机器人的基本结构原理

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课程名称农业机器人任课教师李玉柱第2章机器人的基本结构原理计划学时 3 教学目的和要求：

1.弄清机器人的基本构成；

2.了解机器人的主要技术参数；

3.了解机器人的手部、腕部和臂部结构；

4.了解机器人的机身结构；

5.了解机器人的行走机构

重点：

1.掌握机器人的基本构成

2.弄清机器人都有哪些主要技术参数

3.机器人的手部、腕部和臂部结构

难点：

机器人的手部、腕部和臂部结构

思考题：

1.机器人由哪些部分组成？

2.机器人的主要技术参数有哪些？

3.机器人的行走机构共分几类，请想象未来的机器人能

否有其它类型的行走机构？

第2章概论

教学主要内容：

2.1机器人的基本构成

2.2机器人的主要技术参数

2.3人的手臂作用机能初步分析

2.4机器人的机械结构构成

2.5机器人的手部

2.6机器人的手臂

2.7机器人的机身

2.8机器人的行走机构

本章介绍了机器人的基本构成、主要技术参数，人手臂作用机能，在此基础上对机器人的手部、手腕、手部、。机身、行走机构等原理及相关的结构设计进行讨论，使学生对机器人的机构和原理有较为清楚的了解。

2.1机器人的基本构成

简单地说：机器人的原理就是模仿人的各种肢体动作、思维方式和控制决策能力。

不同类型的机器人其机械、电气和控制结构也不相同，通常情况下，一个机器人系统由三部分、六个子系统组成。这三部分是机械部分、传感部分、控制部分；六个子系统是驱动系统、机械系统、感知系统、人机交互系统、机器人-环境交互系统、控制系统等。如图2-1所示。

●是由关节连在一起的许多机械连杆的集合体，

关节通常分为转动关节和移动关节，移动关节允许连杆做直线移动，转动关节仅允许连杆之间发生旋转运动。

个主要部●常规的驱

接地与臂、腕或手上的机械连杆或关节连接在一起，也可以使用齿轮、带、链条等机械传动机构间接传动。

●感知系统

．．．．由一个或多个传感器组成，用来获取内部和外部环境中的有用信息，通过这些信息确定机械部件各部分的运行轨迹、速度、位置和外部环境状态，使机械部件的各部分按预定程序或者工作需要进行动作。传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化水平。

●控制系统

．．．．其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的执行机构去完成规定的运动和功能。若机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；若具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。根据控制原理，控制系统又可分为程序控制系统、

适应性控制系统和人工控制系统。根据控制运动的形式，控制系统还可分为点位控制和规矩控制。

●机器人

．．．．．．是实现机器人与外部环境中的设．．．-．环境交互系统

备相互联系和协调的系统。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，也可以是多台机器人或设备集成为一个复杂任务的功能单元。

●人机交互系统

．．．．．．是使操作人员参与机器人控制并与机器人进行连续的装置。例如计算机的标准终端、指令控制台、信息显示板及危险信号报警器等。归纳起来人机交互系统可分为两大类：指令给定装置和信息显示装置。

机器人作为一个系统，它由如下部件构成：

机械手或移动车这是机器人的主体部分，由连杆，活动关节以及其它结构部件构成，使机器人达到空间的某一位置。如果没有其它部件，仅机械手本身并不是机器人。（相当于人的身体或手臂）

末端执行器连接在机械手最后一个关节上的部件，它一般用来抓取物体，与其他机构连接并执行需要的任务，机器人制造上一般不设计或出售末端执行器，多数情况下，他们只提供一个简单的抓持器。（相当于人的手）

末端执行器安装在机器人上以完成给定环境中的任务，如焊接，喷漆，涂胶以及零件装卸等就是少数几个可能需要机器人来完成的任务。通常，末端执行器的动作由机器人控制器

直接控制，或将机器人控制器的信号传至末端执行器自身的控制装置（如PLC）

驱动器驱动器是机械手的“肌肉”。常见的驱动器有伺服电机，步进电机，气缸及液压缸等，也还有一些用于某些特殊场合的新型驱动器，它们将在第6章进行讨论。驱动器受控制器的控制。

传感器传感器用来收集机器人内部状态的信息或用来与外部环境进行通信。机器人控制器需要知道每个连杆的位置才能知道机器人的总体构型。人即使在完全黑暗中也会知道胳膊和腿在哪里，这是因为肌腱内的中枢神经系统中的神经传感器将信息反馈给了人的大脑。大脑利用这些信息来测定肌肉伸缩程度进而确定胳膊和腿的状态。对于机器人，集成在机器人内的传感器将每一个关节和连杆的信息发送给控制器，于是控制器就能决定机器人的构型。机器人常配有许多外部传感器，例如视觉系统，触觉传感器，语言合成器等，以使机器人能与外界进行通信。

控制器机器人控制器从计算机获取数据，控制驱动器的动作，并与传感器反馈信息一起协调机器人的运动。假如要机器人从箱柜里取出一个零件，它的第一个关节角度必须为35°，如果第一关节尚未达到这一角度，控制器就会发出一个信号到驱动器（输送电流到电动机），使驱动器运动，然后通过关节上的反馈传感器（电位器或编码器等）测量关

节角度的变化，当关节达到预定角度时，停止发送控制信号。对于更复杂的机器人，机器人的运动速度和力也由控制器控制。机器人控制器与人的小脑十分相似，虽然小脑的功能没有人的大脑功能强大，但它却控制着人的运动。

处理器处理器是机器人的大脑，用来计算机器人关节的运动，确定每个关节应移动多少和多远才能达到预定的速度和位置，并且监督控制器与传感器协调动作。处理器通常就是一台计算机（专用）。它也需要拥有操作系统，程序和像监视器那样的外部设备等。

软件用于机器人的软件大致有三块。第一块是操作系统，用来操作计算机。第二块是机器人软件，它根据机器人运动方程计算每一个关节的动作，然后将这些信息传送到控制器，这种软件有多种级别，从机器语言到现代机器人使用的高级语言不等。第三块是例行程序集合和应用程序，它们是为了使用机器人外部设备而开发的（例如视觉通用程序），或者是为了执行特定任务而开发的。

在许多系统中，控制器和处理器放置在同一单元中。虽然这两部分放在同一装置盒内甚至集成在同一电路中，但他们有各自的功能。

2.2 机器人主要技术参数

由于机器人的结构、用途和用户要求的不同，机器人的技术参数也不同。一般来说，机器人的技术参数主要包括自由度、工作范围、工作速度、承载能力、精度、驱动方式、控制方式等。

●自由度

．．．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，但是一般不包括手部（末端操作器）的开合自由度。自由度表示了机器人动作灵活的尺度。

机器人的自由度越多，越接近人手的动作机能，其

．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

通用性越好；

．．．．．．但是自由度越多结构也越复杂。

．．．．．．．．．．．．．．

图2-2 三自由度机器人图2-3 六自由度机器人

●工作范围

．．．．机器人的工作范围是指机器人手臂或手部安

装点所能达到的空间区域。因为手部末端操作器的尺寸

和形状是多种多样的，为了真实反映机器人的特征参数，这里指不安装末端操作器时的工作区域。机器人工作范围的形状和大小十分重要，机器人在执行作业时可能会因为存在手部不能达到的作业死区而无法完成工作任务。机器人所具有的自由度数目机器组合决定其运动图形；而自由度的变化量（即直线运动的距离和回转角度的大小）则决定着运动图形的大小。

●工作速度

．．．．指机器人在工作载荷条件下、匀速运动过程中，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。产品说明书中一般提供了主要运动自由度的最大稳定速度，但是在实际应用中仅考虑最大稳定速度是不够的。这是因为运动循环包括加速启动、等速运行和减速制动三个过程。如果最大稳定速度高允许的极限加速度小，则加减速的时间就会长一些，即有效速度就要低一些。所以，在考虑机器人运动特性时，除了要注意最大稳定速度外，还应注意其最大允许的加减速度。

