1.1.2 工業機器人的系統組成

機器人是典型的機電一體化產品，一般由機械部分、控制部分、傳感器和人機交互系統等組成，如圖1-6所示。機械部分包括機器人本體及驅動系統，是機器人實施作業的執行機構。為對本體進行精確控制，傳感器應提供機器人本體或其所處環境的信息，控制系統依據控制程序產生指令信號，通過控制各關節運動坐標的驅動器，使各臂桿端點按照要求的軌跡、速度和加速度，以一定的姿態達到空間指定的位置。驅動器將控制系統輸出的信號變換成大功率的信號，以驅動執行器工作。

圖1-6 工業機器人系統的組成

1．機械本體

機械本體是機器人賴以完成作業任務的執行機構，一般是一臺機械手，也稱操作器或操作手，可以在確定的環境中執行控制系統指定的操作。典型工業機器人的機械本體一般由手部（末端執行器）、腕部、臂部、腰部和基座構成。機械手多采用關節式機械結構，一般具有6個自由度，其中3個用來確定末端執行器的位置，另外3個則用來確定末端執行裝置的方向（姿勢）。機械臂上的末端執行裝置可以根據操作需要換成焊槍、吸盤、扳手等作業工具。

2．控制系統

控制系統是機器人的指揮中樞，相當于人的大腦功能，負責對作業指令信息、內外環境信息進行處理，并依據預定的本體模型、環境模型和控制程序做出決策，產生相應的控制信號，通過驅動器驅動執行機構的各個關節按所需的順序、沿確定的位置或軌跡運動，完成特定的作業。從控制系統的構成看，有開環控制系統和閉環控制系統之分；從控制方式看有程序控制系統、適應性控制系統和智能控制系統之分。

3．驅動器

驅動器是機器人的動力系統，相當于人的心血管系統，一般由驅動裝置和傳動機構兩部分組成。因驅動方式的不同，驅動裝置可以分成電動、液動和氣動3種類型。驅動裝置中的電動機、液壓缸、氣缸可以與操作機直接相連，也可以通過傳動機構與執行機構相連。傳動機構通常有齒輪傳動、鏈傳動、諧波齒輪傳動、螺旋傳動、帶傳動等幾種類型。

4．傳感器

傳感器是機器人的感測系統，相當于人的感覺器官，是機器人系統的重要組成部分，包括內部傳感器和外部傳感器兩大類。內部傳感器主要用來檢測機器人本身的狀態，為機器人的運動控制提供必要的本體狀態信息，如位置傳感器、速度傳感器等。外部傳感器則用來感知機器人所處的工作環境或工作狀況信息，又可分成環境傳感器和末端執行器傳感器兩種類型；前者用于識別物體和檢測物體與機器人的距離等信息，后者安裝在末端執行器上，檢測處理精巧作業的感覺信息。常見的外部傳感器有力覺傳感器、觸覺傳感器、接近覺傳感器、視覺傳感器等。