論工業機器人、數控機床和機械手-機床與液壓2016
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論工業機器人、數控機床和機械手-機床與液壓2016
論工業機器人、數控機床和機械手-機床與液壓2016
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２０１６年８月 機床與液壓 ．２０１６
Ａｕｇ
第４４卷 第１５期 ．４４ ．１５
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｖｏｌ Ｎｏ
DOI：１０．３９６９／． ．１００１－３８８１．２０１６．１５．００９
ｊ ｉｓｓｎ
論工業機器人、 數控機床和機械手
龔仲華
（常州機電職業技術學院， 江蘇常州 ２１３１６４）
摘要： 從專業技術的角度， 對工業機器人和數控機床的作用地位、 目的用途、 結構形態、 技術指標及工業機器人和機
械手的控制系統、 操作編程、 驅動系統等進行了分析和比較， 介紹了三者間的區別。
關鍵詞： 工業機器人；數控機床； 機械手
中圖分類號： ６５９ 文獻標志碼： 文章編號： １００１－３８８１ （２０１６） １５－０３０－３
ＴＧ Ａ
Explain Industrial Robot CNC Machine Tool and Mechanical Arm
ＧＯＮＧ Ｚｈｏｎｇｈｕａ
（ ， ２１３１６４， ）
Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｃｈｉｎａ
Abstract： （ ）
Ｉｔ ｗａｓｅｘｐｌａｉｎｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｏｂｏｔ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｕｍｂｅｒｃｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ ｉｎ
， ， ， ． ，
ｔｅｒｍｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎ ｐｕｒｐｏｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ Ｉｔｗａｓａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｉｅｄｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄ
， ． ，
ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ａｎｄｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍｂｅｔｗｅｅｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｂｏｔａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｒｍ Ｉｔｗａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｍｏｎｇｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｂｏｔ
．
ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｒｍ ａｓｗｅｌｌ
Keywords： ； ；
Ｉｎｄｕｓｒｉａｌ ｒｏｂｏｔ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｒｍ
0 前言 種作業”， 其主要技術特點可概括如下。
機器人自從１９５９ 年問世以來， 由于它能夠協助 可編程。 工業機器人具有獨立的控制系統， 它可
人類完成那些單調、 頻繁和重復、 長時間工作， 或取 通過編制程序來改變其動作和行為， 具有適應工作環
代人類從事危險、 惡劣環境下的作業， 從而得到了較 境變化的柔性。
快的發展。 工業機器人 （ ， 簡稱 ） 擬人化。 多數工業機器人在機械結構上有類似人
Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｏｂｏｔ ＩＲ
