模塊2 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)模塊二工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)是一套完整的智能工業(yè)產(chǎn)品，通常由本體、控制柜和示教器三個基本部分組成，如圖2-0-1所示。目錄單元1工業(yè)機(jī)器人本體單元2工業(yè)機(jī)器人控制柜單元3工業(yè)機(jī)器人示教器單元4工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器單元1工業(yè)機(jī)器人本體單元1工業(yè)機(jī)器人本體如圖2－1－1所示，工業(yè)機(jī)器人本體是指在集成應(yīng)用中進(jìn)行具體生產(chǎn)工作的部分，由支撐結(jié)構(gòu)和動力結(jié)構(gòu)組成，即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括腰部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有3～6個運動自由度，其中腕部通常有1～3個運動自由度。機(jī)器人控制中，所有的計算、分析和編程最終都通過本體的動作去完成工作。單元1工業(yè)機(jī)器人本體工業(yè)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)通常包括手部、腕部、腰部、機(jī)座（或足部）。

1.手部主要用于機(jī)器人安裝工具進(jìn)行具體的工作。

2.腕部決定了工業(yè)機(jī)器人手部的靈活性，用于調(diào)整手部的姿態(tài)。腕部越靈活，手部的姿態(tài)越豐富。

3.腰部是一個支撐機(jī)構(gòu)，也決定了機(jī)器人的活動范圍，其主要功能在于使機(jī)器人末端執(zhí)行器快速地作大范圍移動。

4.機(jī)座用于機(jī)器人的安裝。有些機(jī)器人的機(jī)座部分是一套行走機(jī)構(gòu)，機(jī)器人不再是固定安裝在某一位置，可以像車輪或人的雙腳一樣移動。一、本體結(jié)構(gòu)單元1工業(yè)機(jī)器人本體工業(yè)機(jī)器人是針對工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用而設(shè)計的專業(yè)設(shè)備，它的規(guī)格性能等也必須要符合工業(yè)應(yīng)用的需求，工業(yè)機(jī)器人常見的參數(shù)如表2－1－1所示。二、本體參數(shù)目錄單元1工業(yè)機(jī)器人本體單元2工業(yè)機(jī)器人控制柜單元3工業(yè)機(jī)器人示教器單元4工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器單元2工業(yè)機(jī)器人控制柜單元2工業(yè)機(jī)器人控制柜機(jī)器人控制器作為工業(yè)機(jī)器人最為核心的零部件之一，對機(jī)器人的性能起著決定性的影響，在一定程度上影響著機(jī)器人的發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制機(jī)器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)、軌跡、操作順序及動作的時間等。它同時具有編程簡單、軟件菜單操作、人機(jī)交互界面友好、在線操作提示和使用方便等特點。如圖2－2－1所示，根據(jù)功率和用途的不同，同一機(jī)器人品牌的控制柜通常有好幾種。例如，緊湊型控制柜體積小，質(zhì)量輕，所以占地小，易于運輸，但它的功能單一，沒有額外添加模塊的空間。其他專用型控制柜體積大，功能更多，且具備更高的防護(hù)等級。工業(yè)機(jī)器人的控制柜主要由線纜接口和功能模塊組成。單元2工業(yè)機(jī)器人控制柜如圖2-2-2所示，是某工業(yè)機(jī)器人控制柜的線纜接口說明。一、線纜接口單元2工業(yè)機(jī)器人控制柜如圖2－2－3所示為某工業(yè)機(jī)器人控制柜內(nèi)部功能模塊。二、功能模塊目錄單元1工業(yè)機(jī)器人本體單元2工業(yè)機(jī)器人控制柜單元3工業(yè)機(jī)器人示教器單元4工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器單元3工業(yè)機(jī)器人示教器單元3工業(yè)機(jī)器人示教器如圖2－3－1所示，示教器是一種手持式人機(jī)交互裝置，用于執(zhí)行與操作跟機(jī)器人系統(tǒng)相關(guān)的任務(wù)，如運行程序、微動控制操縱器、修改機(jī)器人程序等。示教器是機(jī)器人控制系統(tǒng)的核心部件，是一個用來存儲機(jī)械運動軌跡或處理記憶的設(shè)備，由電子系統(tǒng)或計算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行。一、示教器簡介單元3工業(yè)機(jī)器人示教器如圖2－3－2所示。二、示教器結(jié)構(gòu)單元3工業(yè)機(jī)器人示教器（一）使用方式如圖2－3－3所示，示教器的使用方式通常是左手持示教器，右手進(jìn)行操作。有的工業(yè)機(jī)器人廠商也會提供一項人性化的功能——可以設(shè)置將觸控屏界面顯示旋轉(zhuǎn)180°，從而方便習(xí)慣左手操作的人正常使用示教器。三、示教器的功能及使用單元3工業(yè)機(jī)器人示教器（二）功能示教器主要用于操控工業(yè)機(jī)器人，如圖2－3－4所示。三、示教器的功能及使用單元3工業(yè)機(jī)器人示教器

