第一章 工業機器人概述

機器人三定律（研發原則）

第一法則：機器人不得傷害人類，或袖手旁觀坐視人類受到傷害。 第二法則：除非違背第一法則，機器人必須服從人類的命令。 第三法則：在不違背第一及第二原則下，機器人必須保護自己。

機器人概念

靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。

美國機器人協會對機器人的定義

1. 一種可編程的多功能的操作機 2. 為了執行不同的任務而具有可用計算機改變和可編程動作的專門系統。

機器人系統組成

1. 機械系統 2. 驅動系統 3. 控制系統 4. 感知系統

工業機器人基本特點

1. 可編程 2. 擬人化 3. 通用性

主要工業機器人企業

1. 瑞士ABB集團 2. 日本FANUC公司 3. 日本安川電機公司 4. 德國KUKA Roboter Gmbh公司

工業機器人基本組成

機械部分

1. 驅動系統 2. 機械結構系統

控制部分

1. 人機交互系統 2. 控制系統

傳感部分

1. 感受（傳感）系統 2. 機器人與環境交互系統

工業機器人主要技術指標

1. 自由度 2. 工作精度 3. 工作范圍 4. 額定負載 5. 最大工作速度

工業機器人分類

按機械結構分

1. 串聯機器人 2. 并聯機器人

按機器人的機構特性分

1. 直角坐標機器人 2. 柱面坐標機器人 3. 球面坐標機器人 4. 多關節坐標機器人

按程序輸入方式分

1. 編程輸入型機器人 2. 示教輸入型機器人

應用機器人三要素

1. 技術依據 2. 經濟因素 3. 人的因素

使用機器人的經驗準則（弗農經驗準則）

1. 應當從惡劣工種開始執行機器人計劃 2. 考慮在生產率落后的部門應用機器人 3. 要估計長遠需要 4. 使用費用不與機器人成本成正比 5. 力求簡單實效 6. 確保人員和設備安全 7. 不要期望賣主提供全套承包服務 8. 不要忘記機器人需要人

第二章 工業機器人的機械結構系統和驅動系統

機械系統組成

手部

特點

1. 手部與手腕相連處可拆卸 2. 手部是機器人末端操作器 3. 手部的通用性比較差 4. 手部是一個獨立的部件

分類

按用途分

1. 手爪 2. 專用操作器

按夾持方式分

1. 外夾式 2. 內撐式 3. 內外加持式

按智能化分

1. 普通式手爪 2. 智能化手爪

按工作原理分

夾持式手部

吸附式手部

1. 真空類吸盤a.真空吸盤b.氣流負壓吸盤c.擠氣負壓吸盤 2.磁力類吸盤a.電磁吸盤b.永磁吸盤

手臂

確定手部作業方向的自由度

1. 臂轉 2. 腕擺 3. 手轉

基座

關節組成

1. 回轉軸 2. 軸承作用: 用于轉動關節 3. 驅動機構

驅動方式

直接驅動

直接驅動方式的機器人通常稱為DD機器人

間接驅動

1. 帶減速器的電機驅動 2. 遠距離驅動

關節驅動方式

液壓驅動

優點

1. 驅動力或驅動力矩大 2. 結構簡單緊湊，剛度好 3. 定位精度比氣壓驅動高，并可實現任意位置的停止 4. 調速比較簡單，能在很大調整范圍內實現無級調速 5. 平穩且系統的固有頻率高，可以實現頻繁而平穩的變速與轉向 6. 可簡單有效的防止過載現象發生

缺點

1. 油液容易泄露，影響工作的穩定性與定位精度，易造成環境污染 2. 油液黏度隨溫度變化，影響工作性能，高溫與低溫條件下很難應用，有時需要采用油溫管理措施 3. 油液中容易混入氣泡、水分等，使系統的剛性降低速度響應特性及定位不穩定 4. 成本較高 5. 易燃燒