●承载能力

．．．．指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大负载，通常可以用质量、力矩、惯性矩来表示。

承载能力不仅决定于负载的质量，而且还与机器人运行的速度和加速度的大小和方向有关。一般低速运行时，承载能力大，为安全考虑，规定在高速运行时所能抓起

的工件质量作为承载能力指标。

图2-4 排爆机器人

●定位精度、重复精度和分辨率

．．．．．．．．．．．．．定位精度

．．．．是指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异。如果机器人重复执行某位置给定指令，它每次走过的距离并不相同，而

是在一平均值附近变化，变化的幅度代表重复精度

．．．．。

分辨率

．．．是指机器人每根轴能够实现的最小移动距离或最小转动角度。定位精度、重复精度和分辨率并不一定相关，它们是根据机器人使用要求设计确定的，取决于机器人的机械精度与电气精度。

●驱动方式

．．．．是指机器人的动力源形式，主要有液压驱动、气压驱动和电力驱动等方式。

●控制方式

．．．．指机器人用于控制轴的方式，目前主要分为伺服控制和非伺服控制。

2.3 人的手臂作用机能初步分析

人的上肢大体上可以分为大臂、小臂、手部三大部分。大臂通过肩关节与躯干相连接，小臂与手之间通过腕关节相连接。手部由手掌与五个手指构成。从工程学的角度出发，将臂部从肩关节起到手腕关节的活动机能用自由度加以描述，则每个可看作缸体的部分，在空间都有沿x、y、z轴的三个移动自由度，以及绕x、y、z轴的三个转动自由度。

人手共有27个自由度。

图2-5 人臂的自由度图2-6 人手的自由度

人的手指通过关节的屈伸，可以进行种种的复杂动作。尤其是大拇指与其他四指不同，它除了有与其他四指相同的屈伸功能外，还具有内外转动的机能，以及与其他四个指对向的机能，这种对向动作，大大提高了手的把握机能。从机构学的角度，将日常生活中常见手的握持动作大致可以区分。

在考虑机械手的把握机能时，除必须考虑机械手自身的机构和机构外，还必须对对象物及环境等进行分析。作为机械手自身，存在手指的大小、形状、根数、手指接触表面的状态与手指的配置情况问题。同时，还存在一个为充分发挥其作用，全体所具有的自由度数问题。

对象物的条件请参见表2-1 ，P13

对于有条件约束的机械手，在确定手指所需握力时还应考虑由于惯性与振动的影响而产生的附加力。

如果在机械手上再加上感知性传感元件，感知到手指表面是否接触到对象物，抓着对象物时的强弱，以及被加在手上的外力大小，手指的开闭程度等，就成了具有智能的高级机械手。

2.4 机器人机械结构组成

通常机器人由手部、手腕、手臂。机身和行走机构组成。 手部机器人为了进行作业，通常在手腕上配置的操作机构，也称末端操作器。其主要作用是抓取物体，对其进

行相关操作。

●手腕连接手部和手臂的部件，主要作用是改变手部的空

间方向和将作业载荷传到手臂。它有独立的自由度，以使机器人的手能满足复杂的动作要求。

●手臂连接机身和手腕的部分，主要作用是把被抓取的工

件运送到给定的位置，并将各种载荷传递到机座。

●机身它是机器人的基础部分，起支承作用。固定式机器

人的机身直接连在地面或者平台上，移动式机器人的机身安装在移动机构上。

●移动机构移动机器人需要移动机构，它能根据工作任务

的要求，带动机器人在一定范围空间内运动。

机器人的手部是最重要的执行机构，可分为：工业机器人的手部和仿人机器人的手部。

工业机器人的手部

2.4.1夹钳式手部

它一般由手指和驱动装置、传动机构和承接支架组成，能通过手抓的开闭动作实现对物件的夹持。

图2-8夹钳式手部

1-手指； 2，4-传动机构

3-驱动装置；5-工件

1. 手指

手指是直接与物件接触的构件。手指的张开和闭合实现

了松开和加紧物件。通常机器人的手部只有两个手指，也有三个或多个手指。它们的结构形式常取决于被夹持工件的形状和特性。

把持机能良好的机械手，除手指具有适当的开闭范围、足够的握力与相应的精度外，其手指的形状应顺应被抓取对象物的形状。例如，对象物若为圆柱形，则往往采样V形手指，如图2-9（a）所示；对象物为方形，则大多采用平面形手指，如图2-9（b）所示；用于夹持小型或柔性工件的尖指，如图2-9（c）所示；适用于形状不规则工件的专用特形指，如图2-9（d）所示。

图2-9 夹钳式手的指端

根据工件形状、大小及其被夹持部位材质软硬、表面性质等的不同，主要有光滑指面、齿型指面和柔性指面三种形式。

光滑指面其指面平整光滑，用来夹持已加工表面，避免已加工的光滑表面受损伤。

齿型指面其指面刻有齿纹，可增加与被夹持工件间的摩擦力，以确保夹紧可靠，多用来夹持表面粗糙的毛坯和半成品。

柔性指面其镶衬了橡胶、泡沫、石棉等物，有增加摩擦力、保护工件表面、隔热等作用。一般用来夹持已加工表面、炽热件，也适于夹持薄壁件和脆性工件。

2. 传动机构

传动机构是向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作的机构。根据手指开合的特点可分为回转型和平移型。

回转型传动机构其手部的手指是一对杠杆，再同斜楔、滑槽、连杆、齿轮、涡轮蜗杆或螺杆等机构组成符合杠杆传动机构，以改变传力比、传动比及运动方向等。

平移型传动机构它是通过手指的指面做直线往复运动，或平面移动实现张开与闭合动作的。常用于夹持具有平行平面的工件，因其结构比较复杂，不如回转型应用广泛。

二、吸附式手部

吸附式手部依靠吸附力取料，根据吸附力不同可分为气吸附和磁吸附两种形式。吸附式手部适应于抓取大平面、易碎、微小的物体。

1.气吸式手部是机器人常用的一种吸持对象的装置，是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而工作的。

可分为真空吸附、气流负压吸附和挤压排气式吸附等。

2. 磁吸式手部利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的磁力来吸附对象，与气吸式手部相同，磁吸式手部不会破坏被吸对象的表面质量。

2.4.2仿人机器人的手部

一、柔性手

为了能对不同外形的物体实施抓取，并使物体表面受力比较

均匀，一次研制出了柔性手。

二多指灵巧手

多指灵巧手由多个手指组成，每一个手指有三个回转关节，每一个关节自由度都是独立控制的。图2-22为哈尔滨工业大学和德国宇航中基于DLRII灵巧手合作开发的具有多种传感功能的新一代机器人HIT/DLR灵巧手，有4个相同结构的模块化手指、13个自由度，具有位置、温度等多种传感器。

2.4.3 机械手驱动力学计算【选讲内容】

1.夹紧力的计算

手指握紧工件时所需要的力称为握力（即夹紧力），握力的大小与被夹持工件的重量、重心位置以及夹持工件的方位有关。

图2-23 夹持悬伸工件时的受力分析

设夹紧力N位于手指与工件接触面的对称面内，两力大小相等，方向相反。工件重G，重心在C点，由于重力作用线与手指夹持工件时的对称平面不重合，因此，手指附加承受工件的悬伸偏重力矩为GL。设在偏重力矩的作用下，工件对手指的反作用力按三角形分布。为防止工件下移，下指对工件产生的反作用力R1=G，为防止工件转动，上下指对工件产生一力矩2R2H/6=GL。其中R2为手指对工件的反作用力的合力。

对O1点取矩：

对O2点取矩：

二试相加整理得：

K3称为方位系数，它与手指和工件的形状以及手指夹持工件时的方位有关。

2.驱动力的计算

当工件重量，手指指形，工件的形状和夹持的方位确定后，即可查看教材P21表2-2的握力计算公式，可求出驱动力的大小。为了考虑工件在传送过程中产生的惯性力，振动以及传力机构效率的影响，其实际的驱动力P s应按下式计算。

