工業(yè)機器人培訓(xùn)資料課件

工業(yè)機器人第一頁，共二十三頁。工業(yè)機器人編程及仿真機器人編程的種類與特征機器人的語言功能CP控制方式PTP控制方式仿真技術(shù)a.設(shè)計機器人時結(jié)構(gòu)分析和運動分析的仿真技術(shù);b.支持機器人編程的仿真技術(shù)。機器人作業(yè)示教的仿真機器人建模支持機器人編程的仿真技術(shù)離線仿真技術(shù)在線仿真技術(shù)

第二頁，共二十三頁。典型的工業(yè)機器人弧焊機器人弧焊機器人的應(yīng)用范圍弧焊機器人的的性能要求速度的穩(wěn)定性軌跡精度弧焊機器人的分類弧焊機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢光學(xué)式焊接傳感器標(biāo)準焊接條件設(shè)定裝置離線示教其他

第三頁，共二十三頁。2.5.2點焊機器人

(1)點焊機器人的應(yīng)用范圍

汽車工業(yè)是點焊機器人一個典型的應(yīng)用領(lǐng)域。一般裝配每臺汽車車體大約需要完成3001一4001個焊點，而其中的60%是由機器人完成的。在有些大批量汽車生產(chǎn)線上，服役的機器人臺數(shù)甚至高達151臺。

引人機器人會取得下述效益:a.改善多品種混流生產(chǎn)的柔性;b.提高焊接質(zhì)量昈提高生產(chǎn)率;c.把工人從惡劣的作業(yè)環(huán)境中解放出來。今天，機器人已經(jīng)成為汽車生產(chǎn)行業(yè)的支柱裝備。

第四頁，共二十三頁。(2)點焊機器人的性能要求最初，點焊機器人只用于增強焊作業(yè)(往己拼接好的工件上增加焊點)。后來為了保證拼接精度，又讓機器人完成定位焊作業(yè)。這樣點焊機器人逐漸被要求具有更全的作業(yè)性能。具體來說有:a.安裝面積小，工作空間大;b.節(jié)距的多點定位(例如每0.3一0.4S移動30一50mm節(jié)距后定位);c.定位精度高(+0.25mm)，以確保焊接質(zhì)量;d.持重大(60一150kgf)，以便攜帶內(nèi)裝變壓器的焊鉗;f.示教簡單，節(jié)省工時g.安全可靠性好。第五頁，共二十三頁。(3)點焊機器人的分類

在驅(qū)動形式方面，由于電伺服技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓伺服在機器人中的應(yīng)用逐漸減少，甚至大型機器人也在朝電機驅(qū)動方向過渡。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，機器人技術(shù)在性能、小型化、可靠性以及維修等方面的進步日新月異。在機型方面盡管主流仍是多用途的大型六軸垂直多關(guān)節(jié)型機器人，但是出于機器人加工條件的需要，一些汽車制造廠家也在進行開發(fā)立體配置的3一5軸小型專用機器人的嘗試。

(4)典型點焊機器人的規(guī)格

以持重120kgf，最高速度4m/s的六軸垂直多關(guān)節(jié)機器人為例，其規(guī)格性能如圖2-25、圖2-26及表7-8所示。這是一種典型的點焊機器人，可勝任大多數(shù)本體裝配工序的點焊作業(yè)。

第六頁，共二十三頁。(5)點焊機器人技術(shù)的發(fā)展動向

目前正在開發(fā)一種新的點焊機器人系統(tǒng)，它的概念如圖2-27。這種系統(tǒng)力圖把焊接技術(shù)與CAD、CAM技術(shù)完美地結(jié)合起來，提高生產(chǎn)準備工作的效率，縮短產(chǎn)品設(shè)計投產(chǎn)的周期，從而使整個機器人系統(tǒng)取得更高的效益。

第七頁，共二十三頁。2.5.3裝配機器人（1）裝配機器人（裝配單元、裝配線）第八頁，共二十三頁。水平多關(guān)節(jié)型機器人是裝配機器人的典型代表。它共有4個自由度:兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，上下移動以及手腕的轉(zhuǎn)動。最近開始在一些機器人上配備各種可換手，以增加通用性。手爪主要有電動手爪和氣動手爪兩種形式氣動手爪相對來說比較簡單，價格便宜，因而在一些要求不太高的場合用得比較多。電動手爪造價比較高，主要用在一些特殊場合第九頁，共二十三頁。帶有傳感器的裝配機器人可以更好地順應(yīng)對象物進行柔軟的操作。裝配機器人經(jīng)常使用的傳感器有視覺傳感器、觸覺傳感器、接近覺傳感器和力傳感器等。

