(3.3.1)--3.2工业机器人技术.ppt

工业机器人工业机器人工业机器人工业机器人CONTENTS目 录1 1工业机器人的结构组成2 2工业机器人的分类3 3 工业机器人的性能指标工业机器人的性能指标4 4 工业机器人的应用实例工业机器人的应用实例学习目标模块三制造自动化技术1.了解工业机器人的结构组成以及分类（重点）；2.理解工业机器人的性能指标（难点）；3.了解工业机器人的应用情况工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能工业机器人被广泛应用于电子、物流、化工等各个工业领域之中中文名：工业机器人外文名：industry robot组成：机械部分、传感部分和控制部分等特征：易用性、智能化水平高等发展趋势：人机协作、自主化等发展历史发展历史2020世纪世纪5050年代末，工业机器人最早开始投入使用年代末，工业机器人最早开始投入使用约瑟夫恩格尔贝格（Joseph F.Englberger）利用伺服系统的相关灵感，与乔治德沃尔（GeorgeDevol）共同开发了一台工业机器人“尤尼梅特”（Unimate），率先于1961年在通用汽车的生产车间里开始使用。

最初的工业机器人构造相对比较简单，所完成的功能也是捡拾汽车零件并放置到传送带上，对其他的作业环境并没有交互的能力，对其他的作业环境并没有交互的能力，就是按照预定的基本程序精确地完成同一重复动作尤尼梅特”的应用虽然是简单的重复操作，但展示了工业机械化的美好前景，也为工业机器人的蓬勃发展拉开了序幕自此，在工业生产领域，很多繁重、重复或者毫无意义的流程性作业可以由工业机器人来代替人类完成2020世纪世纪6060年代，工业机器人发展迎来黎明期，年代，工业机器人发展迎来黎明期，机器人的简单功能得到了进一步的发展机器人传感器的应用提高了机器人的可操作性，包括恩斯特采用的触觉传感器；托莫维奇和博尼在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器；麦卡锡对机器人进行改进，加入视觉传感系统，并帮助麻省理工学院推出了世界上第一个带有视觉传感器并能识别和定位积木的机器人系统此外，利用声呐系统、光电管等技术，工业机器人可以通过环境识别来校正自己的准确位置自自2020世纪世纪6060年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。

美国兴起研究第二代带传感器的、等陆续成立了机器人实验室美国兴起研究第二代带传感器的、“有感觉有感觉”的的机器人，并向人工智能进发机器人，并向人工智能进发20世纪70年代，随着计算机和人工智能技术的发展，机器人进入了实用化时代像日立公司推出的具有触觉、压力传感器，具有触觉、压力传感器，7 7轴交流电动机驱动的机器人轴交流电动机驱动的机器人；美国Milacron公司推出的世界第一台小型计算机控制的机器人，由电液伺服驱动，可跟踪移动物体，用于装配和多功能作业；适用于装配作业的机器人还有像日本山梨大学发明的SCARA平面关节型机器人等20世纪70年代末，由美国Unimation公司推出的PUMA系列机器人，为多关节、多CPU二级计算机控制，全电动，有专用全电动，有专用VALVAL语言和视觉、力觉传感器，这标语言和视觉、力觉传感器，这标志着工业机器人技术已经完全成熟志着工业机器人技术已经完全成熟PUMA至今仍然工作在工厂第一线20世纪80年代，机器人进入了普及期，随着制造业的发展，使工业机器人在发达国家走向普及，并向高速、高精度、轻量化、成套系列化和智能化发展，以满足多品种、少批量的需要到了20世纪90年代，随着计算机技术、智能技术的进步和发展，第二代具有一定感觉功能的机器人已经实用化并开始推广，具有视觉、触觉、高灵巧手指、能行走的第三代智能机器人相继出现并开始走向应用第三代智能机器人相继出现并开始走向应用。