工作原理

高壓油對活塞或葉片的作用

組成

1. 液壓缸 2. 液壓閥

氣壓驅動

優點

1. 快速性好 2. 氣源方便 3. 廢氣可直接排入大氣，不會造成污染 4. 通過調節氣量可實現無級變速 5. 具有緩沖作用 6. 結構簡單，易于保養，成本低

缺點

1. 功率質量比小，裝置體積大 2. 很難保證較高的定位精度 3. 使用后的壓縮空氣向大氣排放時，會產生噪聲 4. 氣壓系統易腐蝕，有可能啟動困難

工作原理

很像液壓驅動，但細節上差別很大，工作介質是高壓空氣

組成

1. 氣源裝置 2. 氣動控制元件 3. 氣動執行元件

電氣驅動

常用電動機

1. 步進電動機 2. 直流電動機 3. 伺服電動機

對驅動電動機的要求

1. 快速性 2. 啟動轉矩慣量比較大 3. 控制特性的直線性和連續性 4. 調速范圍寬 5. 體積小，質量輕，軸向尺寸短 6. 能在苛刻的運行條件下工作，能進行十分頻繁的正、反向和加、減速運動，并能在短時間內承受過載

關節驅動電動機

1. 交流伺服電動機 2. 步進電動機 3. 直流伺服電動機

應用范圍

1. 1、3用于高精度、高速度的驅動系統中 2. 2用于對精度要求不高的小型簡易機器人開環驅動系統中 3. 1在易燃、易爆環境中得到了廣泛應用

驅動系統選用原則

1. 控制方式 2. 作業環境要求 3. 操作運行速度

傳動裝置

減速器

RV減速器

主要放置在基座、腰部、大臂等重負載的位置，主要用于20kg以上的機器人關節

諧波減速器

主要放置在小臂、腕部或手部等輕負載的位置

常用工具

真空吸盤

優點

1. 易使用 2. 無污染 3. 不傷工件 4. 成本低廉

選用原則

1. 被移送物體的質量決定吸盤的大小和數量 2. 由被移送物體的形狀和表面狀態來選定吸盤的種類 3. 由工作環境（溫度）來選擇吸盤的材質 4. 由連接方式來選擇吸盤、接頭、緩沖連接器 5. 根據被移送物體的高低和緩沖距離選擇吸盤的尺寸和移動范圍

第三章 工業機器人的傳感系統

內部傳感器功能分類

1. 規定位置、規定角度的檢測 2. 位置、角度測量 3. 速度、角速度測量 4. 加速度測量

外部傳感器

1. 觸覺傳感器a. 機械式傳感器：利用觸點的接觸和斷開獲取信息b. 彈性式傳感器c. 光纖傳感器 2. 力覺傳感器 3. 距離傳感器 4. 激光雷達 5. 機器人視覺裝置: 能夠將對象物體或工件表面進行拍攝與處理

第四章 工業機器人的控制系統

控制系統特點

1. 多變量控制系統 2. 運動描述復雜 3. 具有較高的重復定位精度，系統剛性好 4. 信息運算量大 5. 需采用加（減）速控制 6. 一種特殊控制方式，，即示教再現控制方式

控制系統的功能

1. 示教再現功能a. 集中示教將機器人手部在空間的位姿、速度、動作順序等參數同時進行示教的方式，示教以此即可生成關節運動的伺服指令b. 分離示教c. 點對點示教d. 連續軌跡示教 2. 坐標設置功能a. 關節坐標b. 絕對坐標c. 工具坐標d. 用戶坐標 3. 與外圍設備的聯系功能 4. 位置伺服功能a. 狀態檢測b. 故障診斷下的安全保障c. 故障自診斷

控制方式

按運動坐標的控制方式分

1. 關節空間運動控制 2. 直角坐標空間運動控制

按控制系統對工作環境變化的適應程度分

1. 程序控制系統 2. 適應性控制系統 3. 人工智能控制系統

按同時控制機器人數目的多少分

1. 單控系統 2. 群控系統

按運動控制方式的不同分

1. 位置控制a. 點位控制: 用于實現點的位置控制b. 連續軌跡控制：用于指定點與點之間的運動軌跡所要求的曲線 2. 速度控制 3. 力控制 4. 智能控制方式

控制系統組成

1. 控制計算機 2. 示教編程器 3. 操作面板 4. 磁盤存儲 5. 數字量和模擬量輸入/輸出 6. 打印機接口 7. 傳感器接口 8. 軸控制器 9. 輔助設備控制 10. 通信接口 11. 網絡接口

