工业机器人广泛应用于工业制造、汽车制造、电器、食品等领域。它可以取代重复的机器操作。它是一种依靠自身动力和控制来实现各种功能的机器。它可以承受人类的指挥，并按照事先安排的程序运行。今天我们来谈谈工业机器人的主要组成部分。
1.主体
主机是由大臂、小臂、，包括由大臂、小臂、手腕和手组成的多自由机械系统。有些机器人有另一个行走机构。工业机器人有6个自由常有1~3个活动自由度。
2.驱动系统
工业机器人的驱动系统根据动力源分为液压、气动和电动三类。根据需要，这三个示例也可以组合和复合驱动系统。或者间接驱动同步带、轮系、齿轮等机械传动机构。驱动系统有动力装置和传动机构，以实现机构的相应行动。这三种基本驱动系统各有特点，现在主流是电动驱动系统。
由于惯性低，大转矩交、直流伺服电机及其配套伺服驱动器(交换变频器、直流脉冲宽度调制器)被广泛接受。该系统不需要能量转换，使用方便，控制灵敏。大多数电机需要安装精细的传动机构：减速器。其齿采用齿轮速率转换器，将电机的反转数减速到所需的反转数，并获得较大的扭矩装置，以降低速度，增加扭矩，当负载较大时，盲目提高伺服电机的功率非常不划算，可以通过减速器在适当的速度范围内提高输出扭矩。伺服电机在低频运行下容易发热和低频振动，长期重复运行不利于保证其准确性和可靠运行。精细减速电机的存在使伺服电机以适当的速度运行，增强机器体的刚度，输出更大的扭矩。主流减速器有两种:谐波减速器和RV减速
3.控制系统
机器人控制系统是决定机器人功能和功能的主要因素。控制系统根据输入程序收回驱动系统和实施机构的指令信号并进行控制。工业机器人控制技术的主要任务是控制工业机器人在工作空间中的活动范围、姿势和轨迹、时间等。具有编程简单、软件菜单操作、人机交互界面友好、在线操作提示、使用方便等特点。
控制系统是机器人的中心，外国相关公司密切关闭中国的实验。多年来，随着微电子技术的发展，微处置器的功能越来越高，价格也越来越便宜。现在市场上有32位微处置器，价格为1-2美元。性价比高的微处置器为机器人控制器带来了新的发展机遇，使得开发低成本、高功能的机器人控制器成为可能。为了使系统具有足够的操作和存储能力，机器人控制器现在更容易接受强大的ARM系列、DSP系列、POWERPC系列、Intel由芯片组成，如系列。
由于现有的通用芯片功能和功能不能完全满足一些机器人系统在价格、功能、集成和接口方面的要求，机器人系统诞生了SoC（Systemon Chip）对技能的要求，将特定的处理器与所需的接口集成在一起，可以简化系统外围电路的设计，降低成本。比方，Actel公司将NEOS或ARM7处理器内核集成在其中FPGA产品构成了一个完整的产品SoC系统。在机器人技术控制器方面，其讨论主要集中在美国和日本，并有成熟的成品，如美国DELTATAU公司、日本朋立株式会社等。其运动控制器DSP以技术为核心，以技术为基础PC开放式结构。
4.感知系统
它由内部传感器模块和外部传感器模块组成，在内部和外部环境中获取有意义的信息。
内部传感器：用于检测机器人本身状态（如手臂之间的角度）的传感器是检测位置和角度的传感器。具体包括：位置传感器、位置传感器、角度传感器等。
外部传感器：用于检测机器人的环境（如检测对象、距离）和状态（如检测捕获的对象是否滑动）。具体包括距离传感器、视觉传感器、力感觉传感器等。
智能传感系统的使用提高了机器人的流动性、实用性和智能标准。人类的感知系统对外部世界的信息很聪明。然而，传感器比人类的系统更有效。
5.终端执行器
终端执行器连接到机械手的最后一个关节上，通常用于抓取物体，连接到其他机构，执行所需的任务。终端执行器通常不是在机器人制造中设计或销售的，在大多数情况下，它们只提供一个简单的抓取器。通常，终端执行器安装在机器人6轴的法兰上，以完成焊接、油漆、涂层和零件装卸等给定环境中的任务。
伺服电机概述
