一、常用运动学构形
1、笛卡尔操作臂
长处：很简略通过核算机操控完结，简略抵达高精度。缺陷：阻碍作业, 且占地上积大, 运动速度低, 密封性欠好。
①焊接、转移、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、设备、贴标、喷码、打码、(软仿型)喷涂、方针跟从、排爆等一系列作业。
②特别适用于多种类，便批量的柔性化作业，关于安稳，进步产质量量，进步劳动生产率，改进劳动条件和产品的快速更新换代有着非常重要的效果。
2、铰链型操作臂(关节型)
关节的关节全都是旋转的， 类似于人的手臂,工业机器人中最常见的结构。它的作业规模较为杂乱。
①轿车零配件、模具、钣金件、塑料制品、运动器件、玻璃制品、陶瓷、航空等的快速检测及产品开发。
②车身设备、通用机械设备等制作质量操控等的三坐标丈量及差错检测。
③古玩、艺术品、雕塑、卡通人物造型、人像制品等的快速原型制作。
④轿车整车现场丈量和检测。
⑤人体形状丈量、骨骼等医疗器件制作、人体外形制作、医学整容等。
3、SCARA操作臂
SCARA机器人常用于设备作业, 最显着的特色是它们在x-y平面上的运动具有较大的柔性, 而沿z轴具有很强的刚性, 所以, 它具有挑选性的柔性。这种机器人在设备作业中取得了较好的运用。
①很多用于设备印刷电路板和电子零部件
②搬动和取放物件，如集成电路板等
③广泛运用于塑料工业、轿车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等范畴.
④搬取零件和设备作业。
4、球面坐标型操作臂
特色：中心支架邻近的作业规模大,两个滚动驱动设备简略密封,掩盖作业空间较大。但该坐标杂乱, 难于操控,且直线驱动设备存在密封的问题。
5、圆柱面坐标型操作臂
长处：且核算简略;直线部分可选用液压驱动,可输出较大的动力; 能够伸入型腔式机器内部。 缺陷：它的手臂能够抵达的空间受到限制, 不能抵达近立柱或近地上的空间;
直线驱动部分难以密封、防尘; 后臂作业时, 手臂后端会碰到作业规模内的其它物体。
6、冗余组织
一般空间定位需求6个自在度，运用附加的关节能够协助组织避开奇异位形。下图为7自在度操作臂位形
7、闭环结构
闭环结构能够进步组织刚度，但会减小关节运动规模，作业空间有必定减小。
①运动模拟器;
②并联机床;
③微操作机器人;
④力传感器;
⑤生物医学工程中的细胞操作机器人、可完结细胞的打针和切割;
⑥微外科手术机器人;
⑦大型射电天文望远镜的姿势调整设备;
⑧混联配备等，如SMT公司的Tricept混联机械手模块是依据并联组织单元的模块化规划的成功模范。
工业机器人的几种常用结构方法(图)
二、机器人的首要技能参数
机器人的技能参数反映了机器人可担任的作业、具有的最高操作功用等状况，是规划、运用机器人有必要考虑的问题。机器人的首要技能参数有自在度、分辨率、作业空间、作业速度、作业载荷等。
1、自在度
机器人具有的独立坐标轴运动的数目。 机器人的自在度是指确认机器人手部在空间的方位和姿势时所需求的独立运动参数的数目。手指的开、合，以及手指关节的自在度一般不包括在内。.机器人的自在度数一般等于关节数目。 机器人常用的自在度数一般不超越5～6个。
2、关节(Joint)
即运动副，答应机器人手臂各零件之间发生相对运动的组织。
3、作业空间
机器人手臂或手部安点缀所能抵达的一切空间区域。其形状取决于机器人的自在度数和各运动关节的类型与装备。机器人的作业空间一般用图解法和解析法两种办法进行表明。
4、作业速度
机器人在作业载荷条件下、匀速运动过程中，机械接口中心或东西中心点在单位时刻内所移动的间隔或滚动的视点。
5、作业载荷
指机器人在作业规模内任何方位上所能接受的最大负载，一般用质量、力矩、惯性矩表明。 还和运转速度和加速度巨细方向有关，一般规则高速运转时所能抓取的工件重量作为承载才干方针。
