1.2 工业机器人系统的构成
一套工业机器人由以下几个主要部分构成，如图1-1所示。
图1-1 工业机器人系统构成简图
①机器人本体 包含机械构件（各关节工作臂以及减速机）和伺服电动机。伺服电动机已经安装在机械本体上。
②控制器 包括控制CPU、伺服驱动器、基本I/O以及各种通信接口（USB/以太网）。
③示教单元 也称为“手持操作器”，简称为TB。用于手动操作机器人运行，确定各工作点、JOG运行、设置参数、设置原点、显示机器人工作状态。
④附件 包括抓手和各种接口板。
1.2.1 工业机器人本体各部分的名称
（1）6轴机器人
6轴机器人各部分的名称如图1-2所示。
图1-2 6轴机器人各部分的名称
1—J1轴（第1轴）；2—J2轴（第2轴）；3—J3轴（第3轴）；4—J4轴（第4轴）；5—J5轴（第5轴）；6—J6轴（第6轴）；7—基座；8—上臂（No.1臂，上臂不旋转，连接J2轴和J3轴）；9—肩部；10—肘部；11—肘关节；12—前臂（No.2臂）；13—腕关节；14—机械接口（抓手安装法兰面）
（2）4轴机器人
4轴机器人各部分的名称如图1-3所示。
图1-3 4轴机器人各部分名称
1—J1轴（第1轴）；2—J2轴（第2轴）；3—J3轴（第3轴，上下运动）；4—J4轴（第4轴）；5—No.1机械臂（No.1机械臂不旋转，连接J1轴和J2轴）；6—No.2机械臂；7—基座；8—轴杆；9—制动锁紧开关
1.2.2 机器人本体内部结构
（1）基本结构
工业机器人本体的各机械臂内部由4部分组成：伺服电动机、减速机、同步带、机械本体，如图1-4所示。
（2）相关说明
①伺服电动机的功率及速度在机器人技术规格中有说明。注意伺服电动机使用的电源等级。机器人使用的电源等级为三相220V，如果使用三相380V电源就会烧毁机器人，这一点必须注意。
②减速机直接驱动机械臂本体运动。减速之后可以增加扭矩。
③同步带连接伺服电动机和减速机。保证速度传动的同步性，不产生滑动和“丢步”。
④机械本体就是外观上的“机械臂”，相当于“工作台”。需要有足够的机械强度支撑机械臂上的载荷。
（3）J1～J3轴内部结构
工业机器人的J1～J3轴内部结构如图1-4所示。
图1-4 工业机器人的J1～J3轴内部结构
1—J1轴伺服电动机；2—J1轴同步带；3—J1轴减速机；4—J2轴伺服电动机；5—J2轴减速机；6—J3轴伺服电动机；7—J3轴同步带；8—J3轴减速机
（4）J4轴内部结构
工业机器人的J4轴内部结构如图1-5所示。
图1-5 工业机器人的J4轴内部结构
9—J4轴伺服电动机；10—J4轴同步带；11—J4轴减速机
（5）J5、J6轴内部结构
工业机器人的J5、J6轴内部结构如图1-6所示。
图1-6 工业机器人的J5、J6轴内部结构
12—J5轴伺服电动机；13—J6轴伺服电动机；14—J6轴同步带；15—J5轴减速机；16—J6轴减速机；17—传动齿轮；18—J5轴同步带
图1-4～图1-6是6轴工业机器人的内部结构图，可与图1-2所示“6轴工业机器人各部分名称”对照看。
（6）盖板结构及拆装
工业机器人的盖板结构及拆装如图1-7和图1-8所示。
图1-7 工业机器人的盖板拆卸图
1—2号机械臂盖板（上）（配内六角螺栓1组）；2—2号机械臂盖板左右（配内六角螺栓2组）；3—肘部盖板上（配内六角螺栓1组）；4—线夹盒（配内六角螺栓1组）；5—肩部盖板（配内六角螺栓1组）；6—腕部盖板（配内六角螺栓1组）
图1-8 工业机器人的底座盖板拆卸图
7—CONBOX上盖板（配内六角螺栓1组）；8—CONBOX右盖板（配内六角螺栓1组）
（7）J1轴内部详细结构
J1轴电动机及同步齿轮、同步带各部分名称如图1-9所示。
图1-9 J1轴电动机及同步齿轮、同步带结构
1—电动机固定螺栓；2—同步带；3—张力调整螺栓；4—同步齿轮（电动机侧）；5—同步齿轮（机械侧）；6—电动机板挂钩；7—伺服电动机
（8）J3轴内部详细结构
J3轴电动机及同步带各部分结构如图1-10。
图1-10 J3轴电动机及同步带传送结构
1—伺服电动机；2—电动机固定螺栓；3—张力调整螺栓；4—同步带；5—同步齿轮（机械侧）；6—标记；7—同步齿轮（电动机侧）
（9）J4轴内部详细结构
J4轴电动机及同步带各部分结构如图1-11所示。
图1-11 J4轴电动机及同步带传送结构
1—J4轴伺服电动机；2，7—电动机固定螺栓；3—同步带；4—同步齿轮（机械侧）；5，8—标记；6—张力调整螺栓；9—同步齿轮（电动机侧）
（10）J5轴内部详细结构
J5轴电动机及同步带各部分结构如图1-12所示。
图1-12 J5轴电动机及同步带传送结构