1工业机器人的结构组成组成一般来说，工业机器人由三大部分六个子系统组成三大部分三大部分是机械部分、传感部分和控制部分六个子系统六个子系统可分为机械结构系统、驱动系统、感知系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统和控制系统从机械结构来看，工业机器人总体上分为串联机器人和并联机器人串联机器人和并联机器人串联机器人的特点是一个轴的运动会改变另一个轴的坐标原点，而并联机器人一个轴运动则不会改变另一个轴的坐标原点早期的工业机器人都是采用串联机构并联机构定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构并联机构有两个构成部分，分别是手腕和手臂手臂活动区域对活动空间有很大的影响，而手腕是工具和主体的连接部分与串联机器人相比较，并联机器人具有刚度大、结构稳定、承载能力大、微动精度高、运动负荷小的优点在位置求解上，串联机器人的正解容易，但反解十分困难；而并联机器人则相反，其正解困难，反解却非常容易1.1.机械结构系统机械结构系统2.驱动系统驱动系统是向机械结构系统提供动力的装置根据动力源不同，驱动系统的传动方式分为液压式、气压式、电气式和机械式4种。

3.感知系统机器人感知系统把机器人各种内部状态信息和环境信息从信号转变为机器人自身或者机器人之间能够理解和应用的数据和信息，除了需要感知与自身工作状态相关的机械量，如位移、速度和力等，视觉感知技术是工业机器人感知的一个重要方面位移、速度和力等，视觉感知技术是工业机器人感知的一个重要方面视觉伺服系统将视觉信息作为反馈信号，用于控制调整机器人的位置和姿态机器视觉系统还在质量检测、识别工件、食品分拣、包装的各个方面得到了广泛应用感知系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化水平4.机器人-环境交互系统机器人环境交互系统是实现机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统机器人与外部设备集成为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、装配单元等当然也可以是多台机器人集成为一个去执行复杂任务的功能单元5.人机交互系统人机交互系统是人与机器人进行联系和参与机器人控制的装置例如：计算机的标准终端、指令控制台、信息显示板、危险信号报警器等6.控制系统控制系统的任务是根据机器人的作业指令以及从传感器反馈回来的信号，支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。

如果机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；具备信息反馈特征，则为闭环控制系统根据控制原理可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统根据控制运动的形式可分为点位控制和连续轨迹控制3.2 工业机器人模块三制造自动化技术 第一代工业机器人主要由操作机、控制器和示教盒组成对于第二代及第三代工业机器人还包括感知系统和分析决策系统，分别由传感器及软件实现工业机器人结构组成 3.2 工业机器人模块三制造自动化技术 操作机是机器人执行任务的机械主体，工程实际中，操作机也被称为机器人本体、机械手等它主要由机械臂、驱动装置、传动单元组成1.操作机 3.2 工业机器人模块三制造自动化技术 如果说操作机是机器人的“肢体”，那么控制器则是机器人的“大脑”和“心脏”控制器是实现机器人运动控制、过程/流程控制和安全控制等若干硬件以及运行在这些硬件设备上的控制系统和应用软件集合，是完成机器人控制功能的结构实现2.控制器IRC5 控制器的内部构造控制器的内部构造1-操作面板操作面板 2-电源模块电源模块 3-主控制计算机主控制计算机 4-轴控制计算机轴控制计算机 5-安全保护回路安全保护回路6-PLC 模块模块 7-操作机连接接口操作机连接接口(盖板下面盖板下面)8-伺服驱动模块伺服驱动模块(盖板下面盖板下面)9-示教盒及用户连接端口示教盒及用户连接端口3.2 工业机器人模块三制造自动化技术 “人拿在手上的设备”。

