模块2 工业机器人的系统组成

工业机器人技术基础模块二工业机器人的系统组成工业机器人系统是一套完整的智能工业产品，通常由本体、控制柜和示教器三个基本部分组成，如图2-0-1所示。目录单元1工业机器人本体单元2工业机器人控制柜单元3工业机器人示教器单元4工业机器人末端执行器单元1工业机器人本体单元1工业机器人本体如图2－1－1所示，工业机器人本体是指在集成应用中进行具体生产工作的部分，由支撑结构和动力结构组成，即机座和执行机构，包括腰部、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。机器人控制中，所有的计算、分析和编程最终都通过本体的动作去完成工作。单元1工业机器人本体工业机器人本体结构通常包括手部、腕部、腰部、机座（或足部）。

1.手部主要用于机器人安装工具进行具体的工作。

2.腕部决定了工业机器人手部的灵活性，用于调整手部的姿态。腕部越灵活，手部的姿态越丰富。

3.腰部是一个支撑机构，也决定了机器人的活动范围，其主要功能在于使机器人末端执行器快速地作大范围移动。

4.机座用于机器人的安装。有些机器人的机座部分是一套行走机构，机器人不再是固定安装在某一位置，可以像车轮或人的双脚一样移动。一、本体结构单元1工业机器人本体工业机器人是针对工业生产应用而设计的专业设备，它的规格性能等也必须要符合工业应用的需求，工业机器人常见的参数如表2－1－1所示。二、本体参数目录单元1工业机器人本体单元2工业机器人控制柜单元3工业机器人示教器单元4工业机器人末端执行器单元2工业机器人控制柜单元2工业机器人控制柜机器人控制器作为工业机器人最为核心的零部件之一，对机器人的性能起着决定性的影响，在一定程度上影响着机器人的发展。工业机器人控制系统的主要任务是控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态、轨迹、操作顺序及动作的时间等。它同时具有编程简单、软件菜单操作、人机交互界面友好、在线操作提示和使用方便等特点。如图2－2－1所示，根据功率和用途的不同，同一机器人品牌的控制柜通常有好几种。例如，紧凑型控制柜体积小，质量轻，所以占地小，易于运输，但它的功能单一，没有额外添加模块的空间。其他专用型控制柜体积大，功能更多，且具备更高的防护等级。工业机器人的控制柜主要由线缆接口和功能模块组成。单元2工业机器人控制柜如图2-2-2所示，是某工业机器人控制柜的线缆接口说明。一、线缆接口单元2工业机器人控制柜如图2－2－3所示为某工业机器人控制柜内部功能模块。二、功能模块目录单元1工业机器人本体单元2工业机器人控制柜单元3工业机器人示教器单元4工业机器人末端执行器单元3工业机器人示教器单元3工业机器人示教器如图2－3－1所示，示教器是一种手持式人机交互装置，用于执行与操作跟机器人系统相关的任务，如运行程序、微动控制操纵器、修改机器人程序等。示教器是机器人控制系统的核心部件，是一个用来存储机械运动轨迹或处理记忆的设备，由电子系统或计算机系统执行。一、示教器简介单元3工业机器人示教器如图2－3－2所示。二、示教器结构单元3工业机器人示教器（一）使用方式如图2－3－3所示，示教器的使用方式通常是左手持示教器，右手进行操作。有的工业机器人厂商也会提供一项人性化的功能——可以设置将触控屏界面显示旋转180°，从而方便习惯左手操作的人正常使用示教器。三、示教器的功能及使用单元3工业机器人示教器（二）功能示教器主要用于操控工业机器人，如图2－3－4所示。三、示教器的功能及使用单元3工业机器人示教器

1.示教可用于示教所定义变量的数据。

2.编程可用于编写机器人运行程序。

3.调试可用于测试机器人的功能以及程序运行情况。三、示教器的功能及使用目录单元1工业机器人本体单元2工业机器人控制柜单元3工业机器人示教器单元4工业机器人末端执行器单元4工业机器人末端执行器单元4工业机器人末端执行器

在工业生产中，机器人可以通过配备不同类型的末端执行器，完成各种不同的工作任务。工业机器人可装载的末端执行器种类越多,实用性更强,更能适应工业自动化生产需求。单元4

工业机器人末端执行器

工业机器人是一种通用性强的自动化设备，末端执行器是其实现自动化生产的执行工具。工业机器人的末端执行器相当于人的手，可以实现机器人对工具（工件）的拾取、装配、持握和释放等操作。

机器人末端执行器是指任何一个安装在机器人手部末端关节上，且具有一定功能的工具。工业机器人在工作中，通过手腕和手臂与末端执行器的协调以完成作业任务。所以末端执行器的作业精度是工业机器人能否高效应用的关键之一。大多数末端执行器的结构和尺寸是根据其不同的工作场景和要求而设计的，因而在结构形式上是多种多样的，如图2-4-1所示。一、末端执行器的定义单元4

工业机器人末端执行器

根据用途和结构的不同,工业机器人末端执行器大致可分为拾取工具和专用工具两大类。

拾取工具是指能够拾取一个对象（工具或工件），并对拾取对象进行运输和放置等操作的机构，常见的有机械夹持式末端执行器和吸附式末端执行器等。

机械式夹持器（图2-4-2）通过夹紧力夹持和运输物体，多为单点支承或双点支承的指爪式。二、工业机器人末端执行器的种类单元4

工业机器人末端执行器

吸附式末端执行器（又称吸盘）有气吸式和磁吸式两种，如图2-4-3所示。气吸式末端执行器利用吸盘内负压产生的吸力吸取对象，再由机器人搬运移动;磁吸式末端执行器分为电磁吸盘和永磁吸盘两大类，是指利用磁场作用进行工件的拾取的工具。相较于气吸式末端拾取工件，磁吸式末端拾取工具在应用中具有更高的局限性,因为其作用对象需是具铁磁性的工件。二、工业机器人末端执行器的种类单元4

工业机器人末端执行器

专用工具（图2-4-4）大多为在行业中有特殊作用的场合进行应用，如机器人弧焊焊枪、机器人喷涂喷枪和机器人打磨布轮等。二、工业机器人末端执行器的种类单元4

工业机器人末端执行器

机械结构的工业机器人末端执行器（如机械夹具）虽然也能代替人手完成搬运、装配等工作,但是对于鸡蛋、纸张等轻巧或易碎的物体，无法做到使用恰当精确的力进行拾取或搬运。柔性机械手的研制解决了这一问题，在工作过程中可根据工件的外形和可承受力进行自我调整完成抓取。

柔性机械手能使用适当的力和姿态抓握、夹取、捏拿的关键在于手指的感知能力和控制技术。柔性机械手的技术尚未成熟，在工业生产中还未得到广泛使用。目前研制出来的柔性机械手可大致分为两种，一种是柔性五指机械手，另一种是软体夹持器。

三、柔性机械手单元4

工业机器人末端执行器

柔性五指机械手（图2-4-5）外形和大小同人手相似，每根手指上有至少3个柔性关节且每个关节有多个自由度，能实现类似人手指的弯曲和握紧动作。操作起来十分方便，只需要操作者带上具有位置传感器的“