P s≥P

2

1K

K

式中P—驱动力，N；

η—手部的机械效率，一般取0.85~0.95；

K1—安全系数，一般取1.2~2；

K2—工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，K2可由下式估计，K2=1+α/g

α—被抓取工件运动时的最大加速度；

g—重力加速度。

握力与驱动力P的关系，取决于传力机构的结构形式及尺寸等。

2.5 机器人的手腕

机器人手腕是连接手部和手臂的部件，它的作用是调节

或改变工件的方位，因而具有独立的自由度，以使机器人手部满足复杂的动作要求。

手腕按自由度数目可分为单自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。

1. 单自由度手腕如图2-27所示，图2-27（a）是一种翻转（Roll）关节，它将手臂纵轴线和手腕关节轴线构成共轴形式。这种R关节旋转角度大，可达到360°以上。图2-27（b）、（c）是一种折曲（Bend）关节，关节轴线与前后两个连接件的轴线相垂直。这种B关节因为受到结构上的干涉，旋转角度小，大大限制了方向角。图2-27（d）是一种移动（Move）关节。

2. 二自由度手腕二自由度手腕可以由一个R关节和一个B 关节组成BR手腕，，如图2-28（a）所示。也可以由两个B 关节组成BB手腕，如图2-28（b）但是，不能由两个RR 关节组成RR手腕，因为两个R共线，所以退化了一个自由度，实际只构成了一个单自由度手腕。

3. 三自由度手腕它可以由B关节和R关节组成多种形式。图2-29（a）所示是通常见到的BBR手腕，使手部具有俯仰、偏转和翻转运动，即RPY运动。图2-29（b）所示是一个B 关节和两个R关节组成的BRR手腕，为了不使自由度退化，使手部产生RPY运动，第一个R关节必须进行如图所示的偏置。图2-29（c）所示是三个R关节组成的RR手腕，它

可以实现手部的RPY运动。图2-29（d）所示是BBB手腕，很明显，它已退化为二自由度手腕，只有PY运动，实际上不采用这种手腕。此外，B关节和R关节排列的次序不同，也会产生不同的效果，透视产生了其他三种形式的三自由手腕。为了使手腕结构紧凑，通常把两个B关节安装在一个十字接头上。

设计手腕时除应满足启动和传送过程中所需的输出力矩外，还要求手腕结构简单，紧凑轻巧，避免干涉. 传动灵活，多数情况下，要求将腕部结构的驱动部分安排在小臂上，使外形整齐. 也可以设法使几个电动机的运动传递到同轴旋转的心轴和多层套筒上去，运动传入手腕部后再分别实现各个动作。下面介绍几个常见的机器人手腕结构。

(1)单自由度手腕

图2-30 所示为采用回转油缸的手腕结构。定片 1 与后盖3，回转缸体6 和前盖7 均用螺钉和销子进行连接和定位，动片2 与手都的夹紧油缸缸体(或转轴) 4 用键连接。缸体4 与指座8 因连成一体。当回转油缸的两腔分别通人压力油时，驱动动片连同夹紧油缸缸体1和指座8一同转动，即是手腕的回转运动。此手腕具有结构简单和紧凑等优点。见图2-30

(2)二自由度手腕

图2-31 所示为双手悬挂式机器人实现手腕回转和左右

摆动的结构图。V—V 剖面所表示的是油缸外壳转动而中心轴不动，以实现手腕的左右摆动；L—L 剖面所表示的是油缸外壳不动而中心轴回转，以实现手腕的回转运动。其油路的分布如剖面所示。

图2-32 所示为KUKAIR 662/100 型机器人的手腕传动)条理图。这是一个具有3 个自由度的手腕结构，关节配置形式为臂转、腕摆、手转结构。其传动链分成两部分：一部分在机器人小臂壳内， 3 个电动机的输出通过带传动分别传递到同轴传动的心轴、中间套、外套筒上；另一部分传动链安排在手腕部，图2-33 所示为手腕部分的装配图。

P26 图2-32

其传动路线如下。

①臂转运动臂部外套筒与手腕壳体7 通过端面法兰连接，外套筒直接带动整个手腕旋转完成臂转运动。

②腕接运动臂部中间套通过花键与空心轴4 连接，空心轴另一端通过一对锥齿轮12、13 带动腕摆谐波减速器的波发生器16，波发生器上套有轴承和柔轮14，谐波减速器的定10 与手腕壳体相连，动轮11通过盖18 和腕摆壳体19 相固按，当中间套带动空心轴旋转时，腕摆壳体做腕摆运动。

③手转运动臂部心轴通过花键与腕部中心轴 2 连接，中心轴的另一捕通过一对锥齿轮45、46 带动花键轴41，

花键轴的另一端通过同步齿形带传动44、36 带动花键轴35，再通过一对锥齿轮传动33、带动谐波减速器的波发生器25，波发生器上套有轴承和柔轮29，谐波减速器的定轮31通过底座34与腕摆壳体相连，动轮24 通过安装架23 与连接手部的法兰30相固定，当臂部心轴带动腕部中心轴旋转时，法兰盘作手转运动。

2.6 机器人的手臂

手臂是机器人执行机构中重要的部件，它的作用是支承腕部和手部，井将披抓取的工件运送到给定的位置上。机器人的臂部主要包括臂杆以及与其运动有关的构件，包括传动机构、驱动装置、导向定位装置、支承连接和位置检测元件等。此外，还有与腕部或手臂的运动和连接支承等有关的构件，其结构形式如图2~34 所示。

2.6.1 机器人的手臂

一般机器人手臂有 3 个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)运动。手臂回转和升降运动是通过机座的立柱实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现。手臂的 3 个自由度，可以有不同的运动(自由度)组合，通常可以将其设计成如图2-34 五种形式。

①圆柱坐标型如图2-34(a)所示，这种运动形式是通过一个转动，两个移动，共三个自由度组成的运动系统，工作

空间图形为圆柱形。它与直角坐标型比较，在相同的工作空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大。

②直角坐标型如图2-34(b)所示，直角坐标型机器人，其运动部分由三个相互垂直的直线移动组成，其工作空间图形为长方体。它在各个轴向的移动距离，可在各坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高、结构简单，但机体所占空间体积大、灵活性较差。

③球坐标型如图2-34(c)所示，又称极坐标型，它由两个转动和一个直线移动所组成，即一个回转，一个俯仰和一个伸缩运动组成，其工作空间图形为一球体，它可以作上下俯仰动作并能够抓取地面上或较低位置的工件，具有结构紧凑、工作空间范围大的特点，但结构轻复杂。

④关节型如图2-34(d)所示，关节型又称回转坐标型，这种机器人的手臂与人体上肢类似，其前三个关节都是回转关节，这种机器人一般由立柱和大小臂组成，立柱与六臂同形成肩关节，大臂与小臂间形成肘关节，可使大臂作回转运动θ1和使大管作俯仰摆动θ2，小臂作俯仰摆动θ3。其特点是工作空间范围大，动作灵活，通用性强，能抓取靠近机座的物体。

⑧平面关节型如图2-34(e)所示，采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制前后、左右运动，而移动关节则实现上下运动，具工作空间的轨迹图形，它的纵截