是用于工業生產環境的自動化設備， 它可替代或部分 類的腰轉、 大臂、 小臂、 手腕、 手爪等部件， 并且接
替代人工操作， 起到改善勞動環境、 減輕勞動強度、 受其控制器的控制。 在智能工業機器人上， 還安裝有
提高自動化程度和生產率等作用， 近年來已引起國內 模擬生物的傳感器， 如模擬感官的接觸、 力、 負載、
有關部門及企業的高度重視， 并得到了大力宣傳和 光傳感器； 模擬視覺的圖像識別傳感器； 模擬聽覺的
推廣。 聲、 語音傳感器等， 它與一定的環境適應能力。
工業機器人、 數控機床、 機械手三者在結構、 控 通用。 多數工業機器人具有一定的、 執行不同作
制、 行為動作等方面有許多相似之處， 以至于非專業 業任務的通用性， 如可通過更換手部的末端操作器
人士很難區分， 甚至有人提出了 “隨著自動化大趨 （手爪、 工具等）， 來執行不同的作業任務。
勢的發展， 機器人將取代機床成為新一代工業生產的 2 工業機器人與數控機床
基礎” 這樣偏激的觀點。 本文作者將從專業技術的 世界首臺數控機床出現于１９５２ 年， 它由美國麻
角度， 通過三者的比較， 來介紹其區別。 省理工學院率先研發成功， 其誕生比工業機器人早７
1 工業機器人的特點 年。 機器人發明人喬治? 德沃爾 （ ） 最
Ｇｅｏｒｇｅ Ｄｅｖｏｌ
根據國際機器人聯合會 （ ） 的定義， 機器人 初所申請的專利， 就是利用數控機床的伺服軸來驅動
ＩＦＲ
分為用于工業生產環境的工業機器人 （ － 連桿機構動作， 然后通過控制器對伺服軸的控制， 來
Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｏ
） 和服務于人類非生產性活動的服務機器人 實現機器人的功能。 因此， 工業機器人的很多技術都
ｂｏｔ
（ ） 兩類。 工業機器人是一種 “能夠自 來自于數控機床。
Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｒｏｂｏｔ
動定位控制， 可重復編程的， 多功能的、 多自由度的 工業機器人和數控機床的控制系統非常類似，
操作機， 能搬運材料、 零件或操持工具， 用于完成各 它們都有控制面板、 控制器、 伺服驅動等基本部
收稿日期： ２０１５－０５－２３
作者簡介： 龔仲華 （１９６２—）， 男， 教授， 教授級高級工程師， 長期從事數控機床與控制技術研究。 － ： －
Ｅ ｍａｉｌ ｇｏｎｇｚｈｏｎｇ
６６６＠１６３． 。
ｈｕａ ｃｏｍ?3 2? 機床與液壓 第４４卷
圖３ 工業機器人與數控機床的結構區別
２．４ 技術指標
數控機床是一種加工設備， 定位精度、 輪廓加
工能力和加工精度等是衡量其性能的重要技術指
標。 數控機床的定位精度和加工精度通常需要達到
０．０１ 或０．００１ 的數量級， 甚至更高； 機床
ｍｍ ｍｍ
的輪廓加工能力決定于機床結構， 通常而言， 能同
時控制５軸的機床， 就可滿足幾乎所有零件的輪廓
加工要求。
工業機器人是用于零件搬運、 裝卸、 碼垛、 裝配
的生產輔助設備， 或是進行焊接、 切割、 打磨、 拋光
等粗加工的設備， 強調的是作業空間、 承載能力和動
作靈活性。 因此， 除少數特殊要求的產品外， 大多數
工業機器人對定位精度和軌跡精度的要求并不高， 通
常只需要達到１ 或０．１ 的數量級。 但是， 工
ｍｍ ｍｍ
業機器人的控制軸數直接決定自由度、 作業空間等關
鍵指標， 其要求很高； 理論上說， 需要有６個自由度
（６軸） 才能完全描述一個物體在三維空間的位姿，
如需要避障， 還需要有更多的自由度。 此外， 智能工
業機器人需要有一定的感知能力， 故需要配備位置、
觸覺、 視覺、 聽覺等傳感器； 而數控機床一般只需要
檢測速度和位置， 因此， 工業機器人的檢測技術要求
高于數控機床。
3 工業機器人與機械手 圖４ 工業機器人與機械手的區別
用于零件搬運、 裝卸、 碼垛、 裝配的工業機器人 在控制系統上， 工業機器人一般都有獨立的控制
功能與生產設備中的輔助機械手類似。 如 標準定 器、 驅動系統和操作界面， 可進行手動、 自動操作和
ＩＳＯ
義的工業機器人為 “自動的、 位置可控的、 具有編 編程， 因此， 它是一種可獨立運行的完整設備， 可通
程能力的多功能機械手”， 表明兩者存在很多相似 過自身的控制系統來實現所需的功能。 而機械手通常
之處。 是用來實現換刀或工件裝卸的輔助裝置， 其控制一般
