工業(yè)機器人課件

學習情境4：設備應用

主講：鐘綿章學習情境4：設備應用主講：鐘綿章1定義：工業(yè)機器人是一種能自動定位控制，可重復編程，多功能、多自由度的操作機。功能：能搬運材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)。特點：工業(yè)機器人不同于機械手。工業(yè)機器人具有獨立的控制系統(tǒng)，可以通過編程實現(xiàn)動作程序的變化；而機械手只能完成簡單的搬運、抓取及上下料工作，它一般作為自動機或自動線上的附屬裝置，工作程序固定不變。

工業(yè)機器人工業(yè)機器人2一、工業(yè)機器人的組成和分類（一）工業(yè)機器人的組成工業(yè)機器人一般由操作機、驅動裝置、控制系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)等部分組成。一、工業(yè)機器人的組成和分類（一）工業(yè)機器人的組成3工業(yè)機器人ppt課件41、操作機。操作機也稱執(zhí)行機構，由末端執(zhí)行器、手腕、手臂和機座組成。末端執(zhí)行器又稱手部，是操作機直接執(zhí)行操作的裝置。其上可安裝夾持器、工具、傳感器等。夾持器分為機械夾緊、磁力夾緊、液壓張緊和真空抽吸四種。1、操作機。操作機也稱執(zhí)行機構，由末端執(zhí)行器、手腕、5

手腕是連接手臂和末端執(zhí)行器的部件，用來支承末端執(zhí)行器并調整其姿態(tài)。有彎轉式和旋轉式兩種。手臂用于支撐調整手腕和末端執(zhí)行器，有連接桿件和關節(jié)組成，包括肘關節(jié)和肩關節(jié)。機座是承力部件，可分為固定式機座和移動式機座。移動式機座的行走機構可以是滾輪和履帶，分為有軌和無軌兩種，步行機器人的行走機構多為連桿機構。手腕是連接手臂和末端執(zhí)行器的部件，用來支承末端執(zhí)行器6

2、驅動裝置。驅動裝置為操作機工作提供動力。按所采用的動力源分為電動、液動和氣動三種類型。

3、控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，其功能是控制工業(yè)機器人按照要求動作。工業(yè)機器人多采用計算機控制，一般設計成二級計算機控制和三級計算機控制。

二級計算機控制系統(tǒng)的第一級完成系統(tǒng)的監(jiān)控、作業(yè)管理、自診斷等。第二級用于各關節(jié)伺服系統(tǒng)的控制。三級計算機控制系統(tǒng)分為決策級、策略級和執(zhí)行級。2、驅動裝置。驅動裝置為操作機工作提供動力。按所采用的7

4、傳感器系統(tǒng)機器人的準確操作決定于對其自身狀態(tài)、操作對象及作業(yè)環(huán)境的準確認識，這主要依賴與傳感器。機器人傳感器分為：①用于測量機器人自身運動速度、位姿及加速度的傳感器，稱為內部傳感器，包括速度傳感器、加速度傳感器、位置傳感器和姿態(tài)傳感器。②用于感受和測量外部環(huán)境信息和作業(yè)對象工況的傳感器，稱為外部傳感器，包括非接觸傳感器（例如視覺傳感器、聽覺傳感器）和接觸傳感器（例如力傳感器、壓覺傳感器、滑覺傳感器、硬覺傳感器）。4、傳感器系統(tǒng)8（二）工業(yè)機器人的分類1、按坐標形式分類（1）直角坐標式（PPP）。機器人末端執(zhí)行器（手部）空間位置的改變是通過三個互相垂直的坐標x、y、z軸的移動來實現(xiàn)的。（二）工業(yè)機器人的分類9（2）圓柱坐標式（RPP）。機器人末端執(zhí)行器空間位置的改變是由兩個移動坐標和一個旋轉坐標實現(xiàn)的。（2）圓柱坐標式（RPP）。機器人末端執(zhí)行器空間位置的改變10（3）球坐標式（RRP），又稱極坐標式。機器人手臂的運動由一個直線運動和二個轉動組成，即沿x軸的伸縮，繞y軸的俯仰和繞z軸的回轉。（3）球坐標式（RRP），又稱極坐標式。機器人手臂的運動由11（4）關節(jié)坐標式（RRR），又稱回轉坐標式，分為垂直關節(jié)坐標和平面（水平）關節(jié)坐標。（4）關節(jié)坐標式（RRR），又稱回轉坐標式，分為垂直關節(jié)坐標12

