工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日1工業(yè)機(jī)器人的定義工業(yè)機(jī)器人(IndustrialRobot)是工業(yè)生產(chǎn)中使用的機(jī)器人。

1987年ISO對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行的定義是：“工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)”。

我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/112643-90將工業(yè)機(jī)器人定義為“是一種能自動定位控制、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機(jī)。能搬運材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)”。而將操作機(jī)定義為“具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置”。第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日工業(yè)機(jī)器人與專用機(jī)械手的區(qū)別:工業(yè)機(jī)器人具有獨立的控制系統(tǒng)(大多應(yīng)用計算機(jī)技術(shù))，可以容易地通過再編程的方法實現(xiàn)動作程序的變化來適應(yīng)不同的作業(yè)要求；機(jī)械手只能完成比較簡單的搬運、抓取及上下料工作，常常作為機(jī)器設(shè)備的附屬裝置，其程序是固定不變的。第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r

1954年美國Devol最早提出工業(yè)機(jī)器人的思想，并申請了專利，該專利的要點是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機(jī)器人實行動作示教，機(jī)器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)，這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方法。

日本在機(jī)器人的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用方面都居世界首位，被譽(yù)為機(jī)器人王國。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展方向是向“智能”化發(fā)展，對外部環(huán)境和對象物體具有自適應(yīng)能力。第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日3工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成、運動與分類第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日電動機(jī)、液壓、氣動裝置1、構(gòu)成第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日2、運動系統(tǒng)1）運動自由度所謂機(jī)器人的運動自由度是指確定一個機(jī)器人操作機(jī)位置時所需的獨立運動參數(shù)的數(shù)目，它是表示機(jī)器人動作靈活程度的參數(shù)。2）工作空間機(jī)器人所具有的自由度數(shù)目及類型決定工作空間的形狀；每個關(guān)節(jié)的運動范圍決定工作空間的尺寸大小。3）機(jī)械結(jié)構(gòu)類型

直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型、平面關(guān)節(jié)型。第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日3、分類按使用范圍分類機(jī)械手（程序固定）通用機(jī)器人（可編程序）按驅(qū)動方式分類液壓驅(qū)動式氣動式電力驅(qū)動式按控制方式分類點位控制工業(yè)機(jī)器人連續(xù)軌跡控制工業(yè)機(jī)器人按用途分類噴涂機(jī)器人焊接機(jī)器人裝配機(jī)器人第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日4工業(yè)機(jī)器人的控制1、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能（1）實現(xiàn)對位姿、速度和加速度的運動控制功能兩種控制方式點位控制方式連續(xù)軌跡控制方式

點位控制方式考慮到末端執(zhí)行器在運動過程中只在某些規(guī)定的點上進(jìn)行操作；因此只要求末端執(zhí)行器在目標(biāo)點處保證準(zhǔn)確的位姿以滿足作業(yè)質(zhì)量要求。

連續(xù)軌跡控制方式要求末端執(zhí)行器嚴(yán)格按預(yù)定的軌跡和速度在一定精度要求內(nèi)運動，以完成作業(yè)要求，這就必須保證機(jī)器人各關(guān)節(jié)連續(xù)、同步地實現(xiàn)相應(yīng)的運動。第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日（2）機(jī)器人控制系統(tǒng)應(yīng)具有存儲和示教功能機(jī)器人的動作是通過示教→存儲→再現(xiàn)的過程實現(xiàn)的。兩種示教方式間接示教方式直接示教方式（3）對外部環(huán)境的檢測和感覺功能

