《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》 教案 任務(wù)八 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)參數(shù)與選型

《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》教案姓 名 XXXXXXXX教案課程名稱：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用 授課人：XX課題工業(yè)機(jī)器人技術(shù)參數(shù)與選型課時(shí)2教學(xué)目的與要求（1）了解工業(yè)機(jī)器人主要技術(shù)指標(biāo)。（2）了解工業(yè)機(jī)器人的選型基礎(chǔ)。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：1）掌握工業(yè)機(jī)器人主要技術(shù)指標(biāo)。難點(diǎn)：2）掌握工業(yè)機(jī)器人的選型基礎(chǔ)。教學(xué)方法課堂講授（PPT授課+小組討論）主要內(nèi)容及步驟備注教學(xué)過(guò)程一、組織教學(xué)：組織課堂，介紹本節(jié)課程的體系結(jié)構(gòu)，告知學(xué)習(xí)的基本要求。二、課題導(dǎo)入：掌握工業(yè)機(jī)器人選型新課講授：掌握工業(yè)機(jī)器人技術(shù)參數(shù)選擇四、強(qiáng)化鞏固利用實(shí)際生活中接觸的例子加強(qiáng)鞏固五、總結(jié)拓展1.課堂內(nèi)容總結(jié) 2.布置作業(yè)小組討論授課效果分析總結(jié)教學(xué)內(nèi)容課堂互動(dòng)一、組織教學(xué)介紹本門(mén)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容及知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，提出課程學(xué)習(xí)的基本要求，強(qiáng)調(diào)本門(mén)課程的上課時(shí)間、地點(diǎn)。推薦教材：《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》活頁(yè)式教材二、課題導(dǎo)入我們已經(jīng)學(xué)習(xí)很多基礎(chǔ)，面對(duì)所有種類的工業(yè)機(jī)器人，那么我們?cè)趺锤鶕?jù)客戶要求去進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的選型來(lái)配套呢導(dǎo)入：上次課堂上我們學(xué)習(xí)了工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，本次課堂上我們學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的選型，為什么需要選型，每個(gè)型號(hào)之間有什么區(qū)別呢？新課講授工業(yè)機(jī)器技術(shù)參數(shù)與選型工業(yè)機(jī)器人五大技術(shù)指標(biāo)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)反映了工業(yè)機(jī)器人的適用范圍和工作性能，是選擇、使用機(jī)器人的重要依據(jù)。圖8-1、表8-1是ABBIRB1200工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)特性參數(shù)。表8-1工業(yè)機(jī)器人五大技術(shù)指標(biāo)額定負(fù)載5kg重復(fù)定位精度±0.01mm工作范圍0.9m最大工作速度3200/S圖8-1工業(yè)機(jī)器人本體1.自由度自由度是指機(jī)器人能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動(dòng)軸的數(shù)目，末端執(zhí)行器的動(dòng)作不包括在內(nèi)。通常作為機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)，反映機(jī)器人動(dòng)作的靈活性，常用軸的直線移動(dòng)、擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的數(shù)目來(lái)表示。