1—J5轴伺服电动机；2—同步齿轮（电动机侧）；3，5—标记；4—电动机固定螺栓；6—同步齿轮（机械侧）；7—同步带；8—张力调整螺栓
（11）内置抓手信号电路及内置气管管路
在实际使用工业机器人时，机器人的抓手常常使用压缩空气作为动力，通过压缩空气控制抓手抓取或放开工件，压缩空气气管多数穿过机器人内部最后到达抓手部位，如图1-13所示。
图1-13 内置气路和电缆示意图
在抓手部位还有电信号，例如检测“抓手夹持是否到位”的信号或控制电磁阀动作的信号。这些“输入/输出电信号”的电缆布线通常也是穿过“机器人本体”。内置电缆和气管走向示意图如图1-14所示。
图1-14 内置电缆和气管走向示意图
1.2.3 典型机器人的外部尺寸及动作范围
（1）外形尺寸
为了在工作场地布置“工业机器人”，必须确切知道机器人的外形尺寸和动作范围。图1-15是某型号工业机器人的外形尺寸。仔细读图可知：
图1-15 RV-7F机器人外形尺寸
工业机器人 长=125+370+207.6+250=952.6（mm）
工业机器人 宽=270mm
工业机器人 高=400+340+50+370+125=1285（mm）
（2）动作范围
图1-16是机器人工作范围的俯视图，各轴的旋转角度不是360°无限制地旋转，而是有限制的。
图1-16 RV-7F机器人各轴旋转范围
①J1轴的旋转角度范围：-240°～+240°。J1轴虽然不能360°全旋转，但是可正转（逆时针方向）240°，反转（顺时针方向）240°，这样可以覆盖360°的工作范围，还有一部分区域是重叠的。编程时注意最大行程不超过240°。
②J2轴的旋转角度范围：-115°～+125°。J2轴的旋转相当于机器人肩关节的运动范围，控制了机器人的俯仰程度。
③J3轴的旋转角度范围：0°～+156°。J3轴的旋转相当于机器人肘关节的运动范围，控制了机器人肘部的运动范围。
④J4轴的旋转角度范围：-200°～+200°。J4轴的旋转实际上是机器人2号臂的旋转。
⑤J5轴的旋转角度范围：-120°～+120°。J5轴的旋转相当于机器人腕关节的运动。机器人腕部的运动范围限制在-120°～+120°之间，类似于人体手腕的运动。
⑥J6轴的旋转角度范围：-360°～+360°。J6轴的旋转实际不受限制。
⑦图1-16中的P点实际上并不是J6轴法兰的中心点，而是J5轴的旋转中心点。图1-16中表示了“P点可以工作的区域”和“P点不可进入的区域”。这表示了有些区域是机器人手臂无法达到的。在做前期设计时必须注意这一点。
⑧图1-16中还表示了P点的最大工作半径（R713.4mm）和最小工作半径（R197.4mm）。这也是机器人工作区域的表示方法。
在主视图（图1-17）中：
①P点最小工作半径为R197.4mm，P点最大工作半径为R713.4mm。
②以J2轴旋转中心为圆点，以R713.4mm为半径的部分区域是机器人的立面工作区域，这个区域实际上是一个球体，在这个区域内严禁有其他障碍物。
③以J2轴旋转中心为圆点，以R197.4mm为半径的部分区域是机器人的立面工作中不可到达的区域。这个区域实际上是一个球体，在这个区域内不要设置工作点。
④图1-17中标出了“P点不可进入区域”，这是机械结构限制的原因。这个区域在基座部分。这个区域实际上是一个圆柱体，在这个区域内不要设置工作点。
⑤R点实际上是J6轴的法兰中心。
⑥J2轴的旋转角度范围：-115°～+125°。J2轴的旋转相当于机器人肩关节的运动范围，控制了机器人的俯仰程度，在主视图上表示得很清楚。
图1-17 RV-7F机器人各轴旋转范围主视图
1.2.4 机器人用附件
（1）电磁阀
电磁阀主要用于控制气路从而控制抓手的张开与闭合。电磁阀装于机器人前臂，通过内置电缆与外部控制信号相连接。不同品牌的机器人有不同的电磁阀附件，如图1-18所示。
图1-18 电磁阀位置
（2）输入/输出接口卡
输入/输出接口卡用于接入外部的输入/输出信号。例如输入信号中的工件到位信号、安全门开启检测信号，输出信号中的输送带启动信号、程序启动信号、抓手闭合信号。
大多数机器人标配的输入/输出点数不能够满足实际工程项目的需要，需要另外加配输入/输出接口卡。图1-19是一种输入/输出接口卡，可以直接插入机器人控制器中使用。
图1-19 输入/输出接口卡
（3）输入/输出模块
输入/输出模块的功能与输入/输出接口卡完全相同。只是输入/输出模块是外接于机器人的控制器，具有相对独立性。输入/输出模块如图1-20所示。
图1-20 输入/输出模块
（4）CC-Link接口卡
CC-Link是一种工业现场总线，如果工业机器人作为CC-Link现场总线中的一个站使用，必须配置一个CC-Link接口卡。CC-Link接口卡可以直接插入机器人控制器中使用。