工业机器人原理及应用实例

工业机器人原理及应用实例 一、工业机器人概念 工业机器人是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用 机械装置；由计算机控制，是无人参与 的自主自动化控制系统；他是可编程、 具有柔性的自动化系统，可以允许进行 人机联系。可以通俗的理解为“机器人 是技术系统的一种类别，它能以其动作 复现人的动作和职能；它与传统的自动 机的区别在于有更大的万能性和多目 的用途，可以反复调整以执行不同的功 能。” 二、组成结构 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座 和执行机构，包括臂部、腕部和手部， 有的机器人还有行走机构。大多数工业 机器人有3～6个运动自由度，其中腕 部通常有1～3个运动自由度；驱动系 统包括动力装置和传动机构，用以使执 行机构产生相应的动作；控制系统是按 照输入的程序对驱动系统和执行机构 发出指令信号，并进行控制。 三、分类 工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直 角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升 降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部 能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有 多个转动关节。 工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。 点位型只控制执行 机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、 装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机 构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和 涂装等作业。 工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程 输入型是将计算机上已编好的作业程 序文件，通过RS232串口或者以太网等 通信方式传送到机器人控制柜。 示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵 盒)，将指令信号传给驱动系统，使执 行机构按要求的动作顺序和运动轨迹 操演一遍；另一种是由操作者直接领动 执行机构，按要求的动作顺序和运动轨 迹操演一遍。在示教过程的同时，工作 程序的信息即自动存入程序存储器中 在机器人自动工作时，控制系统从程序 存储器中检出相应信息，将指令信号传 给驱动机构，使执行机构再现示教的各 种动作。示教输入程序的工业机器人称 为示教再现型工业机器人。 具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作； 如具有识别功能或更进一步增加自适 应、自学习功能，即成为智能型工业机 器人。它能按照人给的“宏指令”自选 或自编程序去适应环境，并自动完成更 为复杂的工作。 四、主要特点 工业机器人最显著的特点有以下几个： (1)可编程。生产自动化的进一步发 展是柔性启动化。工业机器人可随其工 作环境变化的需要而再编程，因此它在 小批量多品种具有均衡高效率的柔性 制造过程中能发挥很好的功用，是柔性 制造系统中的一个重要组成部分。 (2)拟人化。工业机器人在机械结构 上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、 手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。 此外，智能化工业机器人还有许多类似 人类的“生物传感器”，如皮肤型接触 传感器、力传感器、负载传感器、视觉 传感器、声觉传感器、语言功能等。传 感器提高了工业机器人对周围环境的 自适应能力。 (3)通用性。除了专门设计的专用的 工业机器人外，一般工业机器人在执行 不同的作业任务时具有较好的通用性。

机器人控制原理

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 动作的自由度称为主动自由度，不能产生驱动力的自由度称为被动自由度。通常 开链机构仅使用主动自由度）机器人自由度的构成，取决于它应能保证完成与目 标作业相适应的动作。分析可知，为使机器人能任意操纵物体的位姿，至少须 6DOF，通常用三个自由度确定手的空间位置（手臂），三个自由度确定手的姿态（手）。比较而言，人的臂有七个自由度，手有二十个自由度，其中肩3DOF，肘2 DOF，碗2DOF。这种比6 还多的自由度称为冗余自由度。人的臂由于有这样的冗余性，在固定手的位置和姿态的情况下，肘的位置不唯一。因此人的手臂能灵 活回避障碍物。对机器人而言，冗余自由度的设置易于增强运动的灵活性，但由 于存在多解，需要在约束条件下寻优，计算量和控制的难度相对增大。 典型的机器人臂结构有以下几种： (1)直角坐标型(Cartesian/rectanglar/gantry) (3P) 由三个线性滑动关节组成。 三个关节的滑动方向分别和直角坐标轴x,y,z 平行。 工作空间是个立方体 (2)圆柱坐标型(cylindrical)(R2P) 由一个转动关节和两个滑动关节组成。 两个滑动关节分别对应于圆柱坐标的径向和垂直方向位置，一个旋 转关节对应关于圆柱轴线的转角。 工作区域为矩形截面的旋转体。 (3) 球坐标型(spherical) (2RP) 两个转动关节和一个滑动关节分别实现手的左右，上下及前后运动。 工作区域是扇形旋转体。 (4)关节坐标型(articulated/anthropomorphic)(3R)

机器人的组成与结构

3、简介机器人系统的组成与结构，包括三大部分、六个子系统 答：机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。六个子系统是驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交换系统、人机交换系统和控制系统。 驱动系统，要使机器人运作起来，各需各个关节即每个运动自由度安置传动装置。这就是驱动系统。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应用综合系统，可以是直接驱动或者通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接传动。 机械结构传动，工业机器人的机械结构系统由机座、手臂、末端操作器三大部分组成，每一个大件都有若干个自由度的机械系统。若基座不具备行走机构，则构成行走机器人；若基座不具备行走及弯腰机构，则构成单机器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。末端操作器是直接装在手腕上的一个重要部件，它可以是二手指或多手指的手抓，也可以是喷漆枪、焊具等作业工具。 感受系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，用以获得内部和外部环境状态中有意义的信息。智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准。人类的感受系统对感知外部世界信息是极其灵巧的，然而，对于一些特殊的信息，传感器比人类的感受系统更有效。 机器人一环境交换系统是现代工业机器人雨外部环境中的设备互换联系和协调的系统。工业机器人与外部设备集成为一个功能单元，如加工单元、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去执行复杂任务的功能单元。 人工交换系统是操作人员与机器人控制并与机器人联系的装置，例如，计算机的标准终端，指令控制台，信息显示板，危险信号报警器等。该系统归纳起来分为两大类：指令给定装置和信息显示装置。 控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。假如工业机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；若具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。根据控制原理，控制系统可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统。根据控制运行的形式，控制系统可分为点位控制和轨迹控制。

扫地机器人工作原理

扫地机器人工作原理 导语：扫地机器人，这东西想必大家都有听说过，或许现在很 多朋友家里都有准备吧。毕竟作为新时代的高科技产物，扫地机器人的确是一种非常好的家用电器了。尤其是对于长期处于繁忙工作中的人们而言，有了这么一个扫地机器人就不用每天都扫地了。不过大家真的了解扫地机器人吗，清楚它的工作原理和使用事项吗?下面我们 就一起来看看扫地机器人。 扫地机器人，其实也叫做是自动扫地机或者是智能吸尘器等等，是我们现代日常生活中比较常见的一种智能家用电器产品。其具有一定的人工智能，所以能够自动杂家里完成一定的地板清理工作。现代人工作都是非常繁忙的，所以经常可能没有时间来清扫地面，而这个扫地机器人能够随时随地的自动扫地，对于我们忙碌的生活而言，的确是非常好的家务小帮手了。 扫地机器人是一种无线机器，通常造型是圆盘型。其机身往往 是一种自动化技术的可移动装置，内部则是一种有集尘盒的真空吸尘装置，当机器人在启动的时候装置就能够配合机器人的机身设定好既定的路径，进而在室内的地面上反复的行走，清扫路线上出现的各种垃圾。并且扫地机器人往往还有着自动转弯的功能，当机器人触碰到墙壁或者是障碍物的时候，它就能自动转弯，走不同的路线进行清扫工作。 1、无论怎样，扫地机器人都是一种电器产品，自然是受不得潮湿的威胁的。因此在使用扫地机器人的过程中要避免在潮湿的环境里，

当然如果是干湿两用的扫地机器人不用，但是机器人也是不能放进水里或者是吸水的，否则会串电的。 2、扫地机器人虽然能够清扫垃圾，但是火柴和烟头正阳的易燃物品最好不要用机器人来清扫的，因此机器人内部是一个真空的吸尘装置，易燃物品容易烧起来，威胁机器安全。 3、扫地机器人是电器，一旦使用过度了，机器就会发热进而烧毁内部装置。因此在使用扫地机器人的时候一旦要控制好时间，不要使用过度，当机身发热了就需要停止了。 4、扫地机器人毕竟是电器，在易燃易爆的环境中很容易出现各种安全事故的，要小心采用。 5、扫地机器人还是有使用年限的，如果不适用电器了，就需要让电器脱离电源，也就是把机器人的电源线拔掉，将机器好好地存放起来，延长机器的使用寿命。 总结：扫地机器人是现代社会人们非常有用的家用电器，对于工作比较繁重的家庭而言，这个扫地机器人的确是非常好用的，大家喜欢的可以去试着尝试使用一下，效果还不错。

