教学ppt课件-《工业机器人技术》.ppt

第1章绪论引言学习成果达成要求：1、了解工业机器人的概念；2、了解机器人的结构组成、分类及关键技术；3、熟悉工业机器人的关键技术指标；4、了解工业机器人编程语言的作用；5、了解工业机器人的主要应用领域；6、掌握应用机器人解决工程问题面临的基本任务工业机器人简介工业机器人的主要技术指标工业机器人的组成、分类及关键技术机器人编程语言1.11.21.61.4目录1.51.3研究和应用机器人技术须具备的基础知识工业机器人的应用1.7应用工业机器人解决工程问题面临的基本任务按照国际标准化组织(ISO)的定义：机器人是一种具有多功能、可编程的操作机，用于搬运材料、零件和工具等；或者是为了执行不同的任务而具有运动可改变或可编程（控制）的专门系统1.1工业机器人简介工业机器人技术工业机器人技术1.1工业机器人简介1970-1980液压伺服驱动的工业机器人在汽车制造业开始批量应用2010-至今信息技术和网络技术引领了机器人技术，工业机器人进入普及及智能化时代1950-1960液压伺服驱动技术日臻成熟1990-2000电气伺服驱动技术发展成熟，工业机器人应用快速增长工业机器人及其自动化成套设备的拥有数量和水平是衡量一个国家制造业综合实力的重要标志之一。

1.2工业机器人的组成、分类及关键技术工业机器人基本组成工业机器人一般由控制柜、机器人本体、示教器和编程器组成1.2.1工业机器人的组成：机器人本体是机器人机械系统的总称，它包括机体结构和机械传动系统，一般包括传动部件、机身及行走机构、臂部、腕部和手部5个部分1.2.1工业机器人的组成：工业机器人本体结构1.2工业机器人的组成、分类及关键技术1.2.2工业机器人的分类：（a）直角坐标机器人(b)圆柱坐标机器人（c）球坐标机器人（d）关节机器人工业机器人的坐标形式1.2工业机器人的组成、分类及关键技术工机器人简介1.2.2工业机器人的分类：按照几何结构特点可分为串联机器人和并联机器人一种具有开式运动链的机器人，机器人的各个连杆通过转动关节或移动关节，按照一定的顺序依次连接，形成一条开链机器人的末端执行器（动平台）和基座（定平台）之间通过两个或两个以上完全相同的独立的运动链相连接，以并联方式驱动的一种具有闭链机构的机器人串联机器人并联机器人1.2工业机器人的组成、分类及关键技术机器人中常用的驱动方式的特点：比较内容比较内容驱动方式驱动方式电机驱动气压驱动液压驱动伺服电机驱动步进电机驱动输出力输出力较小，过载能力大输出力较小，一般无过载能力气体压力小，输出力较小液压压力大，可获得较大的输出力控制性能控制性能好，可精确定位，但控制系统复杂定位准确，但精度没有伺服电机高；低频控制性能差速度快，冲击大，精确定位难，气体压缩性大，阻尼效果差，位移和速度不易控制油液不可压缩，流量易精确控制，可实现无级调速，可实现连续轨迹控制体积体积较小体积小体积较大在输出能力相同的条件下体积小维护维修维修使用复杂想对于伺服电机简单维修方便，能在高温、粉尘等恶劣环境中使用，泄漏影响小维修方便，液体对温度变化敏感，油液泄漏影响大，易着火应用范围可实现复杂运动轨迹控制的中小型机械手可实现复杂运动轨迹控制的中小型通用机械手的开环控制中小型专用，通用机械手也有应用中小型专用，通用机械手也有应用，重型机械手多为液压驱动成本较高成本高，相对伺服电机低结构简单，气源供给方便，成本低液压元件成本较高，油路系统复杂1.2工业机器人的组成、分类及关键技术机器人用减速器技术多轴伺服控制技术伺服电机及其驱动技术（4）传感器技术1.2工业机器人的组成、分类及关键技术1.2.3工业机器人关键技术：3214机器人用减速器技术：目前应用于工业机器人领域的减速器主要有RV（Rot-Vector）减速器和谐波减速器。