伺服驱动器，又称伺服控制器和伺服放大器，是一种用于控制伺服电机的控制器。其功能类似于变频器作用于普通交流电机，是伺服系统的一部分。伺服电机一般通过位置、速度和扭矩控制，实现高精度传动系统定位。
交流伺服电机分为直流伺服电机和交流伺服电机。目前，交流系统正逐渐取代直流系统。与直流系统相比，交流伺服电机具有可靠性高、散热好、旋转惯性小、高压工作等优点。由于无刷和转向器，交流私人服务系统也成为无刷伺服系统，电机为无刷结构笼异步电机和永磁同步电机。
1)直流伺服电机分为刷子和无刷电机
①刷电机成本低，结构简单，启动扭矩大，调速范围宽，控制方便，需要维护，但维护方便（碳刷），产生电磁干扰，需要使用环境，通常用于成本敏感的普通工业和民用场合；
②无刷电机体积小、重量轻、输出大、响应快、速度高、惯性小、扭矩稳定、旋转平稳、控制复杂、智能、电子变换方式灵活，可方波或正弦波变换、电机免维护、高效节能、电磁辐射小、温升长、适用于各种环境。
1)直流伺服电机的优缺点
优点：速度控制准确，扭矩速度特性硬，控制原理简单，使用方便，价格便宜。
缺点:电刷换向、速度限制、附加阻力、磨损颗粒(无尘易爆环境不宜)
2)交流伺服电机的优缺点
优点：速度控制特性好，整个速度区可实现平稳控制，几乎无振荡，高效率90%以上，发热少，高速控制，高精度位置控制（取决于编码器精度），恒力矩、惯性低、噪音低、无刷磨损、免维护（适用于无尘易爆环境）。
缺点：控制复杂，驱动参数需要现场调整PID确定参数需要更多的连接。
目前，数字信号处理器是主流伺服驱动器（DSP）控制算法作为控制的核心，可以实现数字化、网络化、智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）驱动电路是为核心设计的，IPM驱动电路集成在内部，具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测和保护电路。软启动电路添加到主电路中，以减少启动过程对驱动器的影响。动力驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或市电进行整流，获得相应的直流电。三相电或市电整流后，通过三相正弦PWM三相永磁同步交流伺服电机由电压逆变器变频驱动。功率驱动单元的整个过程可以简单地说AC-DC-AC的过程。整流单元（AC-DC）主要拓扑电路为三相全桥无控整流电路。
1. 驱动器接线
伺服驱动器主要包括控制电路电源、主控制电路电源、伺服输出电源、控制器输入CN编码器接口CN2、连接起CN3。控制电路电源为单相AC输入电源可以是单相和三相，但必须是220v，也就是说，当三相输入时，我们的三相电源必须通过变压器变压才能连接。对于功率较小的驱动器，单相直接驱动，单相连接方法必须连接R、S端子。伺服电机输出U、V、W切记不要与主电路电源连接，有可能烧毁驱动器。CN1端口主要用于上位机控制器的连接，提供输入、输出和编码器ABZ三相输出，各种监控信号的模拟输出。
2. 编码器接线
从上图可以看出，我们只使用了五个终端，一个屏蔽线，两个电源线，串行通信信号( -)两个类似于我们普通的编码器接线。
3. 通讯端口
驱动器通过CN3端口与电脑PLC、HMI等上位机相连，采用MODBUS通信可用于控制驱动器RS232、RS485进行通讯。
机器人对关节驱动电机有非常严格的要求，交流伺服电机广泛应用于工业机器人。目前国内高端市场主要由日本、欧美等国外知名企业占据，未来国内替代空间较大。目前，国外品牌在中国交流伺服市场占有近80%的市场份额，主要来自日本、欧洲和美国。其中，日本产品的市场份额约为50%。其知名品牌包括松下、三菱电机、安川、三洋、富士等。其产品特点是技术和性能水平更符合中国用户的需求，以良好的性价比和高可靠性获得稳定可持续的客户来源OEM特别是在市场上具有垄断优势。
精密减速器