6、分辨率
能够完结的最小移动间隔或最小滚动视点。
7、精度
重复性或重复定位精度：指机器人重复抵达某一方针方位的差异程度。或在相同的方位指令下，机器人连 续重复若干次其方位的涣散状况。它是衡量一列差错值的密布程度，即重复度。
三、机器人常用资料
1)碳素结构钢和合金结构钢 这类资料强度好，特别是合金结构钢，其强度增大了4～5倍，弹性模量E大，抗变形才干强，是运用最广泛的资料。
2)铝、铝合金及其他轻合金资料 这类资料的一起特色是重量轻，弹性模量E并不大，可是资料密度小，故E/ρ之比仍可与钢材比较。有些稀贵铝合金的质量得到了更显着的改进，例如添加3.2%(重量百分比)锂的铝合金，弹性模量添加了14%，E/ρ比添加了16%。
3)纤维增强合金 这类合金如硼纤维增强铝合金、石墨纤维增强镁合金等，其E/ρ比别离抵达11.4×107和8.9×107。这种纤维增强金属资料具有非常高的E/ρ比，但价格昂贵。
4)陶瓷 陶瓷资料具有杰出的质量，可是脆性大，不易加工，日本现已试制了在小型高精度机器人上运用的陶瓷机器人臂样品。
5)纤维增强复合资料 这类资料具有极好的E/ρ比，而且还具有非常杰出的大阻尼的长处。传统金属资料不可能具有这么大的阻尼，所以在高速机器人上运用复合资料的实例越来越多。
6)粘弹性大阻尼资料 增大机器人连杆件的阻尼是改进机器人动态特性的有用办法。现在有许多办法用来添加结构件资料的阻尼，其间最合适机器人选用的一种办法是用粘弹性大阻尼资料对原构件进行束缚层阻尼处理。
四、机器人首要结构
㈠、机器人驱动设备
概念：要使机器人运转起来, 需给各个关节即每个运动自在度安顿传动设备 效果：供给机器人各部位、各关节动作的原动力。
驱动体系：可所以液压传动、气动传动、电动传动, 或许把它们结合起来运用的归纳体系; 可所以直接驱动或许是通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动组织进行直接驱动。
1、电动驱动设备
电动驱动设备的动力简略，速度改变规模大，效率高，速度和方位精度都很高。但它们多与减速设备相联，直接驱动比较困难。
电动驱动设备又可分为直流(DC)、沟通(AC)伺服电机驱动和步进电机驱动。 直流伺服电机电刷易磨损，且易构成火花。无刷直流电机也得到了越来越广泛的运用。 步进电机驱动多为开环操控，操控简略但功率不大，多用于低精度小功率机器人体系。
电动上电运转前要作如下查看：
1)电源电压是否适合(过压很可能构成驱动模块的损坏); 关于直流输入的+/-极性必定不能接错，驱动操控器上的电机类型或电流设定值是否适合(开端时不要太大);
2)操控信号线接牢靠，工业现场最好要考虑屏蔽问题(如选用双绞线);
3)不要开端时就把需求接的线全接上，只连成最根本的体系，运转杰出后，再逐渐衔接。
4)必定要搞清楚接地办法，仍是选用浮空不接。
5)开端运转的半小时内要亲近调查电机的状况，如运动是否正常，声响和温升状况，发现问题当即停机调整。
2、液压驱动
通过高精度的缸体和活塞来完结，通过缸体和活塞杆的相对运动完结直线运动。
长处：功率大，可省去减速设备直接与被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好，呼应快，伺服驱动具有较高的精度。
缺陷：需求增设液压源，易发生液体走漏，不合适高、低温场合，故液压驱动现在多用于特大功率的机器人体系。
挑选合适的液压油。 防止固体杂质混入液压体系，防止空气和水侵略液压体系 。机械作业要柔软平顺机械作业应防止粗犷，不然必定发生冲击负荷，使机械故障频发，大大缩短运用寿命。要留意气蚀和溢流噪声。作业中要时刻留意液压泵和溢流阀的声响，假如液压泵呈现“气蚀”噪声，经排气后不能消除，应查明原因排除故障后才干运用。 坚持适合的油温。液压体系的作业温度一般操控在30～80℃之间为宜。
