机器人技术基础及应用 课件 项目一 认识工业机器人+任务二 认识工业机器人分类

机器人技术基础及应用教研室：机器人技术

项目一认识工业机器人

任务二

认识工业机器人分类目录任务工单2任务提出1任务准备3任务总结5任务实施4一、任务提出任务提出

汽车行业大量使用工业机器人进行汽车的搬运、涂胶、装配、焊接、喷涂等工艺生产。通过本次任务学习可以了解工业机器人的分类。二、任务工单任务工单项目名称项目一

认识工业机器人任务名称任务二

初识工业机器人分类实训场地

实训设备

学

时

班

级

学号

姓

名

工位号

知识目标（1）了解工业机器人分类方式。（2）了解工业机器人以技术等级、机械特征、机械结构、驱动方式、控制方式、应用领域等划分的情况。技能目标（1）能够列举工业机器人的应用。素质目标（1）增长见闻、关注行业；（2）安全生产、提高效率；（3）文明生产、保证质量；（4）提升自信、服务产业。任

务

内

容1.工业机器人的分类方式。

2.工业机器人的技术等级划分情况。

3.工业机器人的机械特征划分情况。

4.工业机器人的机械结构划分情况。

5.工业机器人的驱动方式划分情况。

6.工业机器人的控制方式划分情况。

7.工业机器人的应用领域划分情况。

三、任务准备（一）思维导图三、任务准备（二）知识详解1.工业机器人的分类三、任务准备2.工业机器人技术等级划分（二）知识详解三、任务准备2.工业机器人技术等级划分（二）知识详解（1）示教再现机器人三、任务准备2.工业机器人技术等级划分（二）知识详解（2）感知机器人

感知机器人是第二代工业机器人，具有环境感知装置，可通过反馈控制使其在一定程度上适应环境的变化，目前已经大量应用三、任务准备3.工业机器人机械特征划分（二）知识详解三、任务准备3.工业机器人机械特征划分（二）知识详解（1）直角坐标机器人定义：一种基于笛卡尔直角坐标系设计的工业机器人。特征：由3个相互垂直的直线运动轴（X轴：水平横向，Y轴：水平纵向，Z轴：垂直升降）构成基础框架，轴间通过导轨和传动机构连接，形成“直角坐标系”运动结构；运动轨迹以直线、平面或立方体空间内的规则路径为主。优点：结构简单、定位精度高、空间轨迹易于求解。缺点：动作范围相对较小、设备空间因数较低。

示意图

实物图三、任务准备3.工业机器人机械特征划分（二）知识详解（2）柱面坐标机器人定义：一种基于柱面坐标系设计的工业机器人。特征:整体结构中，旋转轴是“核心定位轴”，径向和垂直轴为“辅助调整轴”；其运动基于柱面坐标的三个参数协同；工作空间为圆柱形或空心圆柱形区域。优点:结构简单、刚性好等。缺点:动作范围有限、只能沿轴线运行、空间利用率低。

示意图

实物图

三、任务准备3.工业机器人机械特征划分（二）知识详解（3）球面坐标机器人定义：一种基于球面坐标系设计的工业机器人，其运动空间由球面坐标定义。特征：以“水平旋转+俯仰摆动+径向伸缩”为核心的三轴结构，覆盖球形或部分球形工作空间，擅长三维立体空间内的多角度作业。优点：工作空间范围大、结构相对紧凑、控制逻辑直观、算法简单、对特定任务效率更高。缺点：定位精度有限、误差易累积、复杂轨迹跟踪能力弱、刚性与负载能力受限、维护要求较高、应用场景较局限。

示意图

实物图

三、任务准备3.工业机器人机械特征划分（二）知识详解（4）关节坐标机器人三、任务准备3.工业机器人机械特征划分（二）知识详解（4）关节坐标机器人1）垂直多关节机器人定义：一种以多个旋转关节为核心结构、模拟人类手臂运动形态的工业机器人。特征：仿人手臂的多旋转关节串联结构，3-6轴高自由度，覆盖不规则三维工作空间，擅长复杂轨迹与多姿态作业。优点：高灵活性与复杂作业能力、仿生结构的空间适应性、高精度与姿态控制能力、通用性强。缺点：刚性不足与负载限制、控制复杂、成本较高、维护难度与寿命限制、工作空间边缘性能下降。示意图

实物图三、任务准备3.工业机器人机械特征划分（二）知识详解（4）关节坐标机器人2）水平多关节机器人定义：是一种以水平方向旋转关节为核心、兼具垂直方向线性运动的工业机器人，又称SCARA机器人。特征：结构精简的4轴设计，聚焦水平面内的高速、高精度、高节拍作业，兼具水平柔顺性与垂直刚性。优点：高速高效、适合平面内快速作业、平面定位精度高、垂直方向刚性强、适合精密装配、结构紧凑、空间利用率高。缺点：工作空间受限、垂直方向运动能力弱、刚性依赖臂长、重载能力有限、环境适应性较弱。示意图