具有對有關(guān)信息進(jìn)行檢測、識別、判斷、邏輯思維等功能。第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日2、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)分類（1）非伺服型控制系統(tǒng)系統(tǒng)的控制程序是在進(jìn)行作業(yè)之前預(yù)先編定，作業(yè)時程序控制器按程序根據(jù)存儲數(shù)據(jù)控制驅(qū)動單元帶動操作機(jī)運動。在控制過程中沒有反饋信號。采用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動。適用于作業(yè)相對固定、作業(yè)程序簡單、運動精度要求不高的場合。（2）伺服型控制系統(tǒng)其特點是系統(tǒng)中采用檢測傳感器連續(xù)測量關(guān)節(jié)位置、速度等關(guān)節(jié)參數(shù)，并反饋到驅(qū)動單元構(gòu)成閉環(huán)伺服系統(tǒng)。第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日5工業(yè)機(jī)器人的計算機(jī)控制1、計算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式（1）集中控制用一臺功能較強(qiáng)的計算機(jī)實現(xiàn)全部控制功能。早期的機(jī)器人采用這種結(jié)構(gòu)。（2）主從控制采用兩級計算機(jī)組成第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日

（3）分布式控制第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日2、工業(yè)機(jī)器人的伺服控制系統(tǒng)將給定值與反饋值進(jìn)行比較，經(jīng)誤差放大器放大得到相應(yīng)的控制信號將控制信號放大，驅(qū)動伺服機(jī)構(gòu)運動完成關(guān)節(jié)運動的控制和關(guān)節(jié)位置、速度的檢測第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日3、主控制計算機(jī)（1）控制機(jī)

主要完成從作業(yè)任務(wù)、運動指令到關(guān)節(jié)運動要求之間的全部運算，完成機(jī)器人與周邊設(shè)備之間的運動協(xié)調(diào)，對主控計算機(jī)硬件方面的主要要求是運動速度和精度、存儲容量及中斷處理能力。隨著計算機(jī)技術(shù)發(fā)展，采用的微處理器功能逐步增強(qiáng)，從8位的單片機(jī)，到16位的8086CPU，到32位的DSP或ARM等。（2）外部設(shè)備

除一般外部設(shè)備，如顯示器、控制鍵盤、軟(硬)盤驅(qū)動器、打印機(jī)外，還有示教控制盒。利用示教盒可實現(xiàn)對各關(guān)節(jié)的控制，將機(jī)器人末端執(zhí)行器位置信息輸入內(nèi)存。（3）控制軟件第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日6工業(yè)機(jī)器人的編程語言1、主要的編程方法（1）示教再現(xiàn)編程

主要缺點：無法離線編程，對作業(yè)任務(wù)經(jīng)常變動的機(jī)器人或?qū)ν瓿赏瑯尤蝿?wù)的多臺機(jī)器人，都要分別在線示教編程，耗費工作時間。

（2）語言編程

可離線編程，提高了機(jī)器人的使用率第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日2、編程語言的分類（1）面向運動的編程語言（2）面向任務(wù)的編程語言（3）面向目標(biāo)的編程語言程序給出機(jī)器人操作機(jī)的動作序列和每個位置和姿態(tài)的關(guān)節(jié)坐標(biāo)。描述機(jī)器人的任務(wù)（如用表達(dá)式來描述工件的位置和姿態(tài)，工件所承受的力和力矩等）。只描述作業(yè)初始狀態(tài)和要達(dá)到的作業(yè)目標(biāo)狀態(tài)，編程系統(tǒng)利用已有的環(huán)境信息、知識庫和數(shù)據(jù)庫，自動地規(guī)劃出完成目標(biāo)任務(wù)的各種操作程序。第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日7工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

目前工業(yè)機(jī)器人在制造加工中主要從事工件上下料、焊接、裝配、噴涂、檢驗、鑄造、鍛壓、熱處理、金屬切削加工等工作。1、弧焊機(jī)器人弧焊過程中，焊槍運動速度的穩(wěn)定性和軌跡是兩項重要的指標(biāo)。第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日弧焊機(jī)器人第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日2、點焊機(jī)器人1)安裝面積小，工件空間大；2)快速完成小節(jié)距的多點定位；3)定位精度高，以確保焊接質(zhì)量；4)持重大(490-980N)，以便攜帶內(nèi)裝變壓器的焊鉗；5)示教簡單