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1什么是机器人？机器人是一种能自动控制、可重复编程、多功能，可以代替人完成特定任务的一种自动化机电装置。2机器人按控制方式分类：操作机器人程序机器人示教再现机器人智能机器人综合机器人3机器人按应用分类：工业机器人极限机器人娱乐机器人4工业机器人定义及特点U.S.RIA提出的定义：工业机器人是用来进行搬运材料、零件、工具等可再编程的多功能机械手，或通过不同程序的调用来完成各种工作任务的特种装置。ISO定义：工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能够完成各种作业的可编程操作机。ISO8373提出更具体的定义：机器人具有自动控制及可再编程、多用途功能，机器人操作机具有三个或三个以上的可编程轴，在工业自动化应用中，机器人的底座可固定也可移动。（1）可编程（2）拟人化（3）通用性（4）机电一体化5工业机器人由3大部分或6个子系统组成:机械部分传感部分控制部分.驱动系统(要使机器人运动起来，就需要给各个关节即每个运动自由度安置传动装置)机械结构系统(由机身、手臂、末端操作器三大件组成)感受系统(由内部传感器模块和外部传感器模块组成，获取内部和外部环境状态中有意义的信息)机器人-环境交互系统(实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统)人-机交互系统(是使操作人员参与机器人控制并与机器人进行联系的装置)控制系统(其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去完成规定的运动和功能)6工业机器人的技术参数A自由度:自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目,不应包括手爪(末端操作器)的开合自由度B重复定位精度:工业机器人精度是指定位精度和重复定位.定位精度是指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异。重复定位精度是指机器人重复定位其手部于同一目标位置的能力,可以用标准偏差这个统计量来表示,它是衡量一列误差值的密集度(即重复度),C工作范围:工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合,也叫工作区域。因为末端操作器的尺寸和形状是多种多样的,为了真实反映机器人的特征参数,所以,这里是指不安装末端操作器时的工作区域。D最大工作速度:速度和加速度是表明机器人运动特性的主要指标。说明书中通常提供了主要运动自由度的最大稳定速度,但在实际应用中单纯考虑最大稳定速度是不够的。所以,考虑机器人运动特性时,除注意最大稳定速度外,还应注意其最大允许的加减速度。E承载能力:承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。承载能力不仅决定于负载的质量,而且还与机器人运行的速度和加速度的大小和方向有关。为了安全起见,承载能力这一技术指标是指高速运行时的承载能力。通常,承载能力不仅指负载,而且还包括了机器人末端操作器的质量。机器人有效负载的大小除受到驱动器功率的限制外,还受到杆件材料极限应力的限制,因而,它又和环境条件(如地心引力)、运动参数(如运动速度、加速度以及它们的方向)有关。7工业机器人的分类机械部分:a基本结构(直角坐标式机器人圆柱坐标式机器人球坐标式机器人关节坐标式机器人平面关节式机器人柔软臂式机器人冗余自由度式机器人模块式机器人)b驱动源(气动液动电动)传感部分:视觉传感器触觉传感器接近觉传感器控制部分(信息输入和示教方法):人工操纵机器人固定程序机器人可变程序机器人重演式示教机器人计算机数控机器人智能机器人8按机器人的控制方式分类非伺服机器人(按照预先编好的程序进行工作，使用终端限位开关、制动器、插销板和定序器来控制机器人的运动)伺服控制机器人(伺服机器人可分为：点位伺服控制和连续轨迹伺服控制两种)9按机器人的智能程度分类:一般机器人智能机器人10按机器人的移动方式分类:固定机器人移动机器人11工业机器人主要用于以下几个方面:1)恶劣工作环境及危险工作2)特殊作业场合和极限作业3)自动化生产领域(焊接机器人材料搬运机器人检测装配机器人喷漆和喷涂)12主体结构设计的主要问题是：选择由连杆件和运动副组成的坐标形式。