工業機器人與輔助機械手區別如圖４所示， 兩者 通過設備的控制器 （如 ， 等） 實現， 它沒
ＣＮＣ ＰＬＣ
的區別主要體現在控制系統、 操作編程和驅動系 有自身的控制系統和操作界面， 也不能獨立運行。
統上。 （下轉第９１頁）
Ａｕｇ
第４４卷 第１５期 ．４４ ．１５
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｖｏｌ Ｎｏ
DOI：１０．３９６９／． ．１００１－３８８１．２０１６．１５．００９
ｊ ｉｓｓｎ
論工業機器人、 數控機床和機械手
龔仲華
（常州機電職業技術學院， 江蘇常州 ２１３１６４）
摘要： 從專業技術的角度， 對工業機器人和數控機床的作用地位、 目的用途、 結構形態、 技術指標及工業機器人和機
械手的控制系統、 操作編程、 驅動系統等進行了分析和比較， 介紹了三者間的區別。
關鍵詞： 工業機器人；數控機床； 機械手
中圖分類號： ６５９ 文獻標志碼： 文章編號： １００１－３８８１ （２０１６） １５－０３０－３
ＴＧ Ａ
Explain Industrial Robot CNC Machine Tool and Mechanical Arm
ＧＯＮＧ Ｚｈｏｎｇｈｕａ
（ ， ２１３１６４， ）
Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｃｈｉｎａ
Abstract： （ ）
Ｉｔ ｗａｓｅｘｐｌａｉｎｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｏｂｏｔ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｕｍｂｅｒｃｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ ｉｎ
， ， ， ． ，
ｔｅｒｍｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎ ｐｕｒｐｏｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ Ｉｔｗａｓａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｉｅｄｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄ
， ． ，
ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ａｎｄｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍｂｅｔｗｅｅｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｂｏｔａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｒｍ Ｉｔｗａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｍｏｎｇｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｂｏｔ
．
ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｒｍ ａｓｗｅｌｌ
Keywords： ； ；
Ｉｎｄｕｓｒｉａｌ ｒｏｂｏｔ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｒｍ
0 前言 種作業”， 其主要技術特點可概括如下。
機器人自從１９５９ 年問世以來， 由于它能夠協助 可編程。 工業機器人具有獨立的控制系統， 它可
人類完成那些單調、 頻繁和重復、 長時間工作， 或取 通過編制程序來改變其動作和行為， 具有適應工作環
代人類從事危險、 惡劣環境下的作業， 從而得到了較 境變化的柔性。
快的發展。 工業機器人 （ ， 簡稱 ） 擬人化。 多數工業機器人在機械結構上有類似人
Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｏｂｏｔ ＩＲ
是用于工業生產環境的自動化設備， 它可替代或部分 類的腰轉、 大臂、 小臂、 手腕、 手爪等部件， 并且接
替代人工操作， 起到改善勞動環境、 減輕勞動強度、 受其控制器的控制。 在智能工業機器人上， 還安裝有
