工業(yè)機(jī)器人分類及應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用所處位置————1、按機(jī)器人的技術(shù)等級(jí)劃分【課（1）

示教再現(xiàn)機(jī)器人第一代工業(yè)機(jī)器人能夠按照人類預(yù)先示教的軌跡、行為、順序和速度重復(fù)作業(yè)，示教可由操作員手把手進(jìn)行或通過示教器完成。

堂認(rèn)知】返回目錄（2）感知機(jī)器人第二代工業(yè)機(jī)器人程具有環(huán)境感知裝置，能在一定度上適應(yīng)環(huán)境的變化，目前已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段。（3）智能機(jī)器人第三代工業(yè)機(jī)器人具有發(fā)現(xiàn)問題，并且能自主地解決問題的能力，尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。

課前回顧當(dāng)前第1頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類1）直角坐標(biāo)型機(jī)器人2）圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人

3）極坐標(biāo)型機(jī)器人4）關(guān)節(jié)型機(jī)器人通過沿三個(gè)互相垂直的軸線的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手部空間位置的改變通過兩個(gè)移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)位置的改變運(yùn)動(dòng)由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組成運(yùn)動(dòng)由前后的俯仰及立柱的回轉(zhuǎn)組成當(dāng)前第2頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)章節(jié)目錄思考練習(xí)2.1工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成2.1.1操作機(jī)2.1.2控制器2.1.3示教器2.2工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)入案例擴(kuò)展與提高本章小結(jié)課堂認(rèn)知2.3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制2.3.1機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)問題2.3.2機(jī)器人的點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)…2.3.3機(jī)器人的位置控制當(dāng)前第3頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)學(xué)習(xí)目標(biāo)所處位置————能夠正確識(shí)別工業(yè)機(jī)器人的基本組成【學(xué)

掌握工業(yè)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)組成及各部分的功能能夠正確判別工業(yè)機(jī)器人的點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)和連續(xù)路徑運(yùn)動(dòng)習(xí)

目

標(biāo)】返回目錄認(rèn)知目標(biāo)能力目標(biāo)當(dāng)前第4頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)導(dǎo)入案例國(guó)產(chǎn)機(jī)器人競(jìng)爭(zhēng)力缺失關(guān)鍵技術(shù)是瓶頸————眾所周知，中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)由于先天因素，在單體與核心零部件仍然落后于日、美、韓等發(fā)達(dá)國(guó)家。雖然中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)經(jīng)過30年的發(fā)展，形成了較為完善的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在較大差距，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)依然薄弱，關(guān)鍵零部件嚴(yán)重依賴進(jìn)口。

【

導(dǎo)入案

】

整個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈主要分為上游核心零部件（主要是機(jī)器人三大核心零部件——伺服電機(jī)、減速器和控制系統(tǒng)，相當(dāng)于機(jī)器人的“大腦”）、中游機(jī)器人本體（機(jī)器人的“身體”）和下游系統(tǒng)集成商（國(guó)內(nèi)95%的企業(yè)都集中在這個(gè)環(huán)節(jié)上）三個(gè)層面。

返回目錄當(dāng)前第5頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)2.1工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成第一代工業(yè)機(jī)器人主要由以下幾部分組成：操作機(jī)、控制器和示教器

。

示教器是機(jī)器人的人機(jī)交互接口，操作者可通過它對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程或手動(dòng)操縱機(jī)器人移動(dòng)。

操作機(jī)用于完成各種作業(yè)任務(wù)的機(jī)械主體，主要包含機(jī)械臂、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)單元以及內(nèi)部傳感器等部分。

控制器是完成機(jī)器人控制功能的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，是決定機(jī)器人功能和水平的關(guān)鍵部分。

工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)組成對(duì)于第二代及第三代工業(yè)機(jī)器人還包括感知系統(tǒng)和分析決策系統(tǒng)，它們分別由傳感器及軟件實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前第6頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)關(guān)節(jié)型機(jī)器人操作機(jī)基本構(gòu)造2.1工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成2.1.1操作機(jī)操作機(jī)（或稱機(jī)器人本體）是工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械主體，是用來(lái)完成各種作業(yè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它主要由機(jī)械臂、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)單元及內(nèi)部傳感器等部分組成。

