工業機器人為完成相應的要求需要相應的硬件和軟件支持。

　　一、硬件部分

　　現在給大家聊聊這方面的内容，工業機器人的硬件主要由以下部分組成： （1）、由控制計算機控制系統的調度指揮機構。一般為微型機、微處理器有32位、64位等CPU。（2）、示教器 示教機器人的工作軌迹和參數設定，以及所有人機交互操作，擁有自己獨立的CPU以及存儲單元，與主計算機之間以串行通信方式實現信息交互。（3）、操作面闆 由各種操作按鍵、狀态指示燈構成，隻完成基本功能操作。（4）、硬盤或軟盤存儲機器人工作程序的外圍存儲器。（5）、數字和模拟量輸入輸出 各種狀态和控制命令的輸入或輸出。（6）、打印機接口 記錄需要輸出的各種信息。（7）、傳感器接口 用于信息的自動檢測，實現機器人柔順控制，一般為力覺、觸覺和視覺傳感器。（8）、軸控制器 完成機器人各關節位置、速度和加速度控制。（9）、輔助設備控制用于和機器人配合的輔助設備控制，如手爪變位器等的控制。（10）、通信接口主要作用是 實現機器人和其他設備的信息交換，一般有串行接口、并行接口等兩類。（11）、網絡接口Ethernet接口可通過以太網實現數台或單台機器人的直接PC通信，數據傳輸速率高達10Mbit/s，可直接在PC上用windows庫函數進行應用程序編程之後，支持TCP/IP通信協議，通過Ethernet接口将數據及程序裝入各個機器人控制器中。 （12）、Fieldbus接口支持多種流行的現場總線規格，如Device net、AB Remote I/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等各種通信協議。

　　工業機器人控制裝置實物圖

　　二、軟件部分

　　軟件主要是指控制軟件，它包括運動軌迹規劃算法和關節伺服控制算法及相應的動作順序。控制軟件可以用任何語言來編制，比如C語言、c 語言、彙編語言、JAVA、PYTHON等，通用語言模塊化編制形成的專用工業語言越來越成為工業機器人控制軟件的主流。

　　三、工業機器人控制裝置功能

　　控制裝置主要任務是控制工業機器人在工作空間中的運動位置、姿态和軌迹、操作順序及動作的時間等以完成特定的工作任務，主要功能如下：

　　（1）、示教在線功能

　　指控制系統通過示教器或手把手進行示教，将動作順序、運動速度、位置等信息預先教給機器人，由機器人的記憶裝置自動記錄在存儲器，當需要再現操作時，重放内容即可。更改内容需重新示教。

　　（2）、運動控制功能

　　指工業機器人的末端操作器從一點移動到另一點的過程中，對其位置、速度和加速度的控制。

　　（3）、示教編程功能

　　 用機器人代替人進行作業時，必須預先對機器人發出指示，規定機器人進行應該完成的動作和作業的具體内容。這個過程就稱為對機器人的示教或對機器人的編程。 一般分為直接示教和離線示教，随着計算機虛拟技術的發展，還出現了虛拟示教編程系統。

　　示教編程

　　四、工業機器人的控制方式

　　(1)、點位控制方式--PTP (Point To Point)

　　隻控制起始點和終止點的位姿,控制時隻要求快速、準确地實現各點之間的運動，而對兩點之間的運動軌迹不作任何規定。操作時要考慮定位精度運動所需的時間。這種控制方式主要應用在上下料、搬運點焊、電路闆上安插元件等方面。

　　(2)、連續軌迹控制方式-- CP（Continuous Path）

　　連續地控制工業機器人末端操作器在作業空間中的位姿，要求其嚴格按照預定的軌迹和速度在一定的精度範圍内運動，而且速度可控，軌迹光滑，運動平穩，以完成作業任務。操作時要考慮末端操作器位姿的軌迹跟蹤精度及平穩性。這種控制方式主要應用在弧焊、噴漆、去毛邊，檢測作業等方面。

