒有透氣空隙。任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知

磁吸式手部利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來吸附工件，其應(yīng)用較廣。磁吸式手部與氣吸式手部相同，不會破壞被吸持工件表面質(zhì)量。磁吸式手部比氣吸式手部優(yōu)越的方面是具有較大的單位面積吸力，對工件表面粗糙度及通孔、溝槽等無特殊要求。任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知2.機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由于大部分工業(yè)機器人的手部只有兩個手指，而且手指上一般沒有關(guān)節(jié)，因此取料不能適應(yīng)物件形狀的變化，不能使物體表面承受均勻的夾持力，也無法滿足對復(fù)雜形狀、不同材質(zhì)的物體實施夾持和操作。為了提高機器人手部和手腕的操作能力、靈活性和快速反應(yīng)能力，使機器人能像人手一樣進行各種復(fù)雜的作業(yè)，必須有一個運動靈活、動作多樣的靈巧手，即仿人手。手指的關(guān)節(jié)通常通過鋼絲繩、記憶合金、人造肌纖維驅(qū)動。任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知2.機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)有了像人一樣的“手指”，就可以做更多細致精確的動作了！它也可以心靈手巧了！

仿人手機器人的動作任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知2.機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)多指機器人主要有柔性手和多指靈活手兩種。圖2-23柔性手和多指靈活手（a）多關(guān)節(jié)柔性手（b）三指靈巧手（c）四指靈巧手任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知3.機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)是實現(xiàn)工業(yè)機器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。機器人與外部設(shè)備集成為一個功能單元，如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等；也可以是多臺機器人、多臺機床或設(shè)備、多個零件儲存裝置等集成為一個去執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的功能單元。任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知3.機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)達?芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)主要由一個人機控制臺（外科醫(yī)生），一個裝有四支7自由度交互手臂的手術(shù)臺和一個高精度的3DHD視覺系統(tǒng)構(gòu)成，如圖2-24所示。

圖2-24達?芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知4.感受系統(tǒng)感受系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器和外部傳感器組成，其作用是獲取機器人內(nèi)部和外部環(huán)境信息，并把這些信息反饋給控制系統(tǒng)。內(nèi)部傳感器用于檢測各個關(guān)節(jié)的位置、速度等變量，為閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)提供反饋信息。外部傳感器用于檢測機器人與周圍環(huán)境之間的狀態(tài)變量，如距離、接近程度和接觸情況等，用于引導(dǎo)機器人，便于其識別物體并做出相應(yīng)處理。外部傳感器一方面使機器人準確地獲取周圍環(huán)境情況，另一方面也能起到誤差矯正的作用。任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知4．感受系統(tǒng)如圖2-27為工業(yè)機器人的“五官”系統(tǒng)，包括了觸覺（力與力矩傳感器）、視覺（視頻）、聽覺（語音）、工業(yè)PDA（RFID讀寫器）等，向工業(yè)機器人發(fā)送信息，構(gòu)成信息反饋控制系統(tǒng)。圖2-26工業(yè)機器人的視覺定位系統(tǒng)

圖2-27工業(yè)機器人的“五官”系統(tǒng)任務(wù)一：工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)認知5.人機交互系統(tǒng)