用微課學工業(yè)機器人應用技術 課件 學習情境3 走近工業(yè)機器人

用微課學工業(yè)機器人應用技術高等職業(yè)教育精品工程系列教材走近工業(yè)機器人學習情境3工業(yè)機器人的分類任務1工業(yè)機器人的分類關于工業(yè)機器人，國際上有多種分類方式，如可按機構特征、輸入信息的方式、驅動方式、負載、控制方式、自由度、結構、應用領域等分類。工業(yè)機器人的分類1.按機構特征分類1)直角坐標工業(yè)機器人直角坐標工業(yè)機器人具有空間上相互垂直的3個直線移動軸，即有3個可移動的關節(jié)，可使其手部實現(xiàn)3個方向的獨立位移。這種工業(yè)機器人定位精度較高，空間軌跡規(guī)劃與求解相對容易，計算機控制相對簡單。它的缺點是空間尺寸較大，運動的靈活性較差，其動作空間僅為一個長方體，且運動速度較低。直角坐標工業(yè)機器人常用于生產(chǎn)設備的上下料，以及高精度的裝配和檢測作業(yè)。工業(yè)機器人的分類1.按機構特征分類2)圓柱面坐標工業(yè)機器人圓柱面坐標工業(yè)機器人由旋轉基座、升降移動軸和水平移動軸構成，具有兩個平行移動關節(jié)和一個旋轉關節(jié)。手部的安裝軸線位姿用(z,r,θ)坐標表示。這種工業(yè)機器人空間尺寸較小，工作范圍較大，動作空間呈圓柱體，末端操作器可獲得較高的運動速度。它的缺點是末端操作器離z軸越遠，其切向線位移的分辨精度就越低。工業(yè)機器人的分類1.按機構特征分類3)球面坐標工業(yè)機器人球面坐標工業(yè)機器人具有兩個旋轉關節(jié)和一個移動關節(jié)，其空間位置分別由旋轉、擺動和平移3個自由度確定。手部的安裝軸線位姿用(0,βr)坐標表示。這種工業(yè)機器人空間尺寸較小，工作范圍較大，動作空間為球面的一部分。4)多關節(jié)坐標工業(yè)機器人多關節(jié)坐標工業(yè)機器人顧名思義有多個旋轉關節(jié)，由多個旋轉和擺動機構組成。這種工業(yè)機器人又可分為垂直多關節(jié)機器人和水平多關節(jié)機器人。工業(yè)機器人的分類(1)垂直多關節(jié)機器人由垂直于地面的腰部旋轉軸、帶動小臂旋轉的肘部旋轉軸及小臂前端的手腕等組成。這種工業(yè)機器人可模擬人手臂的功能，空間尺寸較小，工作范圍較大，動作空間近似為一個球體，機構各軸必須獨立控制，并且需要搭配編碼器與傳感器以提高機構運動時的精確度，是目前應用較多的一種機型。(2)水平多關節(jié)機器人是由動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接而構成，具有兩個或兩個以上自由度，并且以并聯(lián)方式驅動的一種閉環(huán)機構。這種工業(yè)機器人不易產(chǎn)生動態(tài)誤差，無累積誤差，精度較高，運動慣性小，熱變形量小，結構緊湊，剛性高。其工作速度很快，主要用于食品包裝行業(yè)，是后面發(fā)展起來的一種機型。工業(yè)機器人的分類按輸入信息的方式分類，工業(yè)機器人可分為操作機械手固定程序工業(yè)機器人可編程型工業(yè)機器人程序控制型工業(yè)機器人示教型工業(yè)機器人智能型工業(yè)機器人。2.按輸入信息的方式分類工業(yè)機器人的分類按驅動方式分類，工業(yè)機器人可以分為液壓型工業(yè)機器人、電動型工業(yè)機器人和氣壓型工業(yè)機器人。3.按驅動方式分類工業(yè)機器人的技術指標工業(yè)機器人的技術指標反映工業(yè)機器人的適用范圍和工作性能，是選擇、使用工業(yè)機器人必須考慮的問題。盡管各廠商針對工業(yè)機器人所提供的技術指標不完全一樣，工業(yè)機器人的結構、用途及用戶的要求也不盡相同，但是其主要技術指標一般都包括自由度、額定負載、工作精度、工作空間和最大工作速度等。工業(yè)機器人的技術指標1.自由度自由度是指物體能夠在坐標系中進行獨立運動的數(shù)目，末端執(zhí)行器的動作不包括手爪的動作，一個自由度需要一個電機驅動。