RV减速器谐波减速器11.2工业机器人的组成、分类及关键技术1.2.3工业机器人关键技术：多轴伺服控制技术：（1）机器人的伺服系统包括伺服控制器、伺服电机驱动器和伺服电机伺服控制系统组成（2）如何保证相关的关节联动，且保证多关节的合成运动精度，是机器人控制的核心问题21.2工业机器人的组成、分类及关键技术1.2.3工业机器人关键技术：伺服电机及其驱动技术：（1）伺服电机能实现位置精确控制、速度和加速度精确控制以及转矩控制（2）伺服电机分为直流和交流伺服电动机两大类（3）机器人对关节驱动电机的要求非常严格1）快速响应2）起动转矩惯量比大3）控制特性的连续性和线性好伺服电机和驱动器一：伺服电机31.2工业机器人的组成、分类及关键技术主要包括：1.2.3工业机器人关键技术：伺服电机及其驱动技术：伺服电机和驱动器伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器二：伺服驱动器主要应用于高精度的定位控制系统31.2工业机器人的组成、分类及关键技术1.2.3工业机器人关键技术：传感器技术：4内部传感器外部传感器位移传感器触觉传感器速度传感器接近度传感器加速度传感器声觉传感器力传感器温度传感器力矩传感器视觉传感器机器人用传感器的主要类型机器人用传感器：内部传感器和外部传感器内部传感器：主要测量机器人各关节的位移、速度、加速度和力；外部传感器：机器人需要适应外部环境的变化，实现自动正功能1.2工业机器人的组成、分类及关键技术1.2.3工业机器人关键技术：（1）自由度：重复定位精度：工作范围：（4）最大工作速度：（5）承载能力：（6）防护等级主要技术指标（2）（3）机器人所具有的独立关节轴（坐标轴）的数目机器人重复定位于同一目标位置的能力机器人手腕中心或法兰盘中心所能到达的所有点的集合，也叫做工作区域一般给出机器人每个轴的最大工作速度机器人在工作范围内的任何位置上，机器人末端及各轴所能承受的最大负载具体标准可参考国家标准GB4208-20081.3工业机器人的主要技术指标KUKAKR160机器人举例说明负载负载(指第指第6轴最前端轴最前端P点负载）点负载）16Kg手臂手臂/第第1轴转盘负载轴转盘负载10/20Kg总负载总负载46Kg运动轴数运动轴数6法兰盘（第法兰盘（第6轴上）轴上）DINISO9409-1-A50安装位置安装位置地面/墙壁/天花板重复定位精度重复定位精度0.05mm控制器控制器KRC2自重自重235Kg作业空间范围作业空间范围14.5m3每个轴的运动参数每个轴的运动参数运动范围运动速度轴轴1+/-185156/s轴轴2+35/-155156/s轴轴3+154/-130156/s轴轴4+/-350330/s轴轴5+/-130330/s轴轴6+/-350615/s主要性能指标1.3工业机器人的主要技术指标（1）不同生产厂商为其机器人的应用提供不同的编程语言：如KUKA机器人采用KRL编程语言、ABB机器人采用RAPID编程语言、FANUC机器人采用KAREL编程语言、安川机器人采用INFORM编程语言。

2）机器人语言是针对作业或者任务开发的语言：类似于数控系统中的G代码，编程效率高，但互相不通用3）在学习和应用这些专用的机器人语言进行编程时，首先需要熟悉与作业相关的工艺1.4 机器人编程语言（1）机械工程基础知识：机械原理、机械设计等（2）数学和力学基础知识：微积分、线性代数、理论力学等（3）控制工程基础知识：（4）电气工程基础知识：（5）计算机技术基础知识：1）微型计算机原理及接口技术2）现场总线技术电工技术、微机原理及接口技术、自动控制原理、控制电机技术、工厂电气技术、PLC技术和现场总线技术等PID控制策略等1.5 研究和应用机器人技术须具备的基础知识1.6.1主要商用工业机器人品牌：机器人品牌名称机器人品牌名称所属国家所属国家主要应用领域主要应用领域主要应用行业主要应用行业库卡库卡(KUKA)德国焊接、搬运、码垛、包装、加工或其它自动化作业等汽车制造业、物流、食品、金属加工、铸造锻造、石材等ABB瑞典焊接、装配、搬运、喷涂、精加工、包装和码垛等汽车制造、食品饮料、计算机和消费电子等发那科发那科(FANUC)日本装配、搬运、焊接、铸造、喷涂、码垛等汽车制造、飞机制造、电气和电子设备制造、食品等川崎川崎(KAWASAKI)日本焊接、喷涂、码垛等汽车、家电、物流、五金、塑料等安川安川(YASKAWA)日本焊接、搬运、装配、喷涂等汽车制造业、金属加工业、食品生产业和制药业那智不二越那智不二越(NACHI)日本点焊、搬运、码垛等航天工业，轨道交通、汽车制造、机械制造等史陶比尔史陶比尔(STAUBLI)瑞士喷涂、机械加工等机床加工、生命科学、食品、光伏、半导体等柯马柯马(COMAU)德国点焊，弧焊，搬运，压机自动连线，铸造，涂胶，组装和切割等汽车制造、航空制造等爱普生爱普生(EPSON)日本装配、搬运、激光焊接、激光切割等3C电子（计算机、通讯、消费电子）、医疗、食品、太阳能、工业制造等新松新松中国装配、码垛、物流、激光加工等汽车整车及汽车零部件、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、IC装备、军工等1.6 工业机器人的应用1.6.2工业机器人的主要应用领域：（1）机器人搬运1.6 工业机器人的应用机器人搬运的主要优点：节省了人力，作业有序、效率高、容易与生产系统的节拍协调。

