工业机器人的组成部分

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工业机器人的组成

工业机器人通常由执行机构、驱动系统、控制系统和传感系统四部分组成，如下图所示。

工业机器人各组成部分之间的相互作用关系如下图

执行机构

执行机构是机器人赖以完成工作任务的实体，通常由一系列连杆、关节或其他形式的运动副所组成。从功能的角度可分为手部、腕部、臂部、腰部和基座。

1.1 手部

工业机器人的 手部也叫做末端执行器 ，是装在机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。手部对于机器人来说是评价完成作业好坏、作业柔性好坏的关键部件之一。

1.2 腕部

腕部旋转是指腕部绕小臂轴线的转动，又叫做臂转。有些机器人限制其腕部转动角度小于360度，另一些机器人则仅仅受到控制电缆缠绕圈数的限制，腕部可以转几圈。

1.3 臂部

臂部是机器人执行机构中重要的部件，它的作用是支撑腕部和手部，并将被抓取的工件运送到给定的位置上。机器人的臂部主要包括臂杆以及与其运动有关的构件，包括传动机构、驱动装置、导向定位装置、支承连接和位置检测元件等。

手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现。因此，它不仅仅承受被抓取工件的重量，而且承受末端执行器、手腕和手臂自身的重量。 手臂的结构、工作范围、灵活性、抓重大小(臂力)和定位精度都直接影响机器人的工作性能 ，所以臂部的结构形式必须根据机器人的运动形式、抓取重量、动作自由度、运动精度等因素来确定。

一般机器人手臂有3个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降运动。手臂回转和升降运动是通过基座的立柱实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现。

1.4 腰部

腰部是连接臂部和基座的部件，通常是回转部件。它的回转，再加上臂部的运动，就能使腕部做空间运动。 腰部是执行机构的关键部件，它的制作误差、运动精度和平稳性对机器人的定位精度有决定性的影响 。

1.5 基座

基座是整个机器人的支撑部分，有固定式和移动式两类。移动式基座用来扩大机器人的活动范围，有的是专门的行走装置，有的是轨道、滚轮机构。基座必须有足够的刚度和稳定性。

驱动系统

工业机器人的驱动系统是向执行系统各部件提供动力的装置，包括驱动器和传动机构两部分，它们通常与执行机构连成一体。驱动器通常有电动、液压、气动装置以及把它们结合起来应用的综合系统。常用的传动机构有谐波传动、螺旋传动、链传动、带传动以及各种齿轮传动等机构。

控制系统

控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构完成固定的运动和功能。若工业机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；若具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。

工业机器人的控制系统主要由主控计算机和关节伺服控制器组成，如图所示。

上位主控计算机主要根据作业要求完成编程，并发出指令控制各伺服驱动装置，使各杆件协调工作，同时还要完成环境状态、周边设备之间的信息传递和协调工作。关节伺服控制器用于实现驱动单元的伺服控制、轨迹插补计算，以及系统状态监测。不同的工业机器人控制系统是不同的，图中所示为ABB工业机器人的控制系统实物。

工业机器人通常具有示教再现和位置控制两种方式。示教再现控制就是操作人员通过示教装置把作业程序内容编制成程序，输入到记忆装置中，在外部给出启动命令后，机器人从记忆装置中读出信息并送到控制装置，发出控制信号，由驱动机构控制机械手的运动，在一定精度范围内按照记忆装置中的内容完成给定的动作。

事实上， 工业机器人与一般自动化机械的最大区别就是它具有“示教再现”功能 ，因而表现出通用、灵活的“柔性”特点。

工业机器人的位置控制方式有点位控制和连续路径控制两种。其中，点位控制这种方式只关心机器人末端执行器的起点和终点位置，而不关心这两点之间的运动轨迹，这种控制方式可完成无障碍条件下的点焊、上下料、搬运等操作。连续路径控制方式不仅要求机器人以一定的精度达到目标点，而且对移动轨迹也有一定的精度要求，如机器人喷漆、弧焊等操作。事实上这种控制方式是以点位控制方式为基础，在每两点之间用满足精度要求的位置轨迹插补算法实现轨迹连续化的。

传感系统

传感系统是机器人的重要组成部分，按其采集信息的位置，一般可分为内部和外部两类传感器。内部传感器是完成机器人运动控制所必需的传感器，如位置、速度传感器等，用于采集机器人内部信息，是构成机器人不可缺少的基本元件。外部传感器检测机器人所处环境、外部物体状态或机器人与外部物体的关系。常用的外部传感器有力觉传感器、触觉传感器、接近觉传感器、视觉传感器等。一些特殊领域应用的机器人还可能需要具有温度、湿度、压力、滑动量、化学性质等感觉能力方面的传感器。

传统的工业机器人仅采用内部传感器，用于对机器人运动、位置及姿态进行精确控制。使用外部传感器，使得机器人对外部环境具有一定程度的适应能力 ，从而表现出一定程度的智能。

审核编辑：汤梓红