　　(3)、力（力矩）控制方式

　　在完成裝配、抓放物體等工作時，除要準确定位之外，還要求使用适度的力或力矩進行工作，這時就要利用力（力矩）伺服方式。

　　(4)、智能控制方式

　　工業機器人的智能控制是通過傳感器獲得周圍環境的知識，并根據自身内部的知識庫做出相應的決策。總之，以上控制方式優點主要有以下幾點第一是 多任務功能。第二是具有 網絡功能。第三具有操作曆史記錄功能。第四是具有 海量存儲功能。第五是具有 用戶接口豐富。

　　工業機器人的協作工作

　　五、交流伺服驅動裝置

　　在工業機器人驅動裝置中，電動驅動裝置是應用最廣泛的一種驅動類型。采用交流伺服電動機作為執行元件的伺服驅動稱為交流伺服驅動裝置。因交流伺服電動機具備十分優良的低速性能，調速廣，動态特性和效率都很高，所以已經成為伺服系統的主流之選。

　　交流伺服驅電機與驅動裝置

　　六、工業機器人檢測裝置

　　工業機器人工作的穩定性和可靠性依賴于機器人對工作環境的檢測，因此需要高性能傳感器及各傳感器之間的協調工作。傳感器将機器人各種内部狀态信息和環境信息從信号轉變為機器人自身或者機器人之間能夠理解和應用的數據、信息甚至知識，它與機器人控制系統和決策系統組成機器人的核心。機器人内部傳感器包括位置和位移傳感器、速度傳感器等。

　　（1）、位置和位移傳感器

　　 工業機器人關節的位置控制是機器人最基本的控制要求，而對位置和位移的檢測也是機器人最基本的感覺要求。位置和位移傳感器根據其工作原理和組成的不同有多種形式。電位器式位移傳感器，電位器式位移傳感器的可動電刷與被測物體相連。物體的位移引起電位器移動端的電阻變化。阻值的變化量反映了位移的量值，阻值的增加還是減小則表明了位移的方向。按照傳感器的結構不同，電位器式位移傳感器可分為兩大類:①直線型電位器式位移傳感器;②旋轉型電位器式位移傳感器。

　　（2）、光電編碼器

　　利用光電轉換原理将旋轉信息轉換為電信息，并以數字代碼輸出，可以高精度地測量轉角或直線位移。一般裝在機器人各關節的轉軸上，用來測量各關節轉軸轉過的角度。根據測出的信号不同，編碼器可分為絕對式和增量式兩種。一種是絕對式光電編碼器它是一種直接編碼式的測量元件，它可以直接把被測轉角或位移轉化成相應的代碼，指示的是絕對位置而無絕對誤差，在電源切斷時不會失去位置信息。但其結構複雜、價格昂貴，且不易做到高精度和高分辨率。絕對式光電編碼器主要由多路光源、光敏元件和編碼盤組成。編碼盤處在光源與光敏元件之間，其軸與電動機軸相連，随電動機的旋轉而旋轉。編碼盤上有4個同心圓環碼道，整個圓盤又以一定的編碼形式（如二進制編碼等）分為16等份的扇形區段。 光電編碼器利用光電原理把代表被測位置的各等份上的數碼轉換成電脈沖信号輸出，以用于檢測。編碼盤每轉一周産生0000 - 1111共16個二進制數，對應于轉軸的每一個位置均有唯一的二進制編碼，因此可用于确定旋轉軸的絕對位置。絕對位置的分辨率（分辨角）a 取決于二進制編碼的位數，即碼道的個數n 。第二種是增量式光電編碼器，它能夠以數字形式測量出轉軸相對于某一基準位置的瞬間角位置，此外還能測出轉軸的轉速和轉向。增量式光電編碼器主要由光源、編碼盤、檢測光栅、光電檢測器件和轉換電路組成當編碼盤逆時針方向旋轉時，A相光栅先于B相光栅透光導通，A相和B相光電元件接受時斷時續的光；當順時針方向旋轉時，則相反。根據A、B相任何一光栅輸出脈沖數的多少就可以确定編碼盤的相對轉角；根據輸出脈沖的頻率可以确定編碼盤的轉速；采用适當的邏輯電路，根據A、B相輸出脈沖的相序就可以确定編碼盤的旋轉方向。光電編碼器的分辨率（分辨角） 僅是以編碼器軸轉動一周所産生的輸出信号的基本周期數來表示的，即脈沖數每轉( PPR)。 編碼盤旋轉一周輸出的脈沖信号數目取決于透光縫隙數目的多少。