2、按驅動方式分類（1）電力驅動。使用最多，驅動元件可以是步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機。目前交流伺服電動機是主流。（2）液壓驅動。有很大的抓取能力（可抓取高達上千牛力），液壓力可達7Mpa，液壓傳動平穩(wěn)，防爆性好，動作也較靈敏，但對密封性要求高，對溫度敏感。（3）氣壓驅動。結構簡單、動作迅速、價格低，但由于空氣可壓縮而使工作速度穩(wěn)定性差，氣壓一般為0.7MPa，抓取力?。◣资Ａχ烈话倥ＡΓ?。2、按驅動方式分類133、按控制方式分類（1）點位控制。只控制機器人末端執(zhí)行器目標點的位置和姿態(tài)，對其軌跡不嚴格控制。適用于上下料、點焊、卸運等作業(yè)。（2）連續(xù)軌跡控制。不僅控制目標點的位置，而且還要對其軌跡進行控制。采用這種控制方式的機器人，常用于焊接、噴漆和檢測等作業(yè)。3、按控制方式分類14二、工業(yè)機器人的特性參數(shù)和技術要求（一）特性參數(shù)

表5—3業(yè)機器人的主要特性參數(shù)項目名稱說明坐標形式常用的坐標形式有直角坐標、圓柱坐標、球坐標、關節(jié)坐標等運動自由度數(shù)自由度數(shù)表示機器人動作的靈活程度；機器人的自由度一般少于6個，也有多于6個的各自由度的動作范圍自由度的動作范圍是指各關節(jié)的活動范圍；各關節(jié)的基本動作范圍決定了機器人操作機工作空間的形狀和大小各自由度的動作速度各自由度的動作速度是指各關節(jié)的極限速度額定負載額定負載是指在規(guī)定性能范圍內，在手腕機械接口處所能承受的最大負載允許值精度精度主要包括位姿精度、位姿重復性、軌跡精度、軌跡重復性等二、工業(yè)機器人的特性參數(shù)和技術要求項目名稱說明坐標形式常用15

（二）技術要求1、外觀和結構。工業(yè)機器人要求布局合理、操作方便、造型美觀、便于維修；無漏油、漏氣現(xiàn)象；潤滑冷卻情況良好；機構運動靈活、平穩(wěn)、可靠；整體美觀協(xié)調無損傷。2、電氣設備。動力線與信號線盡可能分開遠離，信號線應采用屏蔽、雙絞等抗干擾技術；在運動中突然停電后，恢復供電時不得自行接通；非接地處的絕緣電阻不得小于5MΩ；電子元器件一般應進行老化處理；控制柜應具有良好的通風、散熱措施；電源電壓波動允許±10%,頻率允許50±1HZ。（二）技術要求16

3、可靠性。采用平均無故障工作時間（MTBF）及可維修時間（MTTR）作為衡量可靠性的指標。4、安全性。應滿足《工業(yè)機器人安全規(guī)范》的規(guī)定。三、工業(yè)機器人的編程方式有兩種編程方式，對于重復操作型機器人，一般采用示教編程方式編程。對于動作復雜、操作精度要求高的工業(yè)機器人（如裝配機器人），采用工業(yè)機器人語言編程方式編程。（一）示教編程方式。示教編程分為手把手示教編程和示教盒示教編程。3、可靠性。采用平均無故障工作時間（MTBF）及可171、手把手示教編程。操作者利用示教手柄引導末端執(zhí)行器沿所要求的位置移動，與此同時由傳感器檢測出工業(yè)機器人各關節(jié)所處的坐標位置，并由控制系統(tǒng)記錄、存儲。實際工作時工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)就會重復再現(xiàn)示教后存儲的軌跡和操作技能。這種編程方式主要用于噴漆、弧焊等要求連續(xù)軌跡控制的工業(yè)機器人中。也能實現(xiàn)點位控制，此時控制系統(tǒng)只記錄軌跡終點，移動速度按各段軌跡對應的功能數(shù)據(jù)輸入。1、手把手示教編程。182、示教盒示教編程。操作者利用示教盒上的各種功能按鈕來驅動工業(yè)機器人的各關節(jié)（或軸），按作業(yè)需要的順序單軸運動或多關節(jié)協(xié)調運動，從而完成位置和功能的示教編程。2、示教盒示教編程。19

（二）語言編程方式用工業(yè)機器人語言進行作業(yè)程序設計，方法與計算機編程相同，用程序指令來描述工業(yè)機器人的動作。根據(jù)工業(yè)機器人作業(yè)描述水平的高低，可將工業(yè)機器人語言分為三類，即動作級語言、對象級語言和任務級語言。（1）動作級語言是直接記述工業(yè)機器人手臂、手腕等動作的語言系統(tǒng)。（2）對象級語言主要面向作業(yè)對象和裝配操作，是一種以描述操作物體間關系為中心的語言系統(tǒng)。（3）任務級語言允許使用者對任務目標直接下達指令，而不必規(guī)定任務細節(jié)，是比較高級的機器人語言。（二）語言編程方式20小結一、工業(yè)機器人的組成和分類組成：由操作機、驅動裝置、控制系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)等部分組成。分類：1、按坐標形式分類：直角坐標式（PPP）、圓柱坐標式（RPP）、球坐標式（RRP）和關節(jié)坐標式（RRR）

。2、按驅動方式分類：電力驅動、液壓驅