3、气压驱动
气压驱动的结构简略，清洁，动作活络，具有缓冲效果。 .但与液压驱动设备比较，功率较小，刚度差，噪音大，速度不易操控，所以多用于精度不高的点位操控机器人。
(1)具有速度快、体系结构简略，修理便利、价格低一级特色。适于在中、小负荷的机器人中选用。但因难于完结伺服操控，多用于程序操控的机械人中，如在上、下料和冲压机器人中运用较多。
(2)在大都状况下是用于完结两位式的或有限点位操控的中、小机器人中的。
(3)操控设备现在大都选用可编程操控器(PLC操控器)。在易燃、易爆场合下可选用气动逻辑元件组成操控设备。
㈡、直线传动组织。
传动设备是衔接动力源和运动连杆的要害部分，依据关节方法，常用的传动组织方法有直线传动和旋转传动组织。
直线传动方法可用于直角坐标机器人的X、Y、Z向驱动，圆柱坐标结构的径向驱动和笔直升降驱动，以及球坐标结构的径向弹性驱动。
直线运动能够通过齿轮齿条、丝杠螺母等传动元件将旋转运动转化成直线运动，也能够有直线驱动电机驱动，也能够直接由气缸或液压缸的活塞发生。
1、齿轮齿条设备
一般齿条是固定的。齿轮的旋转运动转化成托板的直线运动。
长处：结构简略。
缺陷：回差较大。
2、滚珠丝杠
在丝杠和螺母的螺旋槽内嵌入滚珠，并通过螺母中的导向槽使滚珠能接连循环。
长处：摩擦力小，传动效率高，无匍匐，精度高
缺陷：制形本钱高，结构杂乱。
自锁问题：理论上滚珠丝杠副也能够自锁,可是实践运用上没有运用这个自锁的,原因首要是：牢靠性很差，或加工本钱很高;因为直径与导程比非常大，一般都是再加一套蜗轮蜗杆之类的自锁设备。
㈢、旋转传动组织
选用旋转传动组织的意图是将电机的驱动源输出的较高转速转化成较低转速，并取得较大的力矩。机器人中运用较多的旋转传动组织有齿轮链、同步皮带和谐波齿轮。
1、齿轮链
(1)转速联络
(2)力矩联络
2、同步皮带
同步带是具有许多型齿的皮带，它与相同具有型齿的同步皮带轮相啮合。作业时相当于柔软的齿轮。
长处：无滑动，柔性好，价格便宜，重复定位精度高。
缺陷：具有必定的弹性变形。
3、谐波齿轮
谐波齿轮由刚性齿轮、谐波发生器和柔性齿轮三个首要零件组成，一般刚性齿轮固定，谐波发生器驱动柔性齿轮旋转。 首要特色：
(1)、传动比大，单级为50—300。
(2)、传动平稳，承载才干高。
(3)、传动效率高,可达70%—90%。
(4)、传动精度高,比一般齿轮传动高3—4倍。
(5)、回差小，可小于3’。
(6)、不能取得中心输出，柔轮刚度较低。
谐波传动设备在机器人技能比较先进的国家已得到了广泛的运用。仅就日本来说，机器人驱动设备的60%都选用了谐波传动。
美国送到月球上的机器人，其各个关节部位都选用谐波传动设备，其间一只上臂就用了30个谐波传动组织。
前苏联送入月球的移动式机器人“登月者”，其成对设备的8个轮子均是用密闭谐波传动组织独自驱动的。 .德国群众轿车公司研发的ROHREN、GEROT R30型机器人和法国雷诺公司研发的VERTICAL 80型机器人等都选用了谐波传动组织。
㈣、机器人传感体系
1、感触体系由内部传感器模块和外部传感器模块组成, 用以获取内部和外部环境状况中有含义的信息。
2、智能传感器的运用进步了机器人的机动性、适应性和智能化的水准。
3、智能传感器的运用进步了机器人的机动性、适应性和智能化的水准。
4、关于一些特别的信息, 传感器比人类的感触体系更有用。
㈤、机器人方位检测
旋转光学编码器是最常用的方位反应设备。光电探测器把光脉冲转化成二进制波形。轴的转角通过核算脉冲数得到，滚动方向由两个方波信号的相对相位决议。
感应同步器输出两个模拟信号——轴转角的正弦信号和余弦信号。轴的转角由这两个信号的相对幅值核算得到。感应同步器一般比编码器牢靠，但它的分辨率较低。