控制系統結構

集中控制

由一臺計算機實現全部控制功能

主從控制

采用主、從兩級處理器實現系統的全部控制功能

分布控制

將系統分為幾個模塊，每一個模塊有其自己的控制任務和控制策略，各模塊之間可以是主從關系，也可是平等關系

第五章 ABB工業機器人的硬件和基本操作

分類

1. 直角坐標機器人 2. 平面關節型機器人 3. 并聯機器人 4. 串聯機器人 5. 協作機器人

部分產品型號

1. IRB 120: 迄今最小的多用途機器人 2. IRB 1200: 能在狹小空間發揮性能優勢 3. IRB 140: 易于柔性化集成和生產 4. IRB 1410: 弧焊、物料搬運和過程應用領域具有優勢 5. IRB 1520ID: 高精度中空臂弧焊機器人 6. IRB 1600: 縮短工作周期的同時不降低工件質量 7. IRB 1600ID: 專業弧焊機器人 8. IRB 2400: 多種不同版本，極高作業精度 9. IRB 260: 包裝機器人 10. IRB 2600: 提高生產能力 11. IRB 360: 并聯型機器人 12. IRB 460: 緊湊型4軸機器人 13. IRB 6620 LX: 直線軸工業機器人 14. IRB 6700: 大型機器人 15. IRB 7600: 大功率機器人 16. IRB 910SC: 快速、高效的平面單關節型機器人 17. IRB 14000 YuMi: 新型協作機器人 18. IRB 5500: 壁掛式機器人

基本結構

1. 垂直串聯結構 2. 連桿驅動結構 3. 手腕后驅結構

示教器需要配備的必要操作環境，保留的按鈕及功能

1. 鏈接電纜 2. 觸摸屏 3. 急停開關 4. 手動操縱遙桿 5. USB接口 6. 使能器按鈕作用：為保證操作人員人身安全而設置的。只有在按下使能器按鈕，并保持再"點擊開啟"的狀態下，才可對機器人進行手動操作與程序的調試 7. 觸摸屏用筆 8. 示教器復位按鈕

對ABB機器人恢復數據

1. 單擊"恢復系統..." 2. 單擊"...",選擇備份存放的目錄 3. 單擊"恢復" 4. 單擊"是"

手動操作的方式

1. 單軸運動的手動操縱 2. 線性運動的手動操縱 3. 重定位運動的手動操縱 4. 使用快捷按鈕或快捷菜單進行手動操縱

第六章 工業機器人的虛擬仿真

RobotStudio中可以實現的主要功能

1. CAD導入 2. 自動路徑生成 3. 自動分析延展能力 4. 碰撞檢測 5. 在線作業 6. 模擬仿真 7. 應用功能包 8. 二次開發

建立工業機器人工作站的步驟

導入機器人

1. 在"文件"選項卡中，選擇"新建"，單擊"創建",創建一個新的工作站 2. 在"基本"選項卡中，打開"ABB模型庫"，選擇任意一款機器人 3. 設定好數值，然后單擊"確定"

加載機器人工具

1. 在"基本"選項卡里，打開"導入模型庫"-->"設備"，選擇一款合適的工具 2. 在選擇的工具上按住鼠標左鍵 3. 向上拖到機器人上，然后松開鼠標左鍵 4. 單擊"Yes"

RobotStudio備份

1. 在"控制器"選項中單擊"備份"，選擇"創建備份" 2. 在"備份名稱"中輸入備份文件夾的名稱 3. 在"位置"下指定備份文件夾的存放位置 4. 單擊"確定"，"輸出"中提示"備份完成"，則操作成功

RobotStudio恢復

1. 將機器人的狀態鑰匙開關切換到"手動"狀態 2. 在"控制器"選項中單擊"備份"，選擇"從備份中恢復" 3. 在示教器中單擊同意進行確認

第七章 工業機器人應用1——搬運

搬運機器人分類

直角式搬運機器人

類別

1. 龍門式搬運機器人 2. 懸臂式搬運機器人大多數結構為Z軸隨著Y軸移動，Y軸也可以在Z軸的下方，使其便于進入設備內部進行搬運操作，多用于機床內部的自動上下料 3. 擺臂式搬運機器人 4. 側壁式搬運機器人專用性強，主要應用于立體庫類場景的自動存取作業，如檔案自動存取系統、全自動銀行保管箱存取系統等