实物图三、任务准备4.工业机器人机械结构划分（二）知识详解（1）串联机器人定义：一种以机械结构使用串联机构实现的机器人。特征：通过多个关节与连杆依次串联形成开链式结构，具有实现复杂轨迹的能力，其工作空间是三维叠加的不规则体积，如图1-2-13所示。优点：结构简单、易操作、灵活性强、工作空间大等。缺点：末端定位精度较低、刚性差、动态响应较慢、高速运动时易出现振动、维护成本和磨损概率较高。串联机器人三、任务准备4.工业机器人机械结构划分（二）知识详解并联机器人（2）并联机器人定义：一种以并联闭环拓扑为核心结构的机器人。特征：结构上由多个分支并联连接定平台与动平台，形成封闭运动链，结构紧凑；轨迹具有明显的对称性关联，复杂度受限；其工作空间较小且形状复杂，受各分支运动范围限制。优点：高刚度与抗变形能力，定位精度高，误差不累积，高速响应与动态性能优异，结构紧凑，空间利用率高。缺点：工作空间狭小且形状复杂，运动学与控制算法复杂，灵活性与姿态调整能力弱，制造成本高，维护难度大，对环境适应性有限。三、任务准备5.工业机器人控制方式划分（二）知识详解（1）伺服控制机器人特征：伺服控制系统中，系统通过传感器实时采集机器人实际运动状态信号，与给定装置输出的指令信号一同输入比较环节进行偏差计算，得到的误差信号经放大与调节后，驱动机器人的执行机构，使机器人按预设规律运动，最终精准达到目标位姿、速度等状态参数。该系统本质是闭环反馈控制系统，通过持续的“检测-比较-修正”循环，实现对动态过程的高精度调控。优点：精度高，动态响应强、抗干扰能力强、稳定性好。缺点：成本较高、结构与控制复杂度高、维修困难。伺服控制机器人结构框图三、任务准备5.工业机器人控制方式划分（二）知识详解（2）非伺服控制机器人特征：非伺服系统机器人的驱动过程遵循开环控制逻辑：驱动单元接入动力源后，驱动机械臂的臂部、腕部及末端执行器等执行机构按预设轨迹运动；当执行机构抵达限位开关预设的定位点时，限位开关触发状态切换，向定序器反馈任务完成信号，同时触发终端制动机构动作，切断动力输出，使执行机构实现定位停止。优点：价格较低，维修较简便；缺点：精度一般，工作能力有限。非伺服控制机器人结构框图三、任务准备6.工业机器人驱动方式划分（二）知识详解三、任务准备6.工业机器人驱动方式划分（二）知识详解（1）气压驱动特征：气压驱动机器人以压缩空气来驱动执行机构。优点：空气来源方便，动作迅速，结构简单，造价低，维修简便。缺点：空气具有可压缩性，致使工作速度的稳定性较差，输出功率低、抓举力小。三、任务准备6.工业机器人驱动方式划分（二）知识详解（2）液压驱动特征：液压驱动机器人使用液体油液来驱动执行机构。优点：输出功率高、抓举力大，结构紧凑，传动稳且动作灵敏。缺点：对密封的要求较高，不宜在高温或低温的场合工作，要求制造精度较高，成本较高。三、任务准备6.工业机器人驱动方式划分（二）知识详解（3）电力驱动特征：电力驱动方式是利用电动机产生的力或力矩驱动执行机构，直接或经过减速机构驱动机器人，以获得所需的位置、速度、加速度。优点：电力驱动方式具有无污染、易于控制、运动精度高、成本低、驱动效率高、精度高、工作能力强，品种多、控制方式灵活，应用最广泛。缺点：价格高，维修困难。三、任务准备6.工业机器人驱动方式划分（二）知识详解（4）新型驱动

静电驱动器

压电驱动器

形状记忆合金驱动器

人工肌肉驱动器

光驱动器三、任务准备7.工业机器人应用划分（二）知识详解四、任务实施1.填空题（1）机器人的技术发展水平可以将工业机器人分为三代：

、感知工业机器人、智能工业机器人。（2）示教再现工业机器人由操作人员利用示教器示教机器人的

和姿态，记录

信息，并通过插补指令确定轨迹信息。（3）直角坐标机器人具有空间上相互

的多个直线移动轴；通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置；动作空间为一长方体。（4）工业机器人的机械结构方式主要分为串联机器人和

机器人两种。（5）工业机器人根据驱动方式的不同，可分为气压驱动、液压驱动、

和新型驱动四种类型。

四、任务实施2.判断题（1）柱面坐标机器人主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成；具有一个回转和两个平移自由度；动作空间呈圆柱形。（

）（2）球面坐标机器人具有前后伸缩、垂直摆动、水平转动；有旋转、摆动和平移三个自由度；动作空间球面的一部分。（

）（3）垂直多关节机器人的缺点是自由实现三维空间的各种姿势，可以生成各种复杂轨迹；相对机器人的安装面积，其动作范围很宽。（

）（4）水平多关节机器人在水平方向上的刚性好，