自由度作為工業(yè)機器人的技術指標，反映工業(yè)機器人動作的靈活性，可用軸的直線移動、擺動或旋轉動作的數(shù)目來表示。目前，焊接和噴涂工業(yè)機器人多有6或7個自由度，搬運、碼垛和裝配工業(yè)機器人多有4～6個自由度。工業(yè)機器人的技術指標2.額定負載額定負載也稱持重，是指在正常操作條件下，作用于工業(yè)機器人手腕末端，不會使工業(yè)機器人性能降低的最大載荷。目前使用的工業(yè)機器人的額定負載范圍為0.5～800kg。工業(yè)機器人的技術指標3.工作精度工作精度主要是指定位精度和重復定位精度。定位精度(也稱絕對精度)是指工業(yè)機器人末端執(zhí)行器實際到達位置與目標位置之間的差異。重復定位精度(簡稱重復精度)是指工業(yè)機器人重復定位其末端執(zhí)行器于同一目標位置的能力。目前，工業(yè)機器人的重復精度可達±0.01～±0.5mm。根據(jù)作業(yè)任務和額定負載不同，工業(yè)機器人的重復精度不同。工業(yè)機器人的技術指標4.工作空間工作空間也稱工作范圍、工作行程，是指工業(yè)機器人在執(zhí)行任務時，其手腕參考點所能掠過的空間，常用圖形表示。目前，單體工業(yè)機器人本體的工作范圍可達3.5m。工業(yè)機器人的技術指標5.最大工作速度最大工作速度是指在各軸聯(lián)動的情況下，工業(yè)機器人手腕中心所能達到的最大線速度。在生產(chǎn)中，最大工作速度是影響生產(chǎn)效率的重要指標。最大工作速度越大，生產(chǎn)效率就越高，但對工業(yè)機器人的性能要求也越高。工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成任務2工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成第一代工業(yè)機器人主要由操作機、示教器和控制器組成。第二代及第三代工業(yè)機器人還包括感知系統(tǒng)和分析決策系統(tǒng)，分別由各種傳感器及軟件實現(xiàn)。概括來說，工業(yè)機器人由三大部分6個系統(tǒng)組成。R-30iB工業(yè)機器人是由日本發(fā)那科開發(fā)的工業(yè)用途的機器人，其組成如圖3-7所示。R-30iB廣泛應用于澆鑄、焊接、涂膠、取放、水刀切割、灌注、堆疊等工業(yè)領域。它有6個自由度，使用高精度伺服電機驅動，在一定工作范圍內(nèi)可以像人的手臂一樣靈活、準確地運動。工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成1.機器人本體機器人本體是工業(yè)機器人的機械主體，是用來完成各種作業(yè)的執(zhí)行機構。它主要由機械臂、驅動裝置、傳動單元及內(nèi)部傳感器等部分組成。工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成1.機器人本體1)機械臂關節(jié)式工業(yè)機器人的機械臂是由關節(jié)連在一起的許多機械連桿的集合體。(1)基座?；菣C器人本體的基礎部分，可用螺栓將機器人本體固定在地面上，起支承作用。(2)腰部。腰部是機器人本體手臂的支承部分。(3)手臂。手臂是連接機身和手腕的部分，是執(zhí)行結構中的主要運動部件，也稱主軸，主要用于改變手腕和末端執(zhí)行器的空間姿態(tài)。(4)手腕。手腕是連接末端執(zhí)行器和手臂的部分，也稱次軸，主要用于改變末端執(zhí)行器的空間姿態(tài)。工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成1.機器人本體2)驅動裝置驅動裝置是驅使工業(yè)機器人機械臂運動的機構。它按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助動力元件使工業(yè)機器人產(chǎn)生動作，相當于人的肌肉、筋絡。工業(yè)機器人常用的驅動方式主要有液壓驅動、氣壓驅動和電氣驅動三種基本類型。