　　光電編碼器實物圖

　　（3）、 速度傳感器

　　速度傳感器：測量機器人關節速度。一是角速度傳感器 角速度傳感器可用測速發電機、增量光電編碼器來轉換信号。測速發電機它是把機械轉速變換成電壓信号，輸出電壓與輸入的轉速成正比即U=Kn。U:測速發電機的輸出電壓(V)；n:為測速發電機的轉速； K:為比例系數;另一個是增量式光電編碼器它既可以用來作為位置傳感器測量關節相對位置，又可作為速度傳感器測量關節速度。(1)模拟方式 在這種方式下，必須采用頻率-電壓(f/U)變換器，把編碼器測得的脈沖頻率轉換成與速度成正比的模拟電壓。 (2)數字方式，它測速是指基于數學公式，利用計算機軟件計算出速度。若單位時間∆ t内編碼器轉過的角度∆ θ ，則編碼器在該時間段内的平均速度就可以計算出來。

　　（4）、力覺傳感器

　　力覺傳感器是指工業機器人的指、肢和關節等運動中所受力或力矩的感知。目前使用最廣泛的是電阻應變片式六維力和力矩傳感器，它能同時獲取三維空間的三維力和力矩信息，廣泛應用于力/位置控制、軸孔配合、輪廓跟蹤及雙機器人協調等機器人控制領域。

　　七、機器人外部傳感器

　　工業機器人如果感知周圍環境，就需要外部傳感器，能使具有自校正能力和反映适應環境變化的能力。

　　（1）、 觸覺傳感器，它是人與外界環境直接接觸時的重要感覺功能，研制滿足要求的觸覺傳感器是機器人發展中的關鍵技術之一。（1）接觸覺傳感器（2）力-力矩覺傳感器（3）壓覺傳感器（4）滑覺傳感器。

　　（2）、應力傳感器，它是應力應變式傳感器是利用電阻應變片将應變轉換為電阻變化的傳感器。當被測物理量作用于彈性元件上，彈性元件在力矩或壓力等的作用下發生相應的應變或位移，引起應變片的電阻值變化，通過測量電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映被測量即受力的大小。

　　（3）、接近度傳感器， 它是檢測物體接近程度的傳感器 ① 電渦流式：它由線圈、激勵電路和測量電路組成（見電渦流式傳感器）。它的線圈受激勵而産生交變磁場，當金屬物體接近時就會由于電渦流效應而輸出電信号。②霍耳式：它由霍耳元件或磁敏二極管、晶體管構成（見半導體磁敏元件）。當磁敏元件進入磁場時就産生霍耳電動勢，從而能檢測出引起磁場變化的物體的接近。

　　（4）、視覺傳感器 ，它是一種非接觸式的光學傳感系統，同時集成軟硬件，綜合現代計算機、光學、電子技術，能夠自動地從所采集到的圖像中獲取信息或者産生控制動作它的特點具有。1、可靠性高 ， 非接觸測量不僅滿足狹小空間裝配過程的檢測，同時提高了系統安全性。精度高 2、可提高測量精度，人工目測受測量人員主觀意識的影響，而機器視覺這種精确的測量儀器排除這種幹擾，提高了測量結果的準确性。3、靈活性； 視覺系統能夠進行各種測量。當使用環境變化以後，隻需軟件做相應變化或者升級以适應新的需求即可。4、自适應性 ； 機器視覺可以不斷獲取多次運動後的圖像信息，反饋給運動控制器，直至最終結果準确，實現自适應閉環控制。

　　（5）、其他外部傳感器主要由聲覺傳感器：主要用于感受和解釋在氣體（非接觸式感受）、液體或固體（接觸式感受）中的聲波。溫度傳感器：主要用于機器人自主運行時、人不在場時、需要知道溫度信号時，對當前環境或物體溫度的檢測。滑覺傳感器：滑覺傳感器主要檢測物體的滑動。當機器人抓住特性未知的物體時，必須确定最适合的握力值。

　　各種工業相機作為工業機器人視覺傳感器

　　綜上所述，工業機器人控制裝置主要由硬件和軟件兩部分組成。對于硬件來說工業機器人主要包括控制裝置、驅動裝置及檢測裝置三部分。

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