伺服電機(jī)減速器腕關(guān)節(jié)小臂肘關(guān)節(jié)手腕大臂連接法蘭皮帶傳動(dòng)腰部肩關(guān)節(jié)腰關(guān)節(jié)基座▲機(jī)器人操作機(jī)的每個(gè)關(guān)節(jié)均采用1個(gè)交流伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)

返回目錄當(dāng)前第7頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)2.1工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成所處機(jī)器人操作機(jī)最后一個(gè)軸的機(jī)械接口通常為一連接法蘭，可接裝不同的機(jī)械操作裝置，如夾緊爪、吸盤、焊槍等。

位置————【課堂認(rèn)知】吸盤焊槍夾緊爪返回目錄當(dāng)前第8頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)夾緊爪當(dāng)前第9頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)夾緊爪當(dāng)前第10頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)夾緊爪當(dāng)前第11頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)吸盤當(dāng)前第12頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第13頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)焊槍當(dāng)前第14頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)2.1工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成2.1.1操作機(jī)所處(1)機(jī)械臂位置關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂是由關(guān)節(jié)連在一起的許多機(jī)械連桿的集合體。實(shí)質(zhì)上是一個(gè)擬人手臂的空間開鏈?zhǔn)綑C(jī)構(gòu)，一端固定在基座上，另一端可自由運(yùn)動(dòng)，由關(guān)節(jié)-連桿結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的機(jī)械臂大體可分為基座、腰部、臂部（大臂和小臂）和手腕4部分。

————課堂認(rèn)知返回目錄

當(dāng)前第15頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)機(jī)械部分1手部2手腕（次軸）3臂部（主軸）5基座末端執(zhí)行器聯(lián)接手部和手臂的部分，主要改變手部的空間方向和將作業(yè)載荷傳遞到手臂聯(lián)接機(jī)身和手腕的部分，改變手部的空間位置，并將各種載荷傳遞到機(jī)座起到支承作用4腰部腰部是機(jī)器人手臂的支承部分?；?/p>

腰部大臂小臂手腕當(dāng)前第16頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)1、手臂的運(yùn)動(dòng)垂直移動(dòng)徑向移動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人手臂的上下運(yùn)動(dòng)手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)機(jī)器人繞鉛垂軸的轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)前第17頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)2、手腕的運(yùn)動(dòng)手腕旋轉(zhuǎn)手腕彎曲手腕側(cè)擺手腕繞小臂軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)手腕的上下擺動(dòng)手腕的水平擺動(dòng)當(dāng)前第18頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)最小的三指手

BH—II三指手

四指靈巧手

靈巧的雙手

DLR多指手哈工大多指手當(dāng)前第19頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)SuperRobustRobotHand超級(jí)機(jī)器人靈巧手DLR_標(biāo)清當(dāng)前第20頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)2.1工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成所處(2)驅(qū)動(dòng)裝置位置————驅(qū)使工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。它按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)，借助于動(dòng)力元件使機(jī)器人產(chǎn)生動(dòng)作，相當(dāng)于人的肌肉、筋絡(luò)。【課機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)三種基本類型。堂

認(rèn)知目前，除個(gè)別運(yùn)動(dòng)精度不高、重負(fù)載或有防爆要求的機(jī)器人采用液壓、氣壓驅(qū)動(dòng)外，工業(yè)機(jī)器人大多采用電氣驅(qū)動(dòng)，而其中屬交流伺服電機(jī)應(yīng)用最廣，且驅(qū)動(dòng)器布置大都采用一個(gè)關(guān)節(jié)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器?！糠祷啬夸洰?dāng)前第21頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):(1)可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩。(2)液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小,工作平穩(wěn)可靠,并可得到較高的位置精度。(3)液壓傳動(dòng)中,力、速度和方向比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。(4)液壓系統(tǒng)采用油液作介質(zhì),具有防銹性和自潤(rùn)滑性能,可以提高機(jī)械效率,使用壽命長(zhǎng)。

液壓驅(qū)動(dòng)當(dāng)前第22頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)存在的不足:

(1)油液的粘度隨溫度變化而變化,這將影響工作性能。高溫容易引起燃燒、爆炸等危險(xiǎn)。

(2)液體的泄漏難于克服,要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量,故造價(jià)較高。

(3)需要相應(yīng)的供油系統(tǒng),尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴(yán)格的濾油裝置,否則會(huì)引起故障。當(dāng)前第23頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)