工业机器人简介1.6.2工业机器人的主要应用领域：（2）机器人焊接汽车车体多机器人焊接1）焊接质量高、且稳定2）提高劳动生产率3）产品周期明确，焊接质量可控4）产品换代周期缩短1.6 工业机器人的应用1.6.2工业机器人的主要应用领域：（3）机器人装配机器人装配具有精度高、柔顺性好、易于与生产系统融合的特点，还能代替人工完成危险性的工作机器人装配作业1.6 工业机器人的应用1.6.2工业机器人的主要应用领域：（4）机器人喷涂（1）作业柔性大主要优点：（2）喷涂质量高、涂料利用率高（3）系统易操作和维护（4）设备利用率高机器人喷漆1.6 工业机器人的应用1.6.2工业机器人的主要应用领域：（5）机器人机械加工机器人激光焊接作业机器人激光切割作业机器人打磨、抛光1.6 工业机器人的应用1.6.2工业机器人的主要应用领域：（6）机器人测量机器人白车身测量将测量头安装于机器人的末端，可以按照规划的路径自动完成零部件尺寸及轮廓测量，这种方式特别适合于自动化流水生产1.6 工业机器人的应用1.7 应用工业机器人解决工程问题面临的基本任务1确定作业工艺2明确作业的技术指标3机器人选型4工业机器人的应用，就是按照作业要求，在完成机器人的选型、末端执行器设计、机器人外围设备配置、作业工装和夹具设计等任务的基础上，利用一定的技术手段将机器人及所有相关设备相集成，从而开发出一个能完成一定任务的独立单元-机器人工作站实现的应用，开发人员需要安成以下任务：末端执行器设计外围设备配置系统集成657成本评估第2章刚体运动描述、坐标变换及坐标系变换引言学习成果达成要求：1、掌握刚体位置和姿态的概念；2、掌握坐标变换和基变换的方法；3、掌握齐次坐标和刚体位姿矩阵含义；4、掌握基于齐次坐标描述刚体运动的方法；5、掌握刚体变换矩阵左乘和右乘的物理意义。

引言机器人末端的运动机器人每个构件（连杆）的运动点的运动机器人的运动质点的运动描述刚体运动描述2.12.2目录2.1质点的运动描述在三维空间中，一个自由质点P的位置可以用三个独立参数来唯一地确定，也称该质点具有三个自由度图（2-1）质点的运动三个独立参数在直角坐标系A可以用于表示质点P的位置向量记为：（T表示矩阵转置，即行变成列）质点P从位置P1到P2的位移为：质点P的位置向量、速度和加速度分别为：在中，Px、Py、Pz分别表示向量在坐标系A中的三个坐标轴X、y、z上的投影2.1质点的运动描述（2-2）2.2 刚体运动描述2.2.1刚体的一般运动分析机器人是由若干个连杆通过关节连接而成的，研究机器人的运动时，一般可以把每个连杆看成是刚体，继而研究组成机器人的一系列刚体的运动空间中自由运动刚体具有6个自由度图2-2飞机的飞行运动2.2 刚体运动描述2.2.2刚体的位置和姿态描述为了确定刚体的位置和姿态，需要在刚体上建立一个与刚体“固定”连接的坐标系B：如图。