工业机器人的基本知识

前言：这篇文章主要是对ppt和word“工业机器人的基本知识”的总结，方便有需要的朋友参考，附上全文思维导图（注：参考资料见文末）

一、工业机器人发展概况

术语起源：1920 年捷克剧作家在《罗萨姆万能机器人制造公司》中首次使用 “ROBOT”，意为 “人造的人”。三代发展历程：

第一代（1950-1970 年代）：实用阶段，以 “示教再现” 型为主，无环境感知能力。1954 年美国 G.C.Devol 发表 “通用机器人” 专利，1960 年 AMF 公司生产 Versatran 机器人（柱坐标型，可点位和轨迹控制），1979 年 Unimation 公司推出 PUMA 机器人（多关节、全电机驱动，采用 VAL 语言）。

第二代（1980 年代）：因传感技术（视觉、力觉等）和信息处理技术发展，出现有感觉的机器人，能获取部分环境信息并实时处理，已广泛应用。

第三代（目前）：“智能机器人”，具备更完善的环境感知能力和逻辑思维、判断决策能力，可自主工作。

二、机器人定义

三、国际主要生产厂家及产品

四、应用领域

工业领域：弧焊、点焊、电阻焊、激光焊、等离子切割、喷涂、喷漆、物料输送、包装、装配、去毛刺、打磨、堆垛、涂层、材料去除、设备维护、自动钻孔等。

特殊领域：医用（并联机器人）、天文望远镜、绳索机器人、空间机械臂（如 DEXTRE）、三杆并联机床、六足行走机器人等。

五、分类

串联机器人

直角坐标系机器人：以移动关节（P）和旋转关节（R）组合，按直角坐标移动。

圆柱坐标系机器人：具有回转和旋转关节，运动范围呈圆柱状。

水平多关节机器人：结构紧凑，适合平面作业。

并联机器人：1965 年由 Stewart 提出，如 Stewart 平台，由 6 个驱动杆连接定平台和动平台，具高刚度、低惯量等特点，应用于飞行模拟器、机床等。

六、机器人系统基本结构

机械本体：包括操作本体（类似手臂手腕）和移动本体（实现移动）。

驱动伺服单元：驱动方式有液压伺服、电机伺服、气动伺服。

计算机控制系统：主计算机与关节驱动伺服计算机两级控制，给出各关节伺服驱动指令值。

传感系统：内部传感器（关节伺服驱动的位置传感器）和外部传感器（视觉、力觉、触觉、接近觉等）。

输入 / 输出系统接口：用于与周边系统通讯和人机交互。

七、技术参数

自由度：独立运动坐标轴数目，三维空间描述物体位姿需 6 个，工业机器人可能小于或大于 6 个，如 A4020 装配机器人 4 个，PUMA562 机器人 6 个。

精度：定位精度（实际到达位置与目标位置差异）和重复定位精度（重复定位能力，用标准偏差表示）。

工作空间：手臂末端或手腕中心可达点的集合（形状和大小）。

最大工作速度：主要自由度的最大稳定速度或末端最大合成速度。

承载能力：工作范围内任何位姿能承受的最大重量，与负载质量、运行速度和加速度有关。

八、机器人运动学

正问题：已知杆件几何参数和关节变量，求末端执行器在笛卡儿坐标系的位置和姿态。

逆问题：已知杆件几何参数和末端位姿，求关节变量。

雅可比矩阵：建立末端执行器笛卡儿坐标系速度与关节速度、外界作用力 / 力矩与关节力 / 力矩的关系，应用于分离速度控制（△Q=J⁻¹△P）和静力学分析（T=JF）。

参考资料（已汇总在Excel里，按文章标题关键字查找自取！）