13直角坐标式机器人主要用于生产设备的上下料，也可用于高精度的装配和检测作业，大约占工业机器人总数的14%左右。手臂能垂直上下移动（Z方向运动），并可沿滑架和横梁上的导轨进行水平面内二维移动（X、Y方向运动）。主体结构有3个自由度，手腕自由度的数量视用途而定。直角坐标机器人定义:以单维直线运动单位为基础,搭建出空间多自由度、多方向的运动机构,通常采用伺服驱动,可实现空间各方向直线运动的插补联动及配合运动.直角坐标机器人用途:大型多工序生产现场的各环节自动化衔接,物流设备、搬运码跺设备(如:食品行业、化妆品行业、电子设备、各种零部件)、涂料设备、点胶设备、无损检测设备、视觉检测设备、贴标设备、激光加工行业、焊接设备、跟踪模拟设备(军工)以及一些军品制造和防爆场合.优点缺点(1)结构简单(2)容易编程(3)采用直线滚动导轨后，速度高，定位精度高(4)在X、Y和Z坐标轴方向上的运动没有耦合作用，对控制系统设计相对容易些。(1)导轨面的防护比较困难，不能像转动关节的轴承那样密封得很好(2)导轨的支撑结构增加了机器人的重量，并减少的有效工作范围。(3)为了减少摩擦需要很长的直线滚动导轨，价格高。(4)结构尺寸与有效工作范围相比显得庞大(5)移动部件的惯量比较大，增加了驱动装置的尺寸和能量消耗。14圆柱坐标式机器人主体结构具有三个自由度：腰转，升降，手臂伸缩。手腕采用2个自由度(绕手臂纵向轴线转动与其垂直的水平轴线转动)若手腕采用3个自由度，则机器人自由度数目达到6个，但手腕上的某个自由度将与主体上的回转自由度有部分重复。此类机器人大约占工业机器人总数的47%左右优点缺点(1)除了简单的“抓—放”作业外还可以用在许多其它生产领域，与直角坐标式机器人相比增加了通用性。(2)结构紧凑(3)在垂直方向和径向有两个往复运动，可采用伸缩套筒式结构。当机器人开始腰转时可把手臂缩进去，在很大程度上减少的转动惯量，改善动力学载荷。由于机身结构的缘故，手臂不能抵达底部，减少了机器人的工作范围。15球面坐标式机器人主体结构有三个自由度，绕垂直轴线（机身）、水平轴线（回转关节）的转动及手臂的伸缩。16关节坐标式机器人主体结构的三个自由度腰转关节、肩关节、肘关节全部是转动关节，手腕的三个自由度上的转动关节（俯仰、偏转和翻转）用来确定末端操作器的姿态，大约占工业机器人总数的25%左右。关节坐标式机器人的优点：①结构紧凑，工作范围大而安装占地面积小②具有很高的可达性。③转动关节易于封闭，由于轴承件是大量生产的标准件，则摩擦小、惯量小、可靠性好。④所需关节驱动力矩小，能量消耗较少。关节坐标式机器人的缺点：①肘关节和肩关节轴线是平行的，当大、小臂舒展成一直线时虽能抵达很远的工作点，但机器人的结构刚度比较低；②机器人手部在工作范围边界上工作时有运动学上的退化行为。17传动方式选择是选择驱动源及传动装置与关节部件的连接形式和驱动方式。a直接连接传动驱动电机（或带有传动装置）直接与关节相连。b远距离连接传动驱动源通过远距离机械传动装置与关节相连。c间接驱动机器人驱动源经一个速比大于1的机械传动装置与关节相连。d直接驱动机器人驱动源不经过中间环节或经过一个速比等于1的机械传动这样的中间环节与关节相连。18模块化结构设计模块化机器人：是由一些标准化、系列化的模块件通过具有特殊功能的结合部用积木拼搭的方式组成一个工业机器人系统。模块化工业机器人的特点:经济性灵活性模块化工业机器人所存在的问题:模块化工业机器人整个机械系统的刚度比较差。模块化工业机器人的整体重量有可能增加。尚未做到根据作业对象就可以合理进行模块化分析和设计19材料的选择材料选择的基本要求:1）强度高（2）弹性模量大（3）重量轻（4）阻尼大（5）材料价格低结构件材料介绍:碳素结构钢、合金结构钢；铝、铝合金及其它轻合金材料；纤维增强合金；陶瓷；纤维增强复合材料。20平衡系统设计工业机器人平衡系统的作用（1）安全（2）降低因机器人构形变化而导致重力引起关节驱动力矩变化的峰值。