液壓驅(qū)動(dòng)方式的輸出力和功率更大，能構(gòu)成伺服機(jī)構(gòu)，常用于大型機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)。當(dāng)前第24頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)

氣動(dòng)機(jī)械手氣壓驅(qū)動(dòng)當(dāng)前第25頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)與液壓驅(qū)動(dòng)相比,氣壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是:(1)壓縮空氣粘度小,容易達(dá)到高速(1m／s)。(2)利用工廠集中的空氣壓縮機(jī)站供氣,不必添加動(dòng)力設(shè)備。(3)空氣介質(zhì)對(duì)環(huán)境無(wú)污染,使用安全,可直接應(yīng)用于高溫作業(yè)。(4)氣動(dòng)元件工作壓力低,故制造要求也比液壓元件低。當(dāng)前第26頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)氣壓驅(qū)動(dòng)的不足:

(1)壓縮空氣常用壓力為0.4～0.6MPa,若要獲得較大的壓力,其結(jié)構(gòu)就要相對(duì)增大。

(2)空氣壓縮性大,工作平穩(wěn)性差,速度控制困難,要達(dá)到準(zhǔn)確的位置控制很困難。

(3)壓縮空氣的除水問題是一個(gè)很重要的問題,處理不當(dāng)會(huì)使鋼類零件生銹,導(dǎo)致機(jī)器人失靈.此外,排氣還會(huì)造成噪聲污染。當(dāng)前第27頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)1）普通交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)2）交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機(jī)器人用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，輸出力矩相對(duì)小，控制性能好，可實(shí)現(xiàn)速度和位置的精確控制，適用于中小型機(jī)器人用于開環(huán)控制，一般用于對(duì)速度和位置要求不高的場(chǎng)合電動(dòng)機(jī)使用簡(jiǎn)單，且隨著材料性能的提高，電機(jī)性能也逐漸提高。所以總的看來(lái)，目前機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)逐漸為電動(dòng)式所代替。當(dāng)前第28頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)所處三種驅(qū)動(dòng)方式特點(diǎn)比較位置————【課堂認(rèn)知】特點(diǎn)使用范制造成輸出力控制性能維修使用結(jié)構(gòu)體積驅(qū)動(dòng)方式圍本油液不可壓縮，在輸出力相液壓元壓力、流量均容維修方便，液中、小同的情況下件成本液壓驅(qū)動(dòng)

壓力高，可獲得大的輸出力

易控制，可無(wú)級(jí)體對(duì)溫度變化型及重，體積比氣較高，調(diào)速，反應(yīng)靈敏敏感，油液泄型機(jī)器壓驅(qū)動(dòng)方式油路比，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌漏易著火人小較復(fù)雜跡控制可高速，沖擊較氣體壓力低，嚴(yán)重，精確定位維修簡(jiǎn)單，能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)輸出力較小，困難。氣體壓縮在高溫、粉塵中、小單，能氣壓驅(qū)動(dòng)如需輸出力大性大，阻尼效果等惡劣環(huán)境中體積較大型機(jī)器源方便

時(shí)，其結(jié)構(gòu)尺差，低速不易控使用，泄露無(wú)人，成本寸過大制，不易與CPU連影響低接容易與CPU連接，高性能控制性能好，響需要減速裝電氣驅(qū)動(dòng)輸出力較小或維修使用較復(fù)、運(yùn)動(dòng)成本較應(yīng)快，可精確定置，體積較較大雜軌跡要高位，但控制系統(tǒng)小求嚴(yán)格復(fù)雜當(dāng)前第29頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)2.1工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成所處(3)傳動(dòng)單元位置目前工業(yè)機(jī)器人廣泛采用的機(jī)械傳動(dòng)單元是減速器，應(yīng)用在關(guān)節(jié)型機(jī)器人上的————減速器主要有兩類：RV減速器和諧波減速器。一般將RV減速器放置在基座、腰部、大臂等重負(fù)載的位置(主要用于20kg以上的機(jī)器人關(guān)節(jié))；將諧波減速器放置在小【臂、腕部或手部等輕負(fù)載的位置(主要用于20kg以下的機(jī)器關(guān)節(jié))。此外，機(jī)器人還課采用齒輪傳動(dòng)、鏈條（帶）傳動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)單元等。堂認(rèn)知】諧RV波減減速速器器皮帶傳動(dòng)返回目錄機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動(dòng)單元當(dāng)前第30頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)2.1工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成所處位置1)諧波減速器————通常由3個(gè)基本構(gòu)件組成，包括一個(gè)有內(nèi)齒的剛輪，一個(gè)工作時(shí)可產(chǎn)生徑向彈性變形并帶有外齒的柔輪和一個(gè)裝在柔輪內(nèi)部、呈橢圓形、外圈帶有柔性滾動(dòng)軸承的波發(fā)生器，在這3個(gè)基本結(jié)構(gòu)中可任意固定一個(gè)，其余一個(gè)為主動(dòng)件一個(gè)從動(dòng)件。