視覺傳感器主要用于零件或工件的位置補償，零件的判別、確認等。

觸覺和接近覺傳感器一般固定在指端，用來補償零件或工件的位置誤差，防止碰撞等。

力傳感器一般裝在腕部，用來檢測腕部受力情況，一般在精密裝配或去飛邊一類需要力控制的作業(yè)中使用。第十頁，共二十三頁。（2）裝配機器人的周邊設(shè)備機器人進行裝配作業(yè)時，除機器人主機、手爪、傳感器外，零件供給裝置和工件搬運裝置也至為重要。無論從投資額的角度還是從安裝占地面積的角度，它們往往比機器人主機所占的比例大。周邊設(shè)備常由可編程控制器控制，此外一般還要有臺架、安全欄等。①零件供給器零件供給器的作用是保證機器人能逐個正確地抓取待裝配零件，保證裝配作業(yè)正常進行。給料器用振動或回轉(zhuǎn)機構(gòu)把零件排齊，并逐個送到指定位置。托盤大零件或易磕碰劃傷的零件加工完畢后一般應(yīng)碼放在稱為"托盤"的容器中運輸，托盤裝置能按一定精度要求把零件送到給定位置，然后再由機器人一個一個取出。②輸送裝置在機器人裝配線上，輸送裝置承擔(dān)把工件搬運到各作業(yè)地點的任務(wù)，輸送裝置中以傳送帶居多。輸送裝置的技術(shù)問題是停止精度、停止時的沖擊和減速振。減震器可用來吸收沖擊能。

第十一頁，共二十三頁。2.5.4噴涂機器人(paintingrobot)

噴涂機器人廣泛用于汽車車體、家電產(chǎn)品和各種塑料制品的噴涂作業(yè)。

噴涂機器人在使用環(huán)境和動作要求上有如下的特點:①工作環(huán)境包含易爆的噴涂劑蒸氣;②沿軌跡高速運動，途經(jīng)各點均為作業(yè)點;③多數(shù)和被噴涂件都搭載在傳送帶上，邊移動邊噴涂，所以它需要一些特殊性能。

噴涂機器人通常有液壓噴涂機器人和電動噴涂機器人兩類。(1)液壓噴涂機器人機器人的結(jié)構(gòu)為六軸多關(guān)節(jié)型，工作空間大，腰回轉(zhuǎn)采用液壓馬達驅(qū)動，手臂采用油缸驅(qū)動。手部采用柔性用腕結(jié)構(gòu)，可繞臂的中心軸沿任意方向做±110彎曲，而且在任意彎曲狀態(tài)下可繞腕中心軸扭轉(zhuǎn)420。由于腕部不存在奇異位形，所以能噴涂形態(tài)復(fù)雜的工件并具有很高的生產(chǎn)率。第十二頁，共二十三頁。關(guān)鍵技術(shù)：①高精度伺服控制技術(shù)

在補償臂姿態(tài)、變速變化引起的慣性矩變化的位置反饋回路中采用可變PID控制;在速度反饋系統(tǒng)中進行可變P控制，以補償作業(yè)中噴涂速度可能發(fā)生的大幅度的變化;實施加減速控制，以防止在運動軌跡的拐點產(chǎn)生振動。②液壓系統(tǒng)的限速措施

用遙控操作進行示教和修正時，需要操作者靠近機器人作業(yè)。為了安全起見，不但應(yīng)在軟件上采取限速措施，而且在硬件方面應(yīng)加裝限速液壓回路。③防爆技術(shù)

噴涂機器人主機和操作板必須滿足本質(zhì)防爆安全規(guī)程的有關(guān)規(guī)定。第十三頁，共二十三頁。(2)電動噴涂機器人近年來，由于AC伺服電機的應(yīng)用和高速伺服技術(shù)的迸步，在噴涂機器人中采用電驅(qū)動已經(jīng)參展為可能?，F(xiàn)階段，電動噴涂機器人多采用耐壓或內(nèi)壓防爆結(jié)構(gòu)，限定在1級危險環(huán)境(在通常條件下有生成危險氣體介質(zhì)之虞)和2級危險環(huán)境(在異常條件下有生成危險氣體介質(zhì)之虞)下使用。第十四頁，共二十三頁。

電動噴涂機器人一般也有六個軸，但工作空間大。在設(shè)計手臂時注意了減輕重量和簡化結(jié)構(gòu)，結(jié)果降低了慣性負荷，提高了高速動作的軌跡精度。該機具有與液壓噴涂機器人完全一樣的控制功能。只是驅(qū)動改用AC伺服電機和相應(yīng)的驅(qū)動電路，維修保養(yǎng)十分方便。

電動噴涂機器人采用所謂內(nèi)壓防爆方式，就是指往電氣箱中人為地注人高壓氣體(比易爆危險氣體介質(zhì)的壓力高)的做法。在此基礎(chǔ)上，如再采用無火花AC電機和無刷旋轉(zhuǎn)變壓器，則可組成安全性更好的防爆系統(tǒng)。第十五頁，共二十三頁。2.6其他用途的工業(yè)機器人