采用空間開(kāi)鏈連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)器人，因每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)僅有一個(gè)自由度，所以機(jī)器人的自由度數(shù)就等于它的關(guān)節(jié)數(shù)。由于具有六個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的鉸接開(kāi)鏈?zhǔn)綑C(jī)器人從運(yùn)動(dòng)學(xué)上已被證明能以較小的結(jié)構(gòu)尺寸獲取最大的工作空間，并且能以較高的位置精度和最優(yōu)的路徑到達(dá)指定位置，因而關(guān)節(jié)機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。目前，焊接和涂裝作業(yè)機(jī)器人多為6或7自由度，而搬運(yùn)、碼垛和裝配機(jī)器人多為4?6自由度。2.額定負(fù)載額定負(fù)載也稱機(jī)器人最大持重能力。如果持重超出額定范圍，機(jī)器人零部件磨損較快，甚至損壞。正常操作條件下，作用于機(jī)器人手腕末端，且不會(huì)使機(jī)器人性能降低的最大載荷。目前使用的工業(yè)機(jī)器人負(fù)載范圍可從0.5到1300kg。3.重復(fù)定位精度重復(fù)定位精度是指機(jī)器人重復(fù)定位其末端執(zhí)行器于同一目標(biāo)位里的能力。即機(jī)器人在重復(fù)一個(gè)動(dòng)作5?10次，每次在同一個(gè)點(diǎn)的位置最大偏差也就是它的重復(fù)定位精度。目前工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度可達(dá)±0.01~±0.2mm之間，根據(jù)作業(yè)任務(wù)和末端持重的不同，機(jī)器人的重復(fù)精度也要求不同，裝配機(jī)器人、上下料機(jī)器人、焊接機(jī)器人重復(fù)定位要求高一些，而碼垛機(jī)器人要求就低一些。工作范圍工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，其手腕參考點(diǎn)掠過(guò)的空間，常用圖8-2表示。由于工作范圍的形狀和大小反映了機(jī)器人工作能力的大小，因而它對(duì)于機(jī)器人的應(yīng)用十分重要。工作范圍不僅與機(jī)器人各連桿的尺寸有關(guān)，還與機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)有關(guān)。為能真實(shí)反映機(jī)器人的特征參數(shù)，廠家所給出的工作范圍一般指不安裝末端執(zhí)行器時(shí)可以到達(dá)的區(qū)域。圖8-2工業(yè)機(jī)器人工作范圍5.最大工作速度最大工作速度是指在各軸聯(lián)動(dòng)情況下，機(jī)器人手腕中心所能達(dá)到的最大線速度。這在生產(chǎn)中是影響生產(chǎn)效率的重要指標(biāo)。因生產(chǎn)廠家不同而標(biāo)注不同，一般都會(huì)在技術(shù)參數(shù)中加以說(shuō)明。很明顯，最大工作速度越高，生產(chǎn)效率也越高；然而，工作速度越高，對(duì)機(jī)器人最大加速度要求也越高。除上五項(xiàng)指標(biāo)以外，還應(yīng)注意機(jī)器人的控制方式、驅(qū)動(dòng)方式、安裝方式、存儲(chǔ)容量、自診斷及自保護(hù)、安全保障等功能。（二）工業(yè)機(jī)器人的選型對(duì)于自動(dòng)化行業(yè)的資深機(jī)電工程師來(lái)說(shuō)，選擇合適的“機(jī)器人”也許是一個(gè)簡(jiǎn)單的工作。但是對(duì)于第一次準(zhǔn)備購(gòu)買(mǎi)、導(dǎo)入機(jī)器人的設(shè)計(jì)人員或工廠來(lái)說(shuō)，也許會(huì)有些迷茫。下面從九個(gè)方面，討論如何選擇一個(gè)合適的工業(yè)機(jī)器人。1.應(yīng)用場(chǎng)合首先，最重要的源頭是評(píng)估導(dǎo)入的機(jī)器人。