提高自動化程度和生產率等作用， 近年來已引起國內 模擬生物的傳感器， 如模擬感官的接觸、 力、 負載、
有關部門及企業的高度重視， 并得到了大力宣傳和 光傳感器； 模擬視覺的圖像識別傳感器； 模擬聽覺的
推廣。 聲、 語音傳感器等， 它與一定的環境適應能力。
工業機器人、 數控機床、 機械手三者在結構、 控 通用。 多數工業機器人具有一定的、 執行不同作
制、 行為動作等方面有許多相似之處， 以至于非專業 業任務的通用性， 如可通過更換手部的末端操作器
人士很難區分， 甚至有人提出了 “隨著自動化大趨 （手爪、 工具等）， 來執行不同的作業任務。
勢的發展， 機器人將取代機床成為新一代工業生產的 2 工業機器人與數控機床
基礎” 這樣偏激的觀點。 本文作者將從專業技術的 世界首臺數控機床出現于１９５２ 年， 它由美國麻
角度， 通過三者的比較， 來介紹其區別。 省理工學院率先研發成功， 其誕生比工業機器人早７
1 工業機器人的特點 年。 機器人發明人喬治? 德沃爾 （ ） 最
Ｇｅｏｒｇｅ Ｄｅｖｏｌ
根據國際機器人聯合會 （ ） 的定義， 機器人 初所申請的專利， 就是利用數控機床的伺服軸來驅動
ＩＦＲ
分為用于工業生產環境的工業機器人 （ － 連桿機構動作， 然后通過控制器對伺服軸的控制， 來
Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｏ
） 和服務于人類非生產性活動的服務機器人 實現機器人的功能。 因此， 工業機器人的很多技術都
ｂｏｔ
（ ） 兩類。 工業機器人是一種 “能夠自 來自于數控機床。
Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｒｏｂｏｔ
動定位控制， 可重復編程的， 多功能的、 多自由度的 工業機器人和數控機床的控制系統非常類似，
操作機， 能搬運材料、 零件或操持工具， 用于完成各 它們都有控制面板、 控制器、 伺服驅動等基本部
收稿日期： ２０１５－０５－２３
作者簡介： 龔仲華 （１９６２—）， 男， 教授， 教授級高級工程師， 長期從事數控機床與控制技術研究。 － ： －
Ｅ ｍａｉｌ ｇｏｎｇｚｈｏｎｇ
６６６＠１６３． 。
ｈｕａ ｃｏｍ?3 2? 機床與液壓 第４４卷
圖３ 工業機器人與數控機床的結構區別
２．４ 技術指標
數控機床是一種加工設備， 定位精度、 輪廓加
工能力和加工精度等是衡量其性能的重要技術指
標。 數控機床的定位精度和加工精度通常需要達到
０．０１ 或０．００１ 的數量級， 甚至更高； 機床
ｍｍ ｍｍ
的輪廓加工能力決定于機床結構， 通常而言， 能同
時控制５軸的機床， 就可滿足幾乎所有零件的輪廓
加工要求。
工業機器人是用于零件搬運、 裝卸、 碼垛、 裝配
的生產輔助設備， 或是進行焊接、 切割、 打磨、 拋光
等粗加工的設備， 強調的是作業空間、 承載能力和動
作靈活性。 因此， 除少數特殊要求的產品外， 大多數
工業機器人對定位精度和軌跡精度的要求并不高， 通
常只需要達到１ 或０．１ 的數量級。 但是， 工
ｍｍ ｍｍ
業機器人的控制軸數直接決定自由度、 作業空間等關
鍵指標， 其要求很高； 理論上說， 需要有６個自由度
（６軸） 才能完全描述一個物體在三維空間的位姿，
如需要避障， 還需要有更多的自由度。 此外， 智能工
業機器人需要有一定的感知能力， 故需要配備位置、
觸覺、 視覺、 聽覺等傳感器； 而數控機床一般只需要
檢測速度和位置， 因此， 工業機器人的檢測技術要求
高于數控機床。
3 工業機器人與機械手 圖４ 工業機器人與機械手的區別
用于零件搬運、 裝卸、 碼垛、 裝配的工業機器人 在控制系統上， 工業機器人一般都有獨立的控制
功能與生產設備中的輔助機械手類似。 如 標準定 器、 驅動系統和操作界面， 可進行手動、 自動操作和
ＩＳＯ
義的工業機器人為 “自動的、 位置可控的、 具有編 編程， 因此， 它是一種可獨立運行的完整設備， 可通
程能力的多功能機械手”， 表明兩者存在很多相似 過自身的控制系統來實現所需的功能。 而機械手通常
之處。 是用來實現換刀或工件裝卸的輔助裝置， 其控制一般
工業機器人與輔助機械手區別如圖４所示， 兩者 通過設備的控制器 （如 ， 等） 實現， 它沒
ＣＮＣ ＰＬＣ
的區別主要體現在控制系統、 操作編程和驅動系 有自身的控制系統和操作界面， 也不能獨立運行。
統上。 （下轉第９１頁）