搬運機器人主要用于工廠中一些工序的上下料作業(yè)、拆垛和碼垛作業(yè)等。這類機器人精度相對低一些，但負荷比較大，運動速度比較高。其機器人操作機多采用點焊或弧焊機器人結(jié)構(gòu)，也有的采用框架式和直角坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)形式。隨著工廠自動化程度的不斷提高和生產(chǎn)節(jié)拍的加快，搬運機器人使用得越來越多。第十六頁，共二十三頁。水切割機器人、激光加工機器人它通過高壓水和激光這種新的工具，對工件實施切割、焊接或者是金屬材料的表面特殊處理，可以實現(xiàn)金屬及其他材料的特殊加工。高壓水切割的特點是其切縫處光滑，無需進行二次處理，并且避免了其他熱加工手段帶來的工件變形。激光加工則是充分利用了激光的特性，實現(xiàn)對工件的精密切割、鉆孔、焊接以及表面熱處理這些作業(yè)往往是傳統(tǒng)的加工手段無法完成的。第十七頁，共二十三頁。

檢查和測量機器人集三種功能于一體，包括機器人的運動控制、操作對象狀態(tài)的感知以及對所采集到的信息進行分析和判斷，最終給出檢查和測量結(jié)果。檢查和測量機器人主要用于工件的形狀測量、裝配檢查以及產(chǎn)品缺陷檢查等。第十八頁，共二十三頁。隨著信息技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，這些行業(yè)也迫切需要機器人進行作業(yè)。但這些行業(yè)的特點是超精密化和精細化，產(chǎn)品的質(zhì)量與環(huán)境的好壞有直接關(guān)系，在這種環(huán)境下作業(yè)對機器人有特殊要求，因此產(chǎn)生了凈化機器人。對于凈化機器人，如何抑制塵埃粒子大小和數(shù)量是其關(guān)鍵問題。另外，現(xiàn)代制造業(yè)中，許多器件的制造需要在真空環(huán)境下進行，因此也出現(xiàn)了真空機器人。凈化機器人和真空機器人除對環(huán)境有很高的要求之外，其速度和精度也有了很大提高。并且機器人的結(jié)構(gòu)不同于一般工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)，具有一定的特殊性。第十九頁，共二十三頁。2.7工業(yè)機器人發(fā)展趨勢

機器人技術(shù)是一種綜合性高技術(shù)，它涉及到多種相關(guān)技術(shù)及學(xué)科，如機構(gòu)學(xué)、控制工程、計算機、人工智能、微電子學(xué)、傳感技術(shù)、材料科學(xué)以及仿生學(xué)等科學(xué)技術(shù)。因此機器人技術(shù)的發(fā)展一方面帶動了相關(guān)技術(shù)及學(xué)科的發(fā)展，另一方面也取決于這些相關(guān)技術(shù)和學(xué)科的發(fā)展進程。

(1)機器人操作機

負載/自重比大、高速高精度的機器人操作機一直是機器人設(shè)計者追求的目標(biāo)，通過有限元模擬分析及仿真設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法的運用，機器人操作機已實現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計。(2)并聯(lián)機器人

采用并聯(lián)機構(gòu)，利用機器人技術(shù)，實現(xiàn)高精度測量及加工，這是機器人技術(shù)向數(shù)控技術(shù)的拓展，為將來實現(xiàn)機器人和數(shù)控技術(shù)的一體化奠定了基礎(chǔ)。意大利comau公司、日本fanuc等公司已開發(fā)出了此類產(chǎn)品。第二十頁，共二十三頁。(3)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的性能迸一步提高，已由過去控制標(biāo)準的6軸機器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制21軸甚至27軸，以實現(xiàn)多機器人系統(tǒng)及周邊設(shè)備的協(xié)調(diào)運動，并且實現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。在該領(lǐng)域日本YASKAWA和德國KUKA公司處于領(lǐng)先地位。

(4)傳感系統(tǒng)激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器在工業(yè)機器人系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用，并實現(xiàn)了利用激光傳感器和視覺傳感器進行焊縫自動跟蹤以及自動化生產(chǎn)線上物體的自動定位，利用視覺系統(tǒng)和力覺系統(tǒng)進行精密裝配作業(yè)等，大大提高了機器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應(yīng)性。日本YASKAWA、FANUC和瑞典ABB、德國KUKA、REIS等公司皆推出了此類產(chǎn)品。(5)網(wǎng)絡(luò)通訊功能日本YASKAWA和德國KUKA公司的最新機器人控制器已實現(xiàn)了與Canbus、Profibus總線及一些網(wǎng)絡(luò)的連接，使機器人由專用設(shè)備向標(biāo)準化設(shè)備發(fā)展。第二十一頁，共二十三頁。(6)可靠性過去的獨立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用邁進了一大步，也使機器人由過去了由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展相大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使機器人系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。過去機器人系統(tǒng)的可靠性MTBF一般為幾千小時，而現(xiàn)在已達到5萬小時，幾乎可以滿足任何場合的需求。第二十二頁，共二十三頁。內(nèi)容總結(jié)工業(yè)機器人。弧焊機器人的的性能