又称示教编程器、示教盒，可由操作员手持移动作为机器人的人机交互接口，工业机器人的手动控制、程序编辑、参数修改以及状态监视等操作基本都是通过示教盒来完成3.示教器a)有线示教盒有线示教盒 b)无线示教盒无线示教盒2工业机器人的分类3.2 工业机器人模块三制造自动化技术 工业机器人的分类 示教再现式机器人：有记忆功能，按示教动作重现示教过程感知机器人：能够获取周边环境、作业对象的变化信息，基本实现了人-机-物的闭环控制智能机器人：具有多种感知和识别功能，自主决策和规划完成预定动作借助人工智能技术和以物联网、大数据、云计算为代表的新一代物物相连、物物相通信息技术，具有高度的适应性和自治能力气压传动机器人：以压缩空气为动力源，动作快捷，用于高速轻载作业液压传动机器人：以液体压力为动力源，负载能力强，用于重载低速场合电气传动机器人：伺服电机驱动，速度快精度高，是机器人常用驱动结构按驱动方式分按系统功能分3.2 工业机器人模块三制造自动化技术 工业机器人的分类 直角坐标机器人：由相互正交的移动轴组成，控制简单、定位精度高圆柱坐标机器人：由立柱和水平臂组成，有一个旋转轴和两个平移轴球坐标机器人：由回转机座、俯仰铰链和伸缩臂组成，2旋转轴和1平移轴。

关节机器人：类似人手臂，各臂间用铰链联接形成肘关节，为当前最通用的工业机器人按结构形式分工业机器人的基本结构形式工业机器人的基本结构形式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3工业机器人的性能指标3.2 工业机器人模块三制造自动化技术 工业机器人的性能指标-自由度：用于确定物体在空间中独立运动的变量(最大数为 6)机器人的自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，不包括末端执行器的自由度，它是度量机器人动作灵活的尺度工作空间：指机器人手部作业空间范围，取决于机器人结构形式机器人工作空间a)球坐标机器人 b）并联机器人 c)关节机器人3.2 工业机器人模块三制造自动化技术 工业机器人的性能指标-提取重力：微型机器人10N以下；小型机器人10-50N；中型机器人50-300N；大型机器人300500N；重型机器人500N以上运动速度：与机器人提取重力和位置精度有关，通用机器人最大线速度在1000mm/s以下，最大回转速度不超过120/s位置精度：取决于控制方式及运动部件自精度和刚度，一般在0.02-5mm4工业机器人应用实例3.2 工业机器人模块三制造自动化技术 工业机器人应用实例 例1：根据物料形状、材料和大小，按照给定堆垛模式自动完成物料 搬运和码垛作业。

例2：工业机器人为加工中心装、卸工件服务机器人码垛作业机器人码垛作业机器人为加工中心装卸工件机器人为加工中心装卸工件1.在码垛方面的应用在各类工厂的码垛方面，自动化极高的机器人被广泛应用，人工码垛工作强度大，耗费人力，员工不仅需要承受巨大的压力，而且工作效率低搬运机器人能够根据搬运物件的特点，以及搬运物件所归类的地方，在保持其形状的和物件的性质不变的基础上，进行高效的分类搬运，使得装箱设备每小时能够完成数百块的码垛任务在生产线上下料、集装箱的搬运等方面发挥及其重要的作用2.在焊接方面的应用焊接机器人主要承担焊接工作，不同的工业类型有着不同的工业需求，所以常见的焊接机器人有点焊机器人、弧焊机器人、激光机器人等汽车制造行业是焊接机器人应用最广泛的行业，在焊接难度、焊接数量、焊接质量等方面就有着人工焊接无法比拟的优势3.在装配方面的应用在工业生产中，零件的装配是一件工程量极大的工作，需要大量的劳动力，曾经的人力装配因为出错率高，效率低而逐渐被工业机器人代替装配机器人的研发，结合了多种技术，包括通讯技术、自动控制、光学原理、微电子技术等研发人员根据装配流程，编写合适的程序，应用于具体的装配工作。

装配机器人的最大特点，就是安装精度高、灵活性大、耐用程度高因为装配工作复杂精细，所以我们选用装配机器人来进行电子零件，汽车精细部件的安装4.在检测方面的应用机器人具有多维度的附加功能它能够代替工作人员在特殊岗位上。