1.示教可用于示教所定義變量的數(shù)據(jù)。

2.編程可用于編寫機(jī)器人運行程序。

3.調(diào)試可用于測試機(jī)器人的功能以及程序運行情況。三、示教器的功能及使用目錄單元1工業(yè)機(jī)器人本體單元2工業(yè)機(jī)器人控制柜單元3工業(yè)機(jī)器人示教器單元4工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器單元4工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器單元4工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器

在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)器人可以通過配備不同類型的末端執(zhí)行器，完成各種不同的工作任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人可裝載的末端執(zhí)行器種類越多,實用性更強(qiáng),更能適應(yīng)工業(yè)自動化生產(chǎn)需求。單元4

工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器

工業(yè)機(jī)器人是一種通用性強(qiáng)的自動化設(shè)備，末端執(zhí)行器是其實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的執(zhí)行工具。工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器相當(dāng)于人的手，可以實現(xiàn)機(jī)器人對工具（工件）的拾取、裝配、持握和釋放等操作。

機(jī)器人末端執(zhí)行器是指任何一個安裝在機(jī)器人手部末端關(guān)節(jié)上，且具有一定功能的工具。工業(yè)機(jī)器人在工作中，通過手腕和手臂與末端執(zhí)行器的協(xié)調(diào)以完成作業(yè)任務(wù)。所以末端執(zhí)行器的作業(yè)精度是工業(yè)機(jī)器人能否高效應(yīng)用的關(guān)鍵之一。大多數(shù)末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和尺寸是根據(jù)其不同的工作場景和要求而設(shè)計的，因而在結(jié)構(gòu)形式上是多種多樣的，如圖2-4-1所示。一、末端執(zhí)行器的定義單元4

工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器

根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)的不同,工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器大致可分為拾取工具和專用工具兩大類。

拾取工具是指能夠拾取一個對象（工具或工件），并對拾取對象進(jìn)行運輸和放置等操作的機(jī)構(gòu)，常見的有機(jī)械夾持式末端執(zhí)行器和吸附式末端執(zhí)行器等。

機(jī)械式夾持器（圖2-4-2）通過夾緊力夾持和運輸物體，多為單點支承或雙點支承的指爪式。二、工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的種類單元4

工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器

吸附式末端執(zhí)行器（又稱吸盤）有氣吸式和磁吸式兩種，如圖2-4-3所示。氣吸式末端執(zhí)行器利用吸盤內(nèi)負(fù)壓產(chǎn)生的吸力吸取對象，再由機(jī)器人搬運移動;磁吸式末端執(zhí)行器分為電磁吸盤和永磁吸盤兩大類，是指利用磁場作用進(jìn)行工件的拾取的工具。相較于氣吸式末端拾取工件，磁吸式末端拾取工具在應(yīng)用中具有更高的局限性,因為其作用對象需是具鐵磁性的工件。二、工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的種類單元4

工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器

專用工具（圖2-4-4）大多為在行業(yè)中有特殊作用的場合進(jìn)行應(yīng)用，如機(jī)器人弧焊焊槍、機(jī)器人噴涂噴槍和機(jī)器人打磨布輪等。二、工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的種類單元4

工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器

機(jī)械結(jié)構(gòu)的工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器（如機(jī)械夾具）雖然也能代替人手完成搬運、裝配等工作,但是對于雞蛋、紙張等輕巧或易碎的物體，無法做到使用恰當(dāng)精確的力進(jìn)行拾取或搬運。柔性機(jī)械手的研制解決了這一問題，在工作過程中可根據(jù)工件的外形和可承受力進(jìn)行自我調(diào)整完成抓取。

柔性機(jī)械手能使用適當(dāng)?shù)牧妥藨B(tài)抓握、夾取、捏拿的關(guān)鍵在于手指的感知能力和控制技術(shù)。柔性機(jī)械手的技術(shù)尚未成熟，在工業(yè)生產(chǎn)中還未得到廣泛使用。目前研制出來的柔性機(jī)械手可大致分為兩種，一種是柔性五指機(jī)械手，另一種是軟體夾持器。

三、柔性機(jī)械手單元4

工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器

柔性五指機(jī)械手（圖2-4-5）外形和大小同人手相似，每根手指上有至少3個柔性關(guān)節(jié)且每個關(guān)節(jié)有多個自由度，能實現(xiàn)類似人手指的彎曲和握緊動作。操作起來十分方便，只需要操作者帶上具有位置傳感器的“