基座
采用 1 个交流伺服马达驱动
返回
关节型机器人操作机基本构造
目录
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。
—
【 课
堂 认 知 】
夹紧爪
吸盘
焊枪
返回
目录
夹紧爪
夹紧爪
夹紧爪
吸盘
焊枪
2.1 工业机器人的系统组成
返回 目录
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
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。
维修方便，液 体对温度变化 敏感，油液泄 漏易着火
Hale Waihona Puke 可高速，冲击较 严重，精确定位 维修简单，能 困难。气体压缩 在高温、粉尘 性大，阻尼效果 等恶劣环境中 差，低速不易控 使用，泄露无 制，不易与 CPU 连 影响 接
容易与 CPU 连接，
控制性能好，响 应快，可精确定 位，但控制系统
维修使用较复 杂
(1) 集中式控制器
所
处 位 置
优点：硬件成本较低，便于信息的采集和分析，易于实现系统的最优控 制，整体性与协调性较好，基于 PC 的系统硬件扩展较为方便。
———
— 缺点：系统控制缺乏灵活性，控制危险容易集中，一旦出现故障，其影
【 响面广，后果严重；大量数据计算，会降低系统实时性，系统对多任务
课 堂
堂 采用齿轮传动、链条（带）传动、直线运动单元等。
认
知
】
谐
波 减 速 器
RV 减 速 器
皮 带 传 动
机器人关节传动单元
返回 目录
2.1 工业机器人的系统组成
所 处 位 置 ——— —
【 课 堂 认 知 】
1) 谐波减速器
通常由 3 个基本构件组成，包括一个有内齿的刚轮，一个工作时 可产生径向弹性变形并带有外齿的柔轮和一个装在柔轮内部、呈椭圆 形、外圈带有柔性滚动轴承的波发生器，在这 3 个基本结构中可任意 固定一个，其余一个为主动件一个从动件。
——— —
工业机器人
课前回顾
所
处 位
工业机器人的分类及应用
置
——— —
1
、按机器人的技术等级划分
【 课
（ 1 ） 示教再现机器人 第一代工业机器人能够按照人类预先
堂 认
示教的轨迹、行为、顺序和速度重复作业，示教可由操作员
知 】
手把手进行或通过示教器完成 。
（ 2 ） 感知机器人 第二代工业机器人程具有环境感知装置， 能在一定度上适应环境的变化，目前已经进入应用阶段。
所 处 位 置 ——— —
【 课 堂 认 知 】
特点 驱动方式
液压 驱动
气压 驱动
电气 驱动
输出力
压力高，可 获得大的输 出力
气体压力低， 输出力较小， 如需输出力大 时，其结构尺 寸过大
输出力较小或 较大
三种驱动方式特点比较
控制性能
维修使用
油液不可压缩， 压力、流量均容 易控制，可无级 调速，反应灵敏 ，可实现连续轨 迹控制
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
Super Robust Robot Hand 超级 机器人灵 巧手 DLR_标清
课 堂
多采用 RV 减速器。
认
针齿
知 】
2 级减速 1 级减速 行星轮
太阳轮
Z2
Z4
输出
Z3
Z1
输入
摆线轮 转臂 输出轴 针齿壳
RV 减速器原理图
2.1 工业机器人的系统组成
所 处
2.1.2 控制器
位
置 ———
机器人控制器是根据指令以及传感信息控制机器人完成一定
— 动作或作业任务的装置，是决定机器人功能和性能的主要因
返回 目录
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
返回 目录
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:
的响应能力也会与系统的实时性相冲突；系统连线复杂，会降低系统的
认 可靠性。
知
】
驱动器 1
机器人关节 1
运动接口卡 1
驱动器 1
机器人关节 1
多轴 运动控制卡 1
驱动器 2
…
机器人关节 2
…
机器人控制计算机
运动接口卡 2
…
驱动器 2
…
机器人关节 2
…
机器人控制计算机
多轴 运动控制卡 2
驱动器 n
机器人关节 n
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。
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
用于闭环控制系统， 输出力矩相对小， 控制性能好，可实 现速度和位置的精 确控制，适用于中
小型机器人
用于开环控制，一般用于对 速度和位置要求不高的场合
电动机使用简单，且随着材料性能的提高，电 机性能也逐渐提高。所以总的看来，目前机器 人关节驱动逐渐为电动式所代替。
———
— 优点：系统灵活性好，控制系统的危险性降低，采用多处理器的分散控
【 制，有利于系统功能的并行执行，提高系统的处理效率，缩短响应时间。
课
堂
关节控制器 1
认
（下位机）
知
驱动器 1
机器人关节 1
】
关节控制器 2 （下位机）
驱动器 2
机器人关节 2
工业机器人系统组成
2.1 工业机器人的系统组成
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
驱动器 n +1
机器人关节 n +1
运动接口卡 n
驱动器 n
a) 单独接口卡驱动
机器人关节 n
驱动器 n +2
机器人关节 n +2
b) 多轴运动控制卡驱动
集中式机器人控制器结构
(2) 分布式控制器
所
处 位
主要思想为“分散控制，集中管理”，为一个开放、实时、精确的机器人
置 控制系统。分布式系统中常采用两级控制方式，由上位机和下位机组成。
柔轮
波发生器 刚轮
谐波减速器原理图
谐波减速器_XB谐波减速机_机器人_印刷机 _机床_谐波传动减速器
2.1 工业机器人的系统组成
所 处
2) RV 减速器
位
置 ———
主要由 太阳轮（中心轮）、行星轮、转臂（曲柄轴）、转臂轴承、
— 摆线轮（RV 齿轮）、针齿、刚性盘与输出盘 等零部件组成。具有较高
【 的疲劳强度和刚度以及较长的寿命，回差精度稳定，高精度机器人传动
（ 3 ） 智能机器人 第三代工业机器人具有发现问题，并且 能自主地解决问题的能力，尚处于实验研究阶段。
返回 目录
按机器人结构坐标系特点方通式过沿分三类个互相垂
直的轴线的移动来
1）直角坐标型机器人
实现机器人手部空
间位置的改变
2）圆柱坐标型机器人 3）极坐标型机器人 4）关节型机器人
通过两个移动 和一个转动实 现位置的改变
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