工业机器人的基本工作原理,工业机器人结构系统

工业机器人的基本工作原理,工业机器人结构系统 机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值高，应用范围广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。根据发达国家产业发展与升级的历程和工业机器人产业化发展趋势，到2015年中国机器人市场的容量约达十几万台套。 1工业机器人的基本工作原理 工业机器人是一种生产装备，其基本功能是提供作业所须的运动和动力．其基本工作原理是通过操作机上各运动构件的运动．自动地实现手部作业的动作功能及技术要求。因此在基本功能及基本工作原理上，工业机器人与机床有相同之处：二者的末端执行器都有位置变化要求，而且都是通过坐标运动来实现末端执行器的位置变化要求。当然机器人也有其独特的要求，是按关节形式运动为主，同时机器人的灵活性要求很高，其刚度、精度要求相对较低。 2工业机器人结构系统 2．1工业机器人构造 从功能角度分析可将机器人分解成四个部分：操作机、末端执行器、传感系统、控制器。操作机：是由机座、手臂和手腕、传动机构、驱动系统等组成．其功能是使手腕具有某种工作空间，并调整手腕使末端执行器实现作业任务要求的动作。末端执行器：也叫工业机器人的手部，它是安装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。感器系统：是指要机器人与人一样有效的完成工作。必须对外界状况进行判断的感觉功能。与机器人控制最紧密相关的是触觉。视觉适合于检测对象是否存在，检测其大概的位置、姿势等状态。相比之下，触觉协助视觉．能够检测出对象更细微的状态。控制器：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。主要是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。在机器人中采

机器人基本构成

机器人基本构成 机器人系统通常分为三大部分：机械部分、传感部分和控制部分；六个子系统：驱动系统、机械系统、感知系统、人机交互系统、机器人环境交互系统、控制系统等组成（如图1所示）。 图1 机器人系统的基本构成 1.机械系统 机械系统又称操作机或执行机构系统，由一系列连杆、关节或其他形式的运动部件组成，通常包括机座、立柱、腰关节、臂关节、腕关节和手爪等，构成多自由度机械系统。 工业机器人机械系统由机身、手臂和末端执行器组成，机身可具有行走机构，手臂一般有上臂、下臂和手腕组成，末端执行器直接装在手腕上，可以是两手指或多手指手爪，可以是喷漆枪、焊枪等作业工具。 2.驱动系统 驱动系统主要指驱动机械系统的机械装置，根据驱动源不同可分为电动、液压、气动三种或三者结合一起的综合系统；驱动系统可以直接与机械系统相连，或通过皮带、链条、齿轮等机械传动机构间接相连。 3.感知系统 感知系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，获取内部和外部环境状态信息，确定机械部件各部分的运行轨迹、状态、位置和速度等信息，使机械部件各部分按预定程序和

工作需要进行动作。智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化水平。人类感知系统对外部信息获取比较灵巧，但一些特殊信息传感器感知更有效。 4.控制系统 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的执行机构完成规定的运动和功能。若不具备信息反馈特种，则为开环控制系统；具备信息反馈特征则为闭环控制系统。根据控制原理可分为程序控制系统，适应性控制系统，人工智能控制系统；根据控制运动形式分为点位控制和轨迹控制。 5.交互系统 机器人-环境交互系统是实现机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。机器人可以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；也可以是多台机器人、多台机床、设备、零件存储装置等集成为一个可执行复杂任务的功能单元。 人机交互系统是操作人员参与机器人控制并与机器人进行联系的装置，如计算机终端、指令控制台、信息显示板及危险信号报警器等。主要有两类：指令给定装置和信息显示装置。

第19届中国青少年机器人竞赛机器人综合技能比赛主题与规则

第19届中国青少年机器人竞赛 机器人综合技能比赛主题与规则 1 机器人综合技能比赛简介 机器人综合技能比赛是中国青少年机器人竞赛项目之一。其活动对象为中小学生，要求参加比赛的代表队在现场自行拼装机器人、编制机器人运行程序、调试和操作机器人。参赛的机器人是程序控制的，可以在赛前公布的比赛场地上，按照本规则进行比赛活动。 在中国青少年机器人竞赛中设置机器人综合技能比赛的目的是检验青少年对机器人技术的理解和掌握程度，激发我国青少年对机器人技术的兴趣，培养动手、动脑的能力。 2 比赛主题 本届机器人综合技能比赛的主题为“华夏文明”。 华夏文明是世界上最古老的文明之一，也是世界上持续时间最长的文明。在浩瀚的历史长河中，中华民族五千年文明，书写着永不停息、对完美幸福的追求，展示着永不磨灭、对民主富强的探寻。 站在时代的今天，让我们暮然回首：一个民族，要独立、要生存、要发展，不仅仅需要强大的民族经济、需要坚实的物质基础，还需要强烈的民族自信心与自尊心，更需要一种博大深沉的民族精神。这是支撑一个民族存在与发展的强大精神动力与精神支柱。 千百年来，中华民族之所以能够历经磨难而不衰，饱尝艰辛而不屈，千锤百炼而愈加坚强，一个重要原因就是在历史的长河中，有众多伟大的人塑造了中华民族精神。忆古思今，传承了五千年的民族精神正等待我们去发扬光大。 本届比赛通过用机器人模拟古代文明典故，加深青少年对华夏文明了解，培养青少年的创新科技探索能力，激发青少年的民族精神和文化自信。 3 比赛场地与环境 3.1 场地 图1是比赛场地的示意图，待命区的位置将在赛前发的赛题中确定。

图1 比赛场地示意图 3.2 赛场规格与要求 3.2.1 机器人比赛场内部是拼装块拼接而成。场地四周装有白色木质围栏，栏高200mm，厚15～20mm。为提高参赛队应变能力，正式比赛的场地会有变化，场地长度为3000～6000mm，宽度2000～4000mm；基础拼装块为用厚15～20mm、长500mm、宽500mm的木工板，有可能进行100%-200%的等比例放大，场地道具尺寸不变。淡蓝色的8块拼装块可换。第4节中所述的机器人要完成的任务一般分布在场地周围的固定拼装块上。 3.2.2 两种拼装块刷白色亚光漆；用黑色亚光漆画出（或用黑色胶纸粘贴）宽度为20～25mm 的引导线；以下凡是涉及黑线的尺寸，均指其中心线。固定拼装块上的引导线是连接对边中点的直线。可换拼装块的图形在赛前公布。 3.2.3 每个固定拼装块被黑色引导线分为东北、东南、西南、西北四个分区。 3.2.4 场上有一块长500mm、宽500mm刷白色亚光漆的锥台，是机器人的待命区，如图2所示。机器人要从待命区启动，完成任务后还要回到待命区。锥台上虽画有黑色引导线，但机器人可以从任何一边上下。 图2 锥台尺寸（mm）

史上最完整的机器人工作原理解析

史上最完整的机器人工作原理解析 很多人一听到机器人这三个字脑中就会浮现外形酷炫、功能强大、高端等这些词，认为机器人就和科幻电影里的终结者一样高端炫酷。其实不然，在本文中，我们将探讨机器人学的基本概念，并了解机器人是如何完成它们的任务的。 一、机器人的组成部分从最基本的层面来看，人体包括五个主要组成部分： 当然，人类还有一些无形的特征，如智能和道德，但在纯粹的物理层面上，此列表已经相当完备了。 机器人的组成部分与人类极为类似。一个典型的机器人有一套可移动的身体结构、一部类似于马达的装置、一套传感系统、一个电源和一个用来控制所有这些要素的计算机大脑。从本质上讲，机器人是由人类制造的动物，它们是模仿人类和动物行为的机器。 仿生袋鼠机器人 机器人的定义范围很广，大到工厂服务的工业机器人，小到居家打扫机器人。按照目前最宽泛的定义，如果某样东西被许多人认为是机器人，那么它就是机器人。许多机器人专家（制造机器人的人）使用的是一种更为精确的定义。他们规定，机器人应具有可重新编程的大脑（一台计算机），用来移动身体。 根据这一定义，机器人与其他可移动的机器（如汽车）的不同之处在于它们的计算机要素。许多新型汽车都有一台车载计算机，但只是用它来做微小的调整。驾驶员通过各种机械装置直接控制车辆的大多数部件。而机器人在物理特性方面与普通的计算机不同，它们各自连接着一个身体，而普通的计算机则不然。 大多数机器人确实拥有一些共同的特性 首先，几乎所有机器人都有一个可以移动的身体。有些拥有的只是机动化的轮子，而有些则拥有大量可移动的部件，这些部件一般是由金属或塑料制成的。与人体骨骼类似，这些独立的部件是用关节连接起来的。