導(dǎo)入的機(jī)器人是用于怎樣的應(yīng)用場(chǎng)合以及什么樣的制程。（1）如果是應(yīng)用制程需要在人工旁邊由機(jī)器協(xié)同完成，對(duì)于通常的人機(jī)混合的半自動(dòng)線，特別是需要經(jīng)常變換工位或移位移線的情況，以及配合新型力矩感應(yīng)器的場(chǎng)合，協(xié)作型機(jī)器人(Cobots)應(yīng)該是一個(gè)很好的選項(xiàng)。（2）如果是尋找一個(gè)緊湊型的取放料機(jī)器人，你可能想選擇一個(gè)水平關(guān)節(jié)型機(jī)器人(Scara)。（3）如果是尋找針對(duì)小型物件，快速取放的場(chǎng)合，并聯(lián)機(jī)器人(Delta)最適合這樣的需求。（4）如果是應(yīng)用制程可以適應(yīng)一個(gè)非常大范圍的應(yīng)用，比如從取、放料到碼垛，以及噴涂，去毛刺，焊接等專用制程，多關(guān)節(jié)軸機(jī)器人(Multi-axis)應(yīng)該是一個(gè)很好的選項(xiàng)。現(xiàn)在，工業(yè)機(jī)器人制造商基本上針對(duì)每一種應(yīng)用制程都有相應(yīng)的機(jī)器人方案。你所做的只需要明確你希望機(jī)器人為你做哪個(gè)工作，以及從不同的種類當(dāng)中，選擇最適合的類型。a)關(guān)節(jié)多軸機(jī)器人b)水平關(guān)節(jié)機(jī)器人c)并聯(lián)機(jī)器人d)協(xié)作型機(jī)器人圖8-3工廠里指代的“機(jī)器人”類型2.有效負(fù)載有效負(fù)載是機(jī)器人在其工作空間可以攜帶的最大負(fù)荷。從例如3Kg到1300Kg不等。如果你希望機(jī)器人完成將目標(biāo)工件從一個(gè)工位搬運(yùn)到另一個(gè)工位，需要注意將工件的重量以及機(jī)器人手爪的重量加總到其工作負(fù)荷。另外特別需要注意的是機(jī)器人的負(fù)載曲線，在空間范圍的不同距離位置，實(shí)際負(fù)載能力會(huì)有差異。3.自由度(軸數(shù))機(jī)器人配置的軸數(shù)直接關(guān)聯(lián)其自由度。如果是針對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的直來(lái)直去的場(chǎng)合，比如從一條皮帶線取放到另一條，簡(jiǎn)單的4軸機(jī)器人就足以應(yīng)對(duì)。但是，如果應(yīng)用場(chǎng)景在一個(gè)狹小的工作空間，且機(jī)器人手臂需要很多的扭曲和轉(zhuǎn)動(dòng)，6軸或7軸機(jī)器人將是最好的選擇。軸數(shù)一般取決于該應(yīng)用場(chǎng)合。應(yīng)當(dāng)注意，在成本允許的前提下，選型多一點(diǎn)軸數(shù)的機(jī)器人，其靈活性更高，到達(dá)能力更強(qiáng)，柔性化也更高。這樣方便后續(xù)重復(fù)利用改造機(jī)器人到另一個(gè)應(yīng)用制程，能適應(yīng)更多的工作任務(wù)。機(jī)器人制造商傾向于使用各自略有不同的軸或關(guān)節(jié)命名?；旧?，第一關(guān)節(jié)（J1）是最接近機(jī)器人底座的那個(gè)。接下來(lái)的關(guān)節(jié)稱為J2，J3，J4和依此類推，直到到達(dá)手腕末端。如圖8-4所示。而有的公司則使用字母命名他們機(jī)器人的軸。比如Yaskawa/Motoman公司。圖8-4工業(yè)機(jī)器人自由度4.最大作動(dòng)范圍當(dāng)評(píng)估目標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)合的時(shí)候，應(yīng)該了解機(jī)器人需要到達(dá)的最大距離。選擇一個(gè)機(jī)器人不是僅僅憑它的有效載荷-也需要綜合考量它到達(dá)的確切距離。每個(gè)公司都會(huì)給出相應(yīng)機(jī)器人的作動(dòng)范圍圖，由此可以判斷，該機(jī)器人是否適合于特定的應(yīng)用。機(jī)器人的水平運(yùn)動(dòng)范圍，注意機(jī)器人在近身及后方的一片非工作區(qū)域。機(jī)器人的最大垂直高度的量測(cè)是從機(jī)器人能到達(dá)的最低點(diǎn)（常在機(jī)器人底座以下）到手腕可以達(dá)到的的最大高度的距離(Y)。最大水平作動