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工业机器人 机器人的基本概念 机器人是最近30发展起来的一种典型的、机电一体化的、独立的自动化生产工具。 关节型工业机器人则是机器人学的一个分支，工业机器人是在自动操作机的基础上发展 起来的一种能模仿人的某些动作和控制功能，并根据可变的程序、轨迹和其他的要求， 操纵工具实现多种操作的自动化机械系统，机器人可广泛用于各种不同的领域，当用于 工业生产中时，通常称为“工业机器人”(图1)。 图1 工业机器人的组成 工业机器人系统由3大部分6个子系统组成。3大部分是：机械部分、传感部分、控制部分。6个子系统是：驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人-机交互系统、控制系统。 执行系统 执行系统是工业机器人完成握取工具（或工件）实现所需各种运动的机构部件，包括以下几部分。 手部是工业机器人直接与工件或工具接触。用来完成握持工件或工具的部件。 腕部用来连接工业机器人的手部与臂部、确定手部工作位置并扩大臂部动作范围的部件。 臂部是工业机器人用来支撑腕部和手部，实现较大运动范围的部件。 机身是工业机器人用来支撑手臂部件，并安装驱动装置及其他装置的部件。专用机械手一般将臂部安装在主机上，成为主机的附属装置。 行走结构是工业机器人用来扩大活动范围的机构，有的是专门的行走装置，有的是轨道、滚轮机构。 驱动系统 工业机器人驱动系统是向执行系统的各个运动部件提供动力的装置。按照采用的动力源不同，驱动系统分为液压式、气压式、电气式。 控制系统 控制系统是工业机器人的指挥系统，它控制驱动系统，让执行机构按照规定的要求进行工作。 工业机器人的主要技术参数 工业机器人的技术参数是说明机器人规格与性能的具体指标，包括以下几个方面。 负载能力（机器人臂力） 这项参数一般指机器人在正常运行速度下所能握取的工件重量，它与机器人才的运行速度高低有关。 定位精度 定位精度的高低取决于位置控制方式以及工业机器人的运动部件本身的精度和刚度，与握取重量。运行速度等也有密切关系。 运动速度 机器人运动部件的每个自由度，起运行全过程一般包括启动速度、等速运行和减速制动等阶段。 自由度 自由度是指确定机器人手部中心位置和手部方位的独立变化参数。工业机器人的每一个自由度，都要相应地配对一个原动件（如伺服电机、油缸、气缸、步进电机等驱动装置），当原东件按一定的规律运动时，机器人各运动部件就随之作确定的运动，自由度数与原动件数必须相等，只有这样才能使工业机器人具有确定运动。工业机器人自由度越多，其动作越灵活，适应性越强，但结构相应越复杂。 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，也叫做工作区域。 工业机器人的结构形式 工业机器人的总体结构类型可分为直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型和关节四种。 圆柱坐标型 这种形式的工业机器人的臂部均有回转、伸缩与升降三个自由度，其运动范围的图形为一个圆柱体。 极坐标型 该运动形式工业机器人的臂部由一个直线运动与两个回转运动组成，即由一个伸缩、一个俯仰与一个回转运动组成。其运动范围的图形为一个球体。它具有动作灵活、占地面积小而工作时的运动范围大等特点。但结构较复杂，定位精度较低，运动直观性差。 直角坐标型 直角坐标型的工业机器人由沿x,y,z轴三个方向的运动组成，运动范围的图形为立方体。其特点是结构简单、定位精度高、运动直观性强，但占地面积大而工作范围小，惯性大灵活性差。 多关节型 这种运动形式工业机器人的臂部类似人的手臂，可做几个方向的转动。它由立柱和大小两个臂组成，大小两个臂之间的连接为肘关节，大臂与立柱之间的连接为臂关节，可使大臂做回转运动、小臂俯仰和大臂俯仰运动。 而本课题所研究的是正是水平多关节机器人。图2为六个自由度关节型机械手臂主体结构图。 图2 关节型结构的机械手臂在相同体积条件下比非关节型结构的机械手臂具有大得多的工作空间。关节型结构的机械手臂也具有一定的人手臂功能，这种特点使得关节型机械手臂可以轻易壁障和伸入狭窄弯曲的通道去操作，相较之下其他类型的机械手臂，例如直角坐标型机械手臂、圆柱坐标型机械手臂和极坐标型机械手臂则不具备这样的功能，因而关节型机械手臂具有先天性结构优势，受到最大程度的关注和研究。 工业机器人的应用范围 工业机器人是部分或完全代替人工操作的自动化装置，目前随着机器人研究的不断深入和发展，机器人的使用范围越来越广泛。比如农业、医疗等方向。目前，工业机器人的应用领域主要在以下3个方面：恶劣工作环境；危险工作场合、特殊作业场合；自动化生产领域。 1、在这些领域中应用的机器人主要包括以下几种。 （1）、焊接机器人。焊接机器