【課堂認(rèn)知柔輪】波發(fā)生器剛輪諧波減速器原理圖當(dāng)前第31頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)諧波減速器_XB諧波減速機(jī)_機(jī)器人_印刷機(jī)_機(jī)床_諧波傳動(dòng)減速器當(dāng)前第32頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)2.1工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成所處位置2)RV減速器————主要由太陽(yáng)輪（中心輪）、行星輪、轉(zhuǎn)臂（曲柄軸）、轉(zhuǎn)臂軸承、擺線輪（RV齒輪）、針齒、剛性盤與輸出盤等零部件組成。具有較高的疲勞強(qiáng)度和剛度以及較長(zhǎng)的壽命，回差精度穩(wěn)定，高精度機(jī)器人傳動(dòng)多采用RV減速器。

【課堂針齒認(rèn)知2級(jí)減速1級(jí)減速行星輪】太陽(yáng)輪Z2輸入Z1

Z4輸出

Z3擺線輪轉(zhuǎn)臂輸出軸針齒殼RV減速器原理圖當(dāng)前第33頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)2.1工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成2.1.2控制器所處機(jī)器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機(jī)器人完成一定動(dòng)作或作業(yè)任務(wù)的裝置，是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素，也是機(jī)器人系統(tǒng)中更新和發(fā)展最快的部分，其基本功能有：

示教功能、記憶功能、位置伺服功能、坐標(biāo)設(shè)定功。位置————

【課堂認(rèn)知】依據(jù)控制系統(tǒng)的開放程度，機(jī)器人控制器分3類：封閉型、開放型和混合型。目前基本上都是封閉型系統(tǒng)（如日系機(jī)器人）或混合型系統(tǒng)（如歐系機(jī)器人）。

按計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)、控制方式和控制算法的處理方法，機(jī)器人控制器又可分為集中式控制

和分布式控制兩種方式。當(dāng)前第34頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期四\23點(diǎn)所處(1)集中式控制器位置優(yōu)點(diǎn)：硬件成本較低，便于信息的采集和分析，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，整體性與協(xié)調(diào)性較好，基于PC的系統(tǒng)硬件擴(kuò)展較為方便。

————缺點(diǎn)：系統(tǒng)控制缺乏靈活性，控制危險(xiǎn)容易集中，一旦出現(xiàn)故障，其影響面廣，后果嚴(yán)重；大量數(shù)據(jù)計(jì)算，會(huì)降低系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)對(duì)多任務(wù)的響應(yīng)能力也會(huì)與系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性相沖突；系統(tǒng)連線復(fù)雜，會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。【

課堂

認(rèn)知】機(jī)器人關(guān)節(jié)1機(jī)器人關(guān)節(jié)1機(jī)器人關(guān)節(jié)2機(jī)器人關(guān)節(jié)2機(jī)器人關(guān)節(jié)n機(jī)器人關(guān)節(jié)n+1運(yùn)動(dòng)接口卡1驅(qū)動(dòng)器1運(yùn)動(dòng)接口卡2驅(qū)動(dòng)器2………機(jī)器人控制計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)接口卡n驅(qū)動(dòng)器n機(jī)器人關(guān)節(jié)n驅(qū)動(dòng)器1多軸驅(qū)動(dòng)器2運(yùn)動(dòng)控制卡1……驅(qū)動(dòng)器n機(jī)器人控制計(jì)算機(jī)多軸驅(qū)動(dòng)器n+1運(yùn)動(dòng)控制卡2驅(qū)動(dòng)器n+2機(jī)器人關(guān)節(jié)n+2a)單獨(dú)接口卡驅(qū)動(dòng)b)多軸運(yùn)動(dòng)控制卡驅(qū)動(dòng)集中式機(jī)器人控制器結(jié)構(gòu)當(dāng)前