最近，我一则新闻:机器人行业要打破卡脖子的问题，感触很深。随着劳动力成本的增加，工业机器人替代已经成为一种趋势。工业机器人作为智能制造的基石，但核心部件限制了我国机器人产业的发展。据相关调查，国内机器人减速器普遍依赖进口。要想在中国成为气候，机器人产业必须下定决心解决核心部件问题。
以下是工业机器人的核心精密部件：减速器减速器相比，机器人减速器具有传动链短、体积小、功率大、质量轻、控制方便等特点。我们不得不提到这个行业的两大巨头是减速器行业Nabtesco(帝人，又称纳博特斯克)和Hamonica Drive(哈默纳科)，俗称行业（RV和谐波减速器)。它们几乎垄断了世界各地的机器人减速器。这两种减速器都是微米加工精度，在量产阶段可靠高就很难了，更别说几千转的高速运转，而且还要高寿命。目前市面上的大量应用在工业机器人上的减速器主要有两类：RV减速器和谐波减速器。
RV减速器：是少齿差啮合，但相对于谐波减速器，RV减速器通常用的是摆线针轮，RV减速器由摆线针轮和行星支架组成。相比谐波减速器，RV减速器的关键在于加工工艺和装配工艺。RV减速器具有更高的疲劳强度、刚度和寿命，不像谐波传动那样随着使用时间增长，运动精度会显著降低，其缺点是重量重，外形尺寸较大。RV减速器用于转矩大的机器人腿部腰部和肘部三个关节，负载大的工业机器人，一二三轴都是用RV减速器。
它较机器人中常用的谐波传动具有高得多的疲劳强度、刚度和寿命，而且回差精度稳定，不像谐波传动那样随着使用时间增长运动精度就会显著降低，故世界上许多国家高精度机器人传动多采用RV减速器，因此，该种RV减速器在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的发展趋势。
RV减速器分解图
谐波减速器：用的也是少齿差啮合，谐波里的一种关键齿轮是柔性的，它需要反复的高速变形，所以它比较脆弱，承载力和寿命都有限。
谐波减速器是谐波传动装置的一种，谐波传动装置包括谐波加速器和谐波减速器。谐波减速器主要包括：刚轮、柔轮、和径向变形的波发生器三者组成。它是利用柔性齿轮产生可控制的弹性变形波，引起刚轮与柔轮的齿间相对错齿来传递动力和运动。这种传动与一般的齿轮传递具有本质上的差别，在啮合理论、集合计算和结构设计方面具有特殊性。谐波齿轮减速器具有高精度、高承载力等优点，和普通减速器相比，由于使用的材料要少50%，其体积及重量至少减少1/3。所以谐波减速机主用于小型机器人，特点是体积小、重量轻、承载能力大、运动精度高，单级传动比大。一般用于负载小的工业机器人或大型机器人末端几个轴。
谐波减速器分解图
日本纳博特斯克公司从1980年代初提出RV型设计到1986年RV减速器研究获得实质性突破，花了6-7年时间；而国内率先拿出结果的南通振康和恒丰泰花费时间也为6-8年。是不是意味着我国本土企业就没什么机会了呢！可喜的是中国企业布局若干年后，终于取得一些突破。国产主要由南通振康、秦川机床、武汉精华、浙江恒丰泰和浙江双环传动提供。据说南通振康产量已经突破万台，秦川机床生产线已经打通，产量正在逐步上升。秦川机床的是国家进口替代项目，秦川机床9万套工业机器人关节减速器技术改造项目、工业机器人关节减速器生产线两项合计投资3.14亿元。
控制系统
机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功用和功能的主要要素。控制系统是按照输入的程序对驱动系统和实行机构收回指令信号，并进行控制。下面文章主要介绍机器人控制系统。
1、机器人的控制系统
“控制”的目的是指被控对象会按照者所期望的方式产生行为。“控制”的基本条件是了解被控对象的特性。
“实质”是对驱动器输出力矩的控制。
2、机器人的基本工作原理
工作原理是示教再现；示教也称导引示教，既是人工导引机器人，一步步按实际需求动作流程操作一遍，机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的姿态、位置、工艺参数、运动参数等，并自动生成一个连续执行的程序。完成示教后，只需要给机器人一个启动命令，机器人将会地自动按照示教好的动作，完成全部流程；