（3）降低因机器人运动而导致惯性力矩引起关节驱动力矩变化的峰值。（4）减少动力学方程中内部耦合项和非线性项，改进机器人动力特性。（5）减小机械臂结构柔性所引起的不良影响。（6）能使机器人运行稳定，降低地面安装要求。平衡系统设计的主要途径（1）质量平衡技术（2）弹簧力平衡技术（3）可控力平衡技术。21生产中引入工业机器人系统的方法:a可行性分析:1、技术上的可能性与先进性2、投资上的可能性和合理性3、工程实施过程中的可能性与可变更性b机器人工作站和生产线的详细设计:1、规划及系统设计2、布局设计3、扩大机器人应用范围辅助设备的选用和设计4、配套和安全装置的选用和设计5、控制系统设计6、支持系统7、工程施工设计8、编制采购资料c制造与试运行:1、制作准备2、制作与采购3、安装与试运行4、连续运转d交付使用:1、运转率检查2、改进3、评估22机械加工的自动化生产分以下几种情况：(1)自动装卸专用机床的自动化(大批量加工)。(2)用机器人的通用数控机床的自动化(多品种、中小批量生产)。(3)用机器人的多台专用机床或数控机床的自动化(多品种、中批量的生产)。(4)由自动仓库、搬运台车、机器人等组成的机械加工工厂的无人化,即柔性制造系统(FMS)(多品种、中批量生产)。23移动关节导轨及转动关节轴承移动关节导轨移动关节导轨的目的是在运动过程中保证位置精度和导向，对机器人移动导轨要求如下：（1）间隙小或能消除间隙；（2）在垂直于运动方向上的刚度高；（3）摩擦系数低但不随速度变化；（4）高阻尼；（5）移动导轨和其它辅助元件尺寸小，惯量低转动关节轴承机器人和机械手结构中最常用的是球轴承。普通向心球轴承向心推力球轴承两点接触，必须成对使用。“四点接触”球轴承：轴承的滚道是尖拱式半圆，球与滚道两点接触，该轴承通过两内滚道之间适当的过盈量实现预紧。优点：无间隙，能承受双向轴向载荷，尺寸小，承载能力和刚度比同样大小的一般球轴承高1.5倍。缺点：价格较高24传动件的定位及消隙传动件的定位:电气开关定位机械挡块定位伺服定位系统传动件的消隙:消除传动间隙的主要途径：提高制造和装配精度；设计可调整传动间隙的机构；设置弹性补偿零件。消隙齿轮柔性齿轮消隙偏心机构消隙齿廓弹性覆层消隙25谐波传动机器人对减速器的要求:运动精度高、间隙小，以实现较高的重复定位精度；回转速度稳定，无波动，运动副间摩擦小，效率高；体积小，重量轻，传动扭矩大。行星齿轮机构和谐波传动机构谐波传动在运动学上是一种具有柔性齿圈的行星传动。谐波传动的特点：优点：尺寸小、惯量低；传动精度高；传动侧隙小；具有高阻尼特性。缺点：柔轮的疲劳问题；扭转刚度低；以输入轴速度2、4、6倍的啮合频率产生振动；刚度比行星齿轮差。选型时就确定以下三项参数：(1)传动比或输出转速（r/min)(2)减速机输入功率（kw)(3)额定输入转速（r/min)26丝杠螺母副及滚珠丝杠传动组成：1-丝杠2-滚道3-螺母4-滚珠滚珠丝杠螺母副的优点：1传动效率高，摩擦损失小2运动平稳无爬行传动精度高，3反向时无空程磨损小4精度保持性好，使用寿命长。5具有运动的可逆性滚珠丝杠螺母副的缺点：制造成本高必须增加制动装置滚珠丝杠副间隙的调整1消除间隙的方法常采用双螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位移，使每个螺母中的滚珠分别接触丝杠滚道的左右两侧。2双螺母垫片式消隙如图所示，此种形式结构简单可靠、刚度好，应用最为广泛。3双螺母螺纹式消隙如图所示，利用一个螺母上的外螺纹，通过圆螺母调整两个螺母的相4对轴向位置实现预紧，调整好后用另一个圆螺母锁紧。5齿差式消隙如图所示，在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别为Z1、Z2，并相差一个齿。调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于套筒同方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量为：式中Z1、Z2为齿轮的齿数，Ph为滚珠丝杠的导程。滚珠丝杠副的支承方式一端装止推轴承(固定－自由式)