優點

1. 結構簡單 2. 定位精度高 3. 空間軌跡易于求解

缺點

1. 動作范圍較小 2. 適應范圍相對較窄、針對性較強 3. 不能滿足對放置位置有特殊要求的作業需求

運動原理

沿著X、Y、Z軸三個獨立自由度的線性運動確定其空間位置，X軸和Y軸是水平面內的運動周，Z軸是上下運動軸，其動作空間 似長方體

關節式搬運機器人

功能

幾乎適用于任何軌跡和角度的搬運工作，如對擺放位置有指定角度要求的玻璃搬運工作等

應用

適用于柔性化生產，個性化定制生產的現代自動化流水生產線，在執行動作方面有很好的通用性

搬運機器人優點

1. 改善物流管理和調度能力 2. 柔性的場地要求和滿足特殊工作環境需求 3. 優化工藝流程 4. 保障安全性 5. 有利于成本控制，可以合理地利用現有占地面積，提升企業形象和車間整潔度，實現無人化生產

搬運機器人結構

執行機構

1. 手部（末端執行器）a. 吸附式末端執行器b. 夾鉗式末端執行器c. 仿人式末端執行器 2. 腕部 3. 臂部 4. 腰部 5. 機座

驅動機構

制動器

定義

將機械運動部分的能量變為熱能釋放，從而使運動的機械速度降低或者停止的裝置

分類

1. 機械制動器 2. 電氣制動器

需要使用制動器的情況

1. 特殊情況下的瞬間停止和需要采取安全措施時 2. 停電時，防止運動部分下滑而破壞其他裝置

控制機構

標準IO板配置

1. ABB標準IO板掛在DeviceNet總線上面 2. 常用型號有DSQ651和DSQ652

常用運動指令

1. MoveL: 線性運動指令 2. MoveJ: 關節運動指令 3. Movec: 圓弧運動指令 4. MoveAbsj: 絕對運動指令

常見搬運機器人的輔助設備

1. 增加移動范圍的滑移平臺 2. 合適的搬運系統裝置 3. 安全保護裝置

第八章 工業機器人應用2——碼垛

碼垛機器人分類

傳統上

1. 直角式碼垛機器人a. 擺臂式碼垛機器人b. 龍門式碼垛機器人 2. 關節式碼垛機器人

結構上

1. 直角坐標式碼垛機器人一般為3軸或4軸機構，分別為X軸，Y軸，Z軸，以及可以在Z軸上增加一個旋轉軸R 2. 機械臂式碼垛機器人a. SCARA式碼垛機器人b. 立體式機械臂碼垛機器人 3. 并聯桿式碼垛機器人

堆放要求上

1. 單層碼垛機器人 2. 多層碼垛機器人 3. 排列碼垛機器人

輔助連桿的作用

增加力矩和增加平衡作用

SCARA式碼垛機器人和直角坐標式碼垛機器人的區別

1. 關節處運動為旋轉運動 2. 從起始位置到目標位置的運動為幾個旋轉關節的扇形運動與最后執行機構垂直方向線性運動的疊加

碼垛機器人優勢

1. 結構簡單、故障率低、性能可靠、保養維修方便。占地面積小，操作范圍大 2. 適應性強。 3. 智能程度高 4. 操作簡單 5. 能耗低

自由度

一般具有4個自由度，分別為：1. 底座與主架構之間的旋轉關節2. 主架構與大臂之間的旋轉關節3. 大臂與小臂之間的旋轉關節4. 腕部與末端執行器之間的旋轉關節

常見碼垛機器人的末端執行器

1. 抓取式 2. 夾板式 3. 真空吸取式 4. 混合抓取式

碼垛機器人未來發展趨勢

1. 自動化程度的提高 2. 模塊集成化 3. 功能多樣化

中斷程序

專門用來處理緊急情況的程序

碼垛生產線

1. 輸送單元 2. 折邊單元 3. 封口單元 4. 倒包壓包單元 5. 金屬檢測單元 6. 重量檢測單元 7. 噴碼打印單元 8. 工業機器人碼垛單元

第九章 工業機器人應用3——焊接

焊接機器人分類

從技術層次分

第一代為"示教再現"型焊接機器人 第二代是基于傳感技術的離線編程焊接機器 第三代為智能焊接機器人

從結構形式分

1. 直角坐標型 2. 圓柱坐標型 3. 球坐標型 4. 全關節型

從受控運動方式分

1. 點位控制型 2. 連續軌跡控制型

從驅動方式分

1. 氣壓驅動 2. 液壓驅動 3. 電氣驅動

從工藝方法分

1. 點焊機器人：末端執行器為焊鉗 2. 弧焊機器人：末端執行器為焊槍A. 焊接方法a. 熔化極氣體保護焊b. 非熔化極氣體保護焊B. 關鍵技術a. 弧焊機器人系統優化集成技術b. 協調控制技術c. 精確焊縫軌跡跟蹤技術 3. 激光焊機器人： 末端執行器為激光加工頭 4. 攪拌摩擦焊接機器人 5. 等離子焊接機器人