机器人的基本结构原理

教案首页 课程名称农业机器人任课教师李玉柱第2章机器人的基本结构原理计划学时 3 教学目的和要求： 1.弄清机器人的基本构成； 2.了解机器人的主要技术参数； 3.了解机器人的手部、腕部和臂部结构； 4.了解机器人的机身结构； 5.了解机器人的行走机构 重点： 1.掌握机器人的基本构成 2.弄清机器人都有哪些主要技术参数 3.机器人的手部、腕部和臂部结构 难点： 机器人的手部、腕部和臂部结构 思考题： 1.机器人由哪些部分组成？ 2.机器人的主要技术参数有哪些？ 3.机器人的行走机构共分几类，请想象未来的机器人能 否有其它类型的行走机构？

第2章概论 教学主要内容： 2.1机器人的基本构成 2.2机器人的主要技术参数 2.3人的手臂作用机能初步分析 2.4机器人的机械结构构成 2.5机器人的手部 2.6机器人的手臂 2.7机器人的机身 2.8机器人的行走机构 本章介绍了机器人的基本构成、主要技术参数，人手臂作用机能，在此基础上对机器人的手部、手腕、手部、。机身、行走机构等原理及相关的结构设计进行讨论，使学生对机器人的机构和原理有较为清楚的了解。 2.1机器人的基本构成 简单地说：机器人的原理就是模仿人的各种肢体动作、思维方式和控制决策能力。 不同类型的机器人其机械、电气和控制结构也不相同，通常情况下，一个机器人系统由三部分、六个子系统组成。这三部分是机械部分、传感部分、控制部分；六个子系统是驱动系统、机械系统、感知系统、人机交互系统、机器人-环境交互系统、控制系统等。如图2-1所示。

●是由关节连在一起的许多机械连杆的集合体， 关节通常分为转动关节和移动关节，移动关节允许连杆做直线移动，转动关节仅允许连杆之间发生旋转运动。 个主要部●常规的驱 接地与臂、腕或手上的机械连杆或关节连接在一起，也可以使用齿轮、带、链条等机械传动机构间接传动。 ●感知系统 ．．．．由一个或多个传感器组成，用来获取内部和外部环境中的有用信息，通过这些信息确定机械部件各部分的运行轨迹、速度、位置和外部环境状态，使机械部件的各部分按预定程序或者工作需要进行动作。传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化水平。 ●控制系统 ．．．．其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的执行机构去完成规定的运动和功能。若机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；若具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。根据控制原理，控制系统又可分为程序控制系统、

18届中国青少年机器人综合技能比赛规则

第十八届中国青少年机器人竞赛 机器人综合技能比赛主题与规则 1 机器人综合技能比赛简介 机器人综合技能比赛是中国青少年机器人竞赛项目之一。其活动对象为中小学生，要求参加比赛的代表队在现场自行拼装机器人、编制机器人运行程序、调试和操作机器人。参赛的机器人是程序控制的，可以在赛前公布的竞赛场地上，按照本规则进行比赛活动。 在中国青少年机器人竞赛中设置机器人综合技能比赛的目的是检验青少年对机器人技术的理解和掌握程度，激发我国青少年对机器人技术的兴趣，培养动手、动脑的能力。 2 比赛主题 本届机器人综合技能比赛的主题为“海洋开发”。 海洋是地球上最广阔的水体，自古以来人类就与海洋有着密切的联系，海洋能源、资源的开发与利用，是人类维持自身的生存与发展，拓展生存空间的可行途径。人类的海洋经济活动以及建立的海洋经济关系，经历了一个漫长的历史发展过程，如今向海洋进军，开发利用海洋资源，成为现今扩大人类生存空间、增加资源储备的重要出路。世界各国对海洋资源和开发高度关注，不断强化海洋发展战略，运用高科技进行海洋的开发与管理。中国正是这样一个海洋国家，而且是世界上最早开发、利用海洋，发展海洋经济的国家之一。 海洋开发可分为海洋油气资源、生物资源、海洋能源、海水综合利用和海洋环境保护等专项开发技术。现代海洋开发活动中，海洋石油、天然气的开发、海洋捕捞属于已成熟的产业，正在进行技术改造和进一步扩大生产。海水淡化、潮汐发电、海底隧道等正在迅速发展，因此海洋开发具有极大的发展前景。 本届比赛就是用机器人模拟海洋资源开发，加深青少年对海洋这个大宝库的了解，培养青少年的海洋、海权意识和科技探索能力。 3 比赛场地与环境 3.1 场地 图1是比赛场地的示意图，待命区的位置只是示意。

工业机器人内部结构及基本组成原理详解

工业机器人内部结构及基本组成原理详解 工业机器人详解 你对工业机器人有着什么样的了解？关于工业机器人，我们过去也反反复复推送了很多的文章，在这一次，我们将尝试解决有关---在工业环境中使用的最常见的机器人和作业时经常会遇到的问题。关于工业机器人定义什么可以被 认为是一个工业机器人？什么不能被称为工业机器人？工业机器人直到最近才能避开这种混乱。不是在工业环境中使 用的每个机电设备都可以被认为是机器人。根据国际标准组织的定义，工业机器人是一种可编程的三自由度或多轴自动控制的可编程多用途机械手。这几乎是在谈论工业机器人时被接受的定义。工业机器人自中年以来发生了什么变化？越来越多的工程师和企业家正在寻找越来越多的机器人技术，帮助在工业环境中优化工作流程的方式。随着时代的发展和机器人技术的进步，机器人手臂必须为诸如仓储中使用的群组AGV等新手铺路。我们经常说典型的工业机器人 由工具，工业机器人手臂，控制柜，控制面板，示教器以及其他外围设备组成。那么这些是什么？这些部分通常都在一起，控制柜类似于机器人的大脑。控制面板和示教器构成用户环境。工具（也称为末端执行器）是为特定任务设计的设备（例如焊接或喷涂）。机器人手臂基本上是移动工具的

东西。但并不是每个工业机器人都像一个手臂。不同机器人有不同类型的结构。控制面板--- 操作员使用控制面板来执行一些常规任务。（例如：改变程序或控制外围设备）。应用“机器人工人” --------- 什么时候应该使用工业机器人而不是人工？相信这个问题大家思考的次数并不少了。理想情况下，这应该是双赢的。想快速看到效果，你需要知道什么是别人最不喜欢的工作。想得最多的是那些重复的，乏味的工作，需要从工作人员那边进行大量单调的行动，这个思考是正确的，因为正是如此，例如从一个输送机到另一个输送机。如果总是相同的任务，您可以使用专门针对您的需求量身定制的自动化解决方案。工厂的工作处理需要越来越灵活，在这些情况下，正确的解决方案是：可以试用用于不同任务的可重新编程的机器人进行任务操作。此外，就是那些对人类工作有害的任务。（例如：用危险化学品进行表面处理，这是在有害环境中工作。在许多情况下，长期使用机器人比聘用工人更聪明和便宜。）当然，还有的是人类难以操作的工作。（例如：举或搬运重物或在不适合人类生活的条件下工作。）同样，在许多这些情况下，可以应用特定的自动化解决方案。然而，如果任务需要灵活性处理，还需要考虑要用到的机器人。以下是最常见的机器人应用程序列表：电弧焊、部件、涂层、去毛刺、压铸、造型、物料搬运、选择、码垛、打包、绘画、点焊、运输，仓储关于工业机器人的