3、机器人控制的分类
1）按照有无反馈分为：开环控制、闭环控制、
开环精确控制的条件：精确地知道被控对象的模型，并且这一模型在控制过程中保持不变。
2）按照期望控制量分为：力控制、位置控制、混合控制这三种。
位置控制分为：单关节位置控制（位置反馈，位置速度反馈，位置速度加速度反馈）、多关节位置控制
多关节位置控制分为分解运动控制、集中控制力控制分为：直接力控制、阻抗控制、力位混合控制
3）智能化的控制方式
模糊控制、自适应控制、最优控制、神经网络控制、模糊神经网络控制 、专家控制
4、控制系统硬件配置及结构 .电气硬件 .软件架构
由于机器人的控制过程中涉及大量的坐标变换和插补运算以及较低层的实时控制。所以，目前市面上机器人控制系统在结构上大部分采用分层结构的微型计算机控制系统，通常采用的是两级计算机伺服控制系统。
1）具体流程：
主控计算机接到工作人员输入的作业指令后，首先分析解释指令，确定手的运动参数。然后进行运动学、动力学和插补运算，最后得出机器人各个关节的协调运动参数。这些参数经过通信线路输出到伺服控制级，作为各个关节伺服控制系统的给定信号。关节上的伺服驱动器将此信号D/A转换后驱动各个关节产生协调运动。
传感器将各个关节的运动输出信号反馈回伺服控制级计算机形成局部闭环控制，达到精确的控制机器人在空间的运动。
2）基于PLC的运动控制 两种控制方式：
①利用PLC的输出端口使用脉冲指令来产生脉冲驱动电机，同时使用通用I/O或者计数零部件来实现伺服电机的闭环位置控制
②使用PLC外部扩展的位置控制模块来实现电机的闭环位置控制，这种方式主要是以发高速脉冲控制，属于位置控制方式，位置控制一般都是点到点的位置控制方式较多。
机器人重要参数
机器人的技术参数反映了机器人可胜任的工作、具有的最高操作性能等情况，是设计、应用机器人必须考虑的问题。机器人的主要技术参数有自由度、分辨率、工作空间、工作速度、工作载荷等。
1、自由度
是指机器人具有的独立运动的坐标轴数量。
机器人的自由度是指确定机器人手部在空间的位置和姿态时所需要的独立运动参数的数量。机器人的自由度数一般等于关节数量。
常见机器人自由度数一般有5～6个。有些机器人还附带有外部轴。
2、关节（Joint）
即运动副，允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。
3、工作范围
工业机器人手臂或手部安装点所能达到的所有空间范围。
其形状取决于机器人的自由度数和各运动关节的类型与配置。机器人的工作范围一般有：图解法和解析法这两种方法表示。
4、速度
机器人在工作过程中带载荷条件下、匀速运动过程时，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。
5、工作负载
是指机器人手腕前端安装负荷在工作范围内任何位置上所能承受的最大重量，一般用质量、力矩、惯性矩表示。
还和运行速度和加速度大小等参数有关，工作负载一般用高速运行时机器人所能抓取的工件重量作为负载承受能力为指标。
搬运机器人的负荷重量，必须考虑抓手和工件的合计。
6、分辨率
是指机器人能够实现的最小移动距离或最小转动角度 。
7、精度
重复性或重复定位精度：指机器人重复到达某一目标位置的差异性。比如你要求一个轴走 100 mm 结果 第一次 实际上他走了 100.01 重复一次同样的动作 他走了99.99 这之间的误差 0.02 就是重复定位精度。它是衡量一列误差值的集中程度，即重复度。机器人精度机不单取决与关节减速机及传动装置，且对机械装配工艺存在很大关系，很多由于装配不到位导致机器人重复定位精度下降。
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