焊接機器人優勢

1. 穩定和提高焊接質量，保持其均一性 2. 改善了勞動條件，提高了生產率 3. 產品周期明確，容易控制產品產量

點焊機器人末端執行器分類

按所使用的動力源分

1. 氣動焊鉗 2. 伺服焊鉗

伺服焊鉗與氣動焊鉗相比較的優點

1. 提高了焊接質量 2. 降低了焊接成本 3. 提高了生產率 4. 改善了工作環境

按外形結構分

1. X型點焊鉗 2. C型點焊鉗

按阻焊變壓器與焊鉗的結構關系分

1. 分離式 2. 內藏式 3. 一體式

焊接機器人未來發展方向

1. 向更智能化發展 2. 焊接機器人離線編程仿真技術的應用 3. 基于PC的通用性控制 4. 機器人組群式處理任務 5. 焊接技術柔性化、網絡化

程序知識

任何焊接程序都必須以ArcLStart或者ArcCstart開始 通產運用ArcLStart作為起始語句 任何焊接程序都須以ArcLEnd或者ArcCEnd結束

第十章 工業機器人應用4——裝配

裝配機器人分類

按臂部的運動形式分

直角坐標裝配型機器人

又稱單臂機械手，他的工作空間類似于一個矩形，它使用笛卡爾坐標系進行定位 特點：速度快，精度高，操作及編程簡單 應用：零部件運送，簡單插入，旋擰等作業

垂直多關節型裝配機器人

又稱垂直串聯關節型機器人，它的最大工作空間類似于一個球體，通常使用極坐標系定義空間中的點

平面關節型裝配機器人

其在水平方向上具有很大的柔順性，而在豎直方向上具有很強的剛性，因此最適用于平面定位、豎直方向進行裝配的作業， 例如非接觸式檢測

并聯關節行裝配機器人

裝配機器人優勢

1. 操作速度快，加速性能好，縮短工作循環時間 2. 精度高，具有極高的重復定位精度，保證裝配精度 3. 能夠實時調節生產節拍和末端執行器的動作狀態 4. 可以通過更換不同的末端執行器來適應裝配任務的變化，方便快捷 5. 柔順性好，能夠與零件供給器、輸送裝置等輔助設備集成，能夠與其他系統配套使用，實現柔性化生產 6. 多帶有視覺傳感器，觸覺傳感器，接近度傳感器和力傳感器等，大大提高了裝配機器人的作業性能和環境適應性，保證裝配任務的精確性

裝配機器人的傳感系統

視覺傳感器

接觸覺傳感器

接近覺傳感器

力覺傳感器

滑覺傳感器

用于判斷和測量機器人抓握或搬運物體時物體所產生的滑移，實際上是一種位移傳感器

按有無滑動方向檢測功能分

1. 無方向性 2. 單方向性 3. 全方向性

接觸覺和接近覺傳感器的異同點

異

1. 接觸覺傳感器只有與被裝配物件相互接觸時才起作用，接近覺傳感器是在末端執行器與被裝配物件接觸前起作用，是一種非接觸式傳感器 2. 接觸覺傳感器用于判斷機器人是否與外界物體接觸或測量被接觸物體硬度特征，接近覺傳感器用于感覺近距離對象或障礙物，能檢測出與物體的距離、相對傾角甚至對象的表面特性，可用來防止碰撞，實現無沖擊接近和抓取操作

同

一般都固定在末端執行器的指端

裝配機器人發展趨勢

1. 操作機結構的優化設計 2. 直接驅動裝配機器人 3. 多傳感器融合技術 4. 機器人遙控及監控技術 5. 虛擬機器人技術 6. 并聯機器人迅速發展 7. 多智能體協調控制技術

零件供給裝置

目前運用最多的零件供給裝置主要有給料器和托盤等，可通過可編程控制器控制

作用

提供機器人作業所需零部件保證機器人能逐個正確地抓取待裝配零件，保證裝配作業正常運行

輸送裝置作用

把工件搬動到各作業地點的任務

總結

以上是生活随笔為你收集整理的工业机器人技术基础及其应用总结的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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