电位计是最直接的方位检测方法。它衔接在电桥中，能够发生与轴转角成正比的电压信号。可是，因为分辨率低、线性欠好以及对噪声灵敏。
转速计能够输出与轴的转速成正比的模拟信号。假如没有这样的速度传感器，能够通过对检测到的方位相关于时刻的差分得到速度反应信号。
㈥、机器人力检测
力传感器一般设备在操作臂下述三个方位：
1、设备在关节驱动器上。可丈量驱动器/减速器本身的力矩或许力的输出。但不能很好地检测结尾履行器与环境之间的接触力。
2、设备在结尾履行器与操作臂的终端关节之间，可称手段传感器。一般，能够丈量施加于结尾履行器上的三个到六个力/力矩重量。
3、设备在结尾履行器的“指尖”上。一般，这些带有力觉得手指内置了应变计，能够丈量效果在指尖上的一个到四个分力。
㈦、机器人-环境交互体系
1、机器人-环境交互体系是完结工业机器人与外部环境中的设备彼此联络和和谐的体系。
2、工业机器人与外部设备集成为一个功用单元，如加工制作单元、焊接单元、设备单元等。也可所以多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储设备等集成 。
3、也可所以多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储设备等集成为一个去履行杂乱使命的功用单元。
㈧、人机交互体系
人机交互体系是使操作人员参加机器人操控并与机器人进行联络的设备。 该体系归纳起来分为两大类: 指令给定设备和信息显示设备。
五、 机器人的操控体系
1、机器人的操控体系
“操控”的意图是使被控目标发生操控者所希望的行为方法。 .“操控”的根本条件是了解被控目标的特性。 “本质”是对驱动器输出力矩的操控。
2、机器人示教原理
机器人的根本作业原理是示教再现;示教也称扶引，即由用户扶引机器人，一步步按实践使命操作一遍，机器人在扶引过程中主动回忆示教的每个动作的方位、姿势、运动参数/工艺参数等，并主动生成一个接连履行悉数操作的程序。完结示教后，只需给机器人一个发动指令，机器人将准确地按示教动作，一步步完结悉数操作;
3、机器人操控的分类 ：
1)依照有无反应分为：开环操控、闭环操控;
开环准确操控的条件：准确地知道被控目标的模型，而且这一模型在操控过程中坚持不变。
2)依照希望操控量分为：方位操控，力操控，混合操控 ;
方位操控分为：单关节方位操控(方位反应，方位速度反应，方位速度加速度反应)、多关节方位操控、多关节方位操控分为分化运动控、集中操控;力操控分为：直接力操控、阻抗操控、力位混合操控 ;
3)智能化的操控方法 ：含糊操控、自适应操控、最优操控、神经网络操控、含糊神经网络操控 、专家操控以及其他;
4、操控体系硬件装备及结构：
因为机器人的操控过程中触及很多的坐标改换和插补运算以及较低层的实时操控，所以，现在的机器人操控体系在结构上大大都选用分层结构的微型核算机操控体系，一般选用的是两级核算机伺服操控体系。
1)详细流程：
主控核算机接到作业人员输入的作业指令后，首要剖析解说指令，确认手的运动参数。
然后进行运动学、动力学和插补运算，最终得出机器人各个关节的和谐运动参数。这些参数通过通信线路输出到伺服操控级，作为各个关节伺服操控体系的给定信号。关节驱动器将此信号D/A转化后驱动各个关节发生和谐运动。 传感器将各个关节的运动输出信号反应回伺服操控级核算组织成部分闭环操控，然后愈加准确的操控机器人手部在空间的运动。
2)依据PLC的运动操控 两种操控方法：
1、运用PLC的某些输出端口运用脉冲输出指令来发生脉冲驱动电机，一起运用通用I/O或许计数部件来完结电机的闭环方位操控。
2、运用PLC外部扩展的方位操控模块来完结电机的闭环方位操控首要是以发高速脉冲方法操控，归于方位操控方法，一般点到点的方位操控方法较多。
