工业机器人系统组成
所 处 位 置
———
—
2.1.1 操作机 (1) 机械臂
关节型工业机器人的机械臂是由关节连在一起
课 堂
的许多机械连杆的集合体 。实质上是一个拟人手臂
认 知
的空间开链式机构，一端固定在基座上，另一端可
自由运动，由关节 - 连杆结构所构成的机械臂大体
可分为 基座 、 腰部 、 臂部（大臂和小臂）和手腕
4 部分。
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液压驱动
优点:
(1) 可以获得较大的推力或转矩。 (2) 液压系统介质的可压缩性小, 工作平稳可靠, 并可得到较高的位置精度。 (3) 液压传动中, 力、 速度和方向比较容易实 现自动控制。 (4) 液压系统采用油液作介质,具有防锈性和自 润滑性能, 可以提高机械效率, 使用寿命长。
存在的不足:
电动机驱动 1）普通交流电动机驱动
输出力矩大，但 控制性能差，惯 性大，适用于中 型或重型机器人
2）交、直流伺服电动机驱动 3）步进电动机驱动
课前回顾
所
处
位
置
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何为工业机器人？
【 课
工业机器人具有几个显著特
前 回 顾
点，分别是什么？
】
工业机器人的常见分类有哪些，
简述其行业应用。
章节目录
2.1 工业机器人的系统组成
2.1.1 操作机 2.1.2 控制器 2.1.3 示教器
2.2 工业机器人的技术指标
学习目标 导入案例 课堂认知 扩展与提高 本章小结
整个机器人产业链主要分为上游核
心零部件（主要是机器人三大核心零部 件 —— 伺服电机、减速器和控制系统， 相当于机器人的“大脑”）、中游机器 人本体（机器人的“身体”）和下游系 统集成商（国内 95% 的企业都集中在这 个环节上）三个层面。
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2.1 工业机器人的系统组成
第一代工业机器人主要由以下几部分组成： 操作机、控制器和示教器 。 对于第二代及第三代工业机器人还包括感知系统和分析决策系统，它们分别
气压驱动的不足:
(1) 压缩空气常用压力为0.4～0.6 MPa, 若 要获得较大的压力,其结构就要相对增大。
(2) 空气压缩性大,工作平稳性差, 速度控制 困难,要达到准确的位置控制很困难。
(3) 压缩空气的除水问题是一个很重要的问 题,处理不当会使钢类零件生锈, 导致机器人失灵. 此外,排气还会造成噪学问题 2.3.2 机器人的点位运动 … 2.3.3 机器人的位置控制
思考练习
学习目标
所 处 位 置 ——— —
【 学 习 目 标 】
掌握工业机器人的机构 组成及各部分的功能
能够正确识别工业 机器人的基本组成
能够正确判别工业 机器人的点位运动和 连续路径运动
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末端执行器
联接手部和手臂的部分， 主要改变手部的空间方 向和将作业载荷传递到
手臂
联接机身和手 腕的部分，改 变手部的空间
位机置，械并部将各分
种载荷传递到 机座
腰部是机器人手臂的 支承部分 。
1 手部
小臂
2 手腕
（次轴）手腕
3 臂部 （主轴） 4 腰部 起到支
承作用
5 基座
大臂 腰部
基座
机器人手臂的 上下运动
(1) 油液的粘度随温度变化而变化, 这将影 响工作性能。高温容易引起燃烧、爆炸等危险。
(2) 液体的泄漏难于克服,要求液压元件有较 高的精度和质量, 故造价较高。
(3) 需要相应的供油系统,尤其是电液伺服系 统要求严格的滤油装置,否则会引起故障。
液压驱动方式的输出力和功率更 大，能构成伺服机构，常用于大型机 器人关节的驱动。
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导入案例
国产机器人竞争力缺失 关键技术是瓶颈
——— 众所周知，中国机器人产业由于先 — 天因素，在单体与核心零部件仍然落
后于日、美、韩等发达国家。虽然中
【 导
国机器人产业经过
30
年的发展，形成
入 了较为完善的产业基础，但与发达国 案 家相比，仍存在较大差距，产业基础
】 依然薄弱，关键零部件严重依赖进口。
垂直移动
手臂的伸 缩运动
1、手臂的运动 径向移动
回转运动
机器人绕铅 垂轴的转动
手腕旋转 2、手腕的运动 手腕弯曲
手腕侧摆
手腕绕小 臂轴线的
转动
手腕的上 下摆动
手腕的水 平摆动
BH—II 三指手
四指灵巧手
最小的三指手
DLR多指手
哈工大多指手
灵巧的双手
2.1 工业机器人的系统组成
所
处 位
(2) 驱动装置
2.1.1 操作机
操作机（或称机器人本体）是工业机器人的机械主体，是用来完成各
种作业的执行机构。它主要由机械臂、驱动装置、传动单元及内部传感器
等部分组成。
腕关节 小臂 伺服电机 减速器
肘关节
手腕
连接法兰 皮带传动 肩关节
大臂 腰部 腰关节
▲ 机器人操作机的每个关节均
基座
采用 1 个交流伺服马达驱动
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由传感器及软件实现。 示教器
是机器人的人机交互接口，操作者可通过它 对机器人进行编程或手动操纵机器人移动。
操作机
控制器
用于完成各种作业任务的机械主体，主 是完成机器人控制功能的结构实现， 要包含机械臂、驱动装置、传动单元以 是决定机器人功能和水平的关键部分。 及内部传感器等部分。
工业机器人系统组成
2.1 工业机器人的系统组成
置
——— —
驱使工业机器人机械臂运动的机构。它按照控制系统发
【 出的指令信号，借助于动力元件使机器人产生动作，相当于 课 人的肌肉、筋络。
堂
认
知
】
机器人常用的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动和
电气驱动三种基本类型。
目前，除个别运动精度不高、重负载或有防爆要求 的机器人采用液压、气压驱动外，工业机器人大多采用 电气驱动，而其中属交流伺服电机应用最广，且驱动器 布置大都采用一个关节一个驱动器。
关节型机器人操作机基本构造
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2.1 工业机器人的系统组成
所
处 位
机器人操作机最后一个轴的机械接口通常为一连接法兰，
置 ———
可接装不同的机械操作装置，如夹紧爪、吸盘、焊枪等。
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【 课 堂 认 知 】
夹紧爪
吸盘
焊枪
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夹紧爪
夹紧爪
夹紧爪
夹紧爪
吸盘
吸盘
焊枪
2.1 工业机器人的系统组成
气压驱动
气动机械手
与液压驱动相比, 气压驱动的特点是: (1) 压缩空气粘度小, 容易达到高速(1 m ／s)。 (2) 利用工厂集中的空气压缩机站供气, 不必添加动力设备。
(3) 空气介质对环境无污染,使用安全,可 直接应用于高温作业。
(4) 气动元件工作压力低, 故制造要求也 比液压元件低。