目前，除個別運動精度不高、重負載或有防爆要求的工業(yè)機器人采用液壓、氣壓驅動以外，大多數(shù)工業(yè)機器人采用電氣驅動，其中交流伺服電機應用最廣，并且驅動器布置大都采用一個關節(jié)一個驅動器。工業(yè)機器人的核心技術是運動控制技術。目前工業(yè)機器人采用的電氣驅動主要有步進電機驅動和伺服電機驅動兩類。工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成1.機器人本體(1)步進電機。步進電機是一種將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的開環(huán)控制精密驅動儀器，可分為反應式步進電機、永磁式步進電機和混合式步進電機三類。其中，混合式步進電機的應用最為廣泛，是一種精度高、控制簡單、成本低廉的步進電機。(2)伺服電機。伺服電機在自動控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，把接收到的電信號轉換成電機軸上的角位移或角速度輸出，可分為直流伺服電機和交流伺服電機兩大類。與步進電機相比，當信號電壓為零時伺服電機無自轉現(xiàn)象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成1.機器人本體3)傳動單元目前減速器是工業(yè)機器人廣泛采用的機械傳動單元，應用在關節(jié)式工業(yè)機器人中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、大臂等負載重的位置(主要用于20kg以上的工業(yè)機器人關節(jié)),將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部等負載輕的位置(主要用于20kg以下的工業(yè)機器人關節(jié))。此外，工業(yè)機器人還采用齒輪傳動單元、鏈條(帶)傳動單元、皮帶傳動單元等。工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成2.示教器示教器也稱示教編程器或示教盒，主要由顯示屏和TP操作鍵盤組成，可由操作人員手持移動。示教器是工業(yè)機器人的人機交互接口，對工業(yè)機器人的所有操作，如移動工業(yè)機器人、編寫工業(yè)機器人程序、試運行程序、生產(chǎn)運行、查看工業(yè)機器人狀態(tài)等，基本上都是通過它來完成的。示教器實質上是一個專用的智能終端，示教器背面左右兩端各有一個DEADMAN開關，當TP有效時，只有此開關被按到適中的位置，工業(yè)機器人才能運動；一旦松開或按緊此開關，工業(yè)機器人立即停止運動，并發(fā)出報警。工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成3.控制器控制器是工業(yè)機器人的“大腦”,可根據(jù)指令及傳感信息控制工業(yè)機器人完成一定動作或作業(yè)任務，是決定工業(yè)機器人功能和性能的主要因素，也是工業(yè)機器人系統(tǒng)中更新和發(fā)展最快的部分?？刂破鞯慕M成部分主要有操作面板及其電路板、主板、I/O板、伺服放大器等，其基本功能包括示教功能、記憶功能、位置伺服功能、坐標設定功能、與外部設備聯(lián)系功能、傳感器接口功能、故障診斷及安全保護功能等。R-30iB工業(yè)機器人控制器最多能控制40根軸，可分多個組控制，每個組最多可以控制9根軸。工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成工業(yè)機器人的開關機工業(yè)機器人是一種比較復雜的設備，由多個部分組成，斷電、通電也有很多需要操作人員注意的地方。1.斷電(1)通過TP操作鍵盤或控制器操作面板上的暫停鍵或緊急停止按鈕停止工業(yè)機器人。(2)將控制器操作面板上的電源開關置于OFF。注意如果有外部設備，如打印機、軟盤驅動器、視覺系統(tǒng)等和工業(yè)機器