机器人的组成系统

一．工业机器人组成系统 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括腰部、肩部、肘部和手腕部，其中手腕部有3个运动自由度。驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作。控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。 工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。 工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。 示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。 几个问题： （1）巨轮机器人JLRB20KG机器人是点位型还是连续轨迹型？ （2）能不能编写一个简单程序，使机器人能够的末端能够走一个圆？ （3）能不能控制机器人中每一个电机的输出功率或扭矩？ （4）机器人每一个关节从驱动电机到执行机构的传递效率有没有？ 二．工业机器人的主体 机器人本体由机座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端执行器和驱动装置组成。共有六个自由度，依次为腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回转、手腕俯仰、手腕侧摆。机器人采用电机驱动，电机分为步进电机或直流伺服电机。直流伺服电机能构成闭环控制、精度高、额定转速高、但价格较高，而步进电机驱动具有成本低、控制系统简单。 各部件组成和功能描述如下： （1）基座：基座是机器人的基础部分，起支撑作用。整个执行机构和驱动装置都安装在基座。 （2）腰部：腰部是机器人手臂的支撑部分，腰部回转部件包括腰部支架、回转轴、支架、谐波减速器、制动器和步进电机等。 （3）大臂：大臂和传动部件 （4）小臂：小臂、减速齿轮箱、传动部件、传动轴等，在小臂前端固定驱动手腕三个运

机器人技术基础(课后习题答案)

0.1 简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特征。 答：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具、或专用装置，通过可编程动作来执行种种任务并具有编程能力的多功能机械手。 1.机器人的动作结构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能。 2.机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变。 3.机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等。 4.机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。 0.2工业机器人与数控机床有什么区别？ 答：1.机器人的运动为开式运动链而数控机床为闭式运动链； 2.工业机器人一般具有多关节，数控机床一般无关节且均为直角坐标系统； 3.工业机器人是用于工业中各种作业的自动化机器而数控机床应用于冷加工。 4.机器人灵活性好，数控机床灵活性差。 0.5简述下面几个术语的含义：自有度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。答：自由度是机器人所具有的独立坐标运动的数目，不包括手爪（末端执行器）的开合自由度。 重复定位精度是关于精度的统计数据，指机器人重复到达某一确定位置准确的概率，是重复同一位置的范围，可以用各次不同位置平均值的偏差来表示。 工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫工作区域。 工作速度一般指最大工作速度，可以是指自由度上最大的稳定速度，也可以定义为 手臂末端最大的合成速度（通常在技术参数中加以说明）。 承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。 0.6什么叫冗余自由度机器人？ 答：从运动学的观点看，完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。 0.7题0.7图所示为二自由度平面关节型机器人机械手，图中L1=2L2，关节的转角范围是0゜≤θ1≤180゜,-90゜≤θ2≤180゜,画出该机械手的工作范围（画图时可以设L2=3cm）。

机器人综合技能比赛补充说明【模板】

机器人综合技能比赛补充说明 本届宁夏赛区机器人综合技能比赛的场地与竞赛规则遵从国赛规则。裁判组按国赛规则标准执裁，时间安排、比赛过程尽力追随国赛比赛的过程，以锻炼我区参赛队员的竞技能力。缘于国赛官方网站的机器人综合技能比赛的规则答疑（https://www.docsj.com/doc/527647702.html,/MatchItem/matchin dex-1.aspx）到目前还没有开放，使得我们裁判组失去了更深入一步学习的依据，为更公平、公证、顺利地裁判带来困难，但请大家放心：我们就以本届国赛规则为裁判的依据，尽全力公平、公正执裁。 本届比赛与往年相比，在时间安排与比赛流程上做了一些调整： 1、参赛队所有组别（小学、初中、高中）同时进行比赛；30日上午8:20开始检录，要求所有参赛队提前作好准备。 2、参赛队员将机器人以散件的方式接受检录，因继续拆散部件所耽误的时间，责任完全由自己承担，也可能会消耗自己赛前的准备时间。 3、用于编程的电脑与插线板，自备。队员不得携带U盘、光盘、无线路由器、手机、相机等存储和通信器材。参赛队员在未经裁判长允许的情况下私自与教练员或家长联系，将被取消比赛资格。 4、比赛期间非特殊情况，参赛队不能擅自离开赛场。 5、比赛时间8:30－17:00。参赛队需要在赛场进行午餐，午餐各队自己解决，请各参赛队老师告知学生提前做好准备，由于持续时间长、比赛任务重，各队一定要自己保证能量的补充。 6、本届比赛提供一个调试区赛台，两个比赛赛台，比赛3轮。 7、参赛队需要在现场搭建和调试机器人，时间为2小时，时间到后快速导入机器人程序并按编号将机器人统一封存，等待第一轮比赛。 8、每队第一轮比赛结束后，参赛队方可带回机器人在调试区继续调试机器人；还没有进行第

第20届中国青少年机器人竞赛机器人创意比赛主题与规则

第二十届中国青少年机器人竞赛 机器人综合技能比赛主题与规则 1机器人综合技能比赛简介 机器人综合技能比赛是中国青少年机器人竞赛项目之一。其活动对象为中小学生，要求参加比赛的代表队在现场自行拼装机器人、编制机器人运行程序、调试和操作机器人。参赛的机器人是程序控制的，可以在赛前公布的比赛场地上，按照本规则进行比赛活动。 在中国青少年机器人竞赛中设置机器人综合技能比赛的目的是检验青少年对机器人技术的理解和掌握程度，激发我国青少年对机器人技术的兴趣，培养动手、动脑的能力。 2比赛主题 本届机器人综合技能比赛的主题为“垃圾分类助力环保”。 实行垃圾分类，关系广大人民群众生活环境，关系节约使用资源，也是社会文明水平的一个重要体现。将生活垃圾分为四类：可回收物、有害垃圾、厨余垃圾、其他垃圾，对应的垃圾桶以蓝、红、绿、灰四种颜色表示。我们应以生活垃圾分类为载体，培养一代人良好的文明习惯、公共意识和公民意识；开展青年志愿活动，鼓励和引导青少年积极参与生活垃圾分类；动员家庭积极参与，大力传播生态文明思想和理念，引导家庭成员从自身做起，自觉成为生活垃圾分类的参与者、践行者、推动者。 本届比赛通过用机器人模拟垃圾分类，加深青少年对生活垃圾分类的了解，培养青少年的创新科技探索能力，为改善生活环境作努力，为绿色发展、可持续发展作贡献。 3比赛场地与环境 3.1场地 图1是比赛场地的示意图，待命区的位置将在赛前发的赛题中确定。 图1 比赛场地示意

3.2赛场规格与要求 3.2.1 机器人比赛场内部是拼装块拼接而成。场地四周装有白色木质围栏，栏高200mm，厚15～20mm。为提高参赛队应变能力，正式比赛的场地会有变化，场地长度为3000～6000mm，宽度2000～4000mm；基础拼装块为用厚15～20mm、长500mm、宽500mm的木工板，有可能进行100%-200%的等比例放大，场地道具尺寸不变，淡蓝色的8块拼装块可换。第4节中所述的机器人要完成的任务一般分布在场地周围的固定拼装块上。 3.2.2 两种拼装块刷白色亚光漆，用黑色亚光漆画出（或用黑色胶纸粘贴）宽度为20～25mm的引导线；以下凡是涉及黑线的尺寸，均指其中心线。固定拼装块上的引导线是连接对边中点的直线。可换拼装块的图形在赛前公布。 3.2.3 每个固定拼装块被黑色引导线分为东北、东南、西南、西北四个分区。 3.2.4 场上有一块长500mm、宽500mm刷白色亚光漆的锥台，是机器人的待命区，如图2所示。机器人要从待命区启动，完成任务后还要回到待命区。锥台上虽画有黑色引导线，但机器人可以从任何一边上下。 图2 锥台尺寸（mm） 3.2.5 在黑色引导线的十字或丁字交叉处，可能会出现50mm×50mm的深蓝色转弯标志。机器人在遇到转弯标志时的正确动作方式如图3所示。 图3 转弯标志及允许的出路口行驶方向 3.2.6 往届机器人竞赛中所用的部分可换拼装块的图形可能沿用，但也会有一些新的图形。有些可换拼装块上可能有6mm高的突起、坡度约12°的坡道、宽320mm高320mm的涵洞，也可能会出现没有引导线的空白或者有彩色图案的拼装块，等等。 3.2.7 比赛场地尺寸的允许误差是±5mm，拼装块尺寸的允许误差是–3mm，对此，参赛队设计机器人时必须充分考虑。 3.2.8 拼装的场地尽可能平整，但接缝处可能有2mm的高低差和2mm的间隙。 3.2.9 待命区、转弯标志的位置、非十字引导线拼装块的图形以及位置和方向，等等，在赛前

工业机器人RV减速机的机械 原理【详述】

工业机器人RV减速机的机械原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 当我们在无限憧憬工业机器人时代的时候，你可曾知道，工业机器人最关键的机械结构之一RV减速机，到今天，中国仍然不具备设计和制造能力。“十二五”时期，国家“863”计划将其列入重点攻克的技术瓶颈。国内顶尖大学和科研机构几年攻关也只有论文，没有实物。工业机器人所有核心零部件中，减速机最为关键。 工业机器人成本结构大致如下：本体22%、伺服系统25%、减速器38%、控制系统10%以及其他5%。简单拆分国内6轴工业机器人成本(总成本25万元)，可以看出减速器和伺服电机两项成本接近13万元，主要以进口为主。 一、RV减速机的机械原理 德国人劳伦兹·勃朗于1926年创造性地提出了一种少齿差行星传动机构，它是用外摆线作为齿廓曲线的，这就是最早期的针摆行星传动，由于两个啮合齿轮其中之一采用了针轮的形式，这种传动也被称做摆线针轮行星齿轮传动。 RV传动一种全新的传动方式，它是在传统针摆行星传动的基础上发展出来的，不仅克服了一般针摆传动的缺点，而且因为具有体积小、重量轻、传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效率高、传动平稳等一系列优点。 第1减速部…正齿轮减速机构 输入轴的旋转从输入齿轮传递到直齿轮，按齿数比进行减速。这是第一减速部。 第2减速部…差动齿轮减速机构

直齿轮与曲柄轴相连接，变为第二减速部的输入。在曲柄轴的偏心部分，通过滚动轴承安装RV齿轮。另外，在外壳内侧仅比RV齿轮数多一个的针齿，以同等的齿距排列。 如果固定外壳转动直齿轮，则RV齿轮由于曲柄轴的偏心运动也进行偏心运动。此时如果曲柄轴转动一周，则RV齿轮就会沿与曲柄轴相反的方向转动一个齿。这个转动被输出到第2减速部的轴。将轴固定时，外壳侧成为输出侧。 二、RV减速机对工业机器人的重要性 工业机器人第一关节到第四关节全部使用RV减速机，轻载工业机器人第五关节和第六关节有可能使用谐波减速机。重载工业机器人所有关节都需要使用RV减速机。平均而言，每台工业机器人使用4.5台RV减速器。2013年世界工业机器人销量18万台，需使用减速机90万台。工业机器人的动力源一般为交流伺服电机，因为由脉冲信号驱动，其伺服电机本身就可以实现调速，为什么工业机器人还需要减速器呢？工业机器人通常执行重复的动作，以完成相同的工序；为保证工业机器人在生产中能够可靠地完成工序任务，并确保工艺质量，对工业机器人的定位精度和重复定位精度要求很高。因此，提高和确保工业机器人的精度就需要采用RV减速器或谐波减速器。精密减速器在工业机器人中的另一作用是传递更大的扭矩。当负载较大时，一味提高伺服电机的功率是很不划算的，可以在适宜的速度范围内通过减速器来提高输出扭矩。此外，伺服电机在低频运转下容易发热和出现低频振动，对于长时间和周期性工作的工业机器人这都不利于确保其精确、可靠地运行。 精密减速器的存在使伺服电机在一个合适的速度下运转，并精确地将转速降到工业机器人各部位需要的速度，提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。与通用减速器相比，工业机器人关节减速器要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点。 大量应用在关节型工业机器人上的减速器主要有两类：RV减速器和谐波减速器。相比于谐波减速器，RV减速器具有更高的刚度和回转精度。因此在关节型工业机器人中，一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置；而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手

工业机器人工作原理及其基本构成

工业机器人工作原理及其基本构成 工业机器人工作原理 现在广泛应用的焊接机器人都属于第一代工业机器人，它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。这就是示教与再现。 实现上述功能的主要工作原理，简述如下： (1) 机器人的系统结构一台通用的工业机器人，按其功能划分，一般由 3 个相互关连的部分组成：机械手总成、控制器、示教系统，如图 1 所示。 机械手总成是机器人的执行机构，它由驱动器、传动机构、机器人臂、关节、末端操作器、以及内部传感器等组成。它的任务是精确地保证末端操作器所要求的位置，姿态和实现其运动。 图 1 工业机器人的基本结构 控制器是机器人的神经中枢。它由计算机硬件、软件和一些专用电路构成，其软件包括控制器系统软件、机器人专用语言、机器人运动学、动力学软件、机器人控制软件、机器人自诊断、白保护功能软件等，它处理机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。 示教系统是机器人与人的交互接口，在示教过程中它将控制机器人的全部动作，并将其全部信息送入控制器的存储器中，它实质上是一个专用的智能终端。 (2) 机器人手臂运动学机器人的机械臂是由数个刚性杆体由旋转或移动的关节串连而成，是一个开环关节链，开链的一端固接在基座上，另一端是自由的，安装着末端操作器 ( 如焊枪 ) ，在机器人操作时，机器人手臂前端的末端操作器必须与被加工工件处于相适应的

工业机器人的基本组成结构

工业机器人的基本组成 结构 TTA standardization office【TTA 5AB- TTAK 08- TTA 2C】

工业机器人的基本组成结构 工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或者多自由度机器人，它的出现是为了解放人工劳动力、提高企业生产效率。工业机器人的基本组成结构则是实现机器人功能的基础，下面一起来看一下工业机器人的结构组成。工业机器人，现代工业机器人大部分都是由三大部分和六大系统组成。 1.机械部分 机械部分是机器人的血肉组成部分，也就是我们常说的机器人本体部分。这部分主要可以分为两个系统： （1）驱动系统 要使机器人运行起来，需要各个关节安装传感装置和传动专治，这就是驱动系统。它的作用是提供机器人各部分、各关节动作的原动力。驱动系统传动部分可以是液压传动系统、电动传动系统、气动传动系统，或者是几种系统结合起来的综合传动系统。 （2）机械结构系统 工业机器人机械结构主要由四大部分构成：机身、臂部、腕部和手部，每一个部分具有若干的自由度，构成一个多自由的机械系统。末端操作器是直接安装在手腕上的一个重要部件，它可以是多手指的手爪，也可以是喷漆枪或者焊具等作业工具。 2.感受部分 感受部分就好比人类的五官，为机器人工作提供感觉，帮助机器人工作过程更加精确。这部分主要可以分为两个系统： （1）感受系统 感受系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，用于获取内部和外部环境状态中有意义的信息。智能传感器可以提高机器人的机动性、适应性和智能化的水准。对于一些特殊的信息，传感器的灵敏度甚至可以超越人类的感觉系统。 （2）机器人-环境交互系统 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。也可以是多台机器人、多台机床设备或者多个零件存储装置集成为一个能执行复杂任务的功能单元。 3.控制部分 控制部分相当于机器人的大脑部分，可以直接或者通过人工对机器人的动作进行控制，控制部分也可以分为两个系统： （1）人机交互系统 人机交互系统是使操作人员参与机器人控制并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、信息显示板、危险信号警报器、示教盒等。简单来说该系统可以分为两大部分：指令给定系统和信息显示装置。 （2）控制系统 控制系统主要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的执行机构去完成规定的运动和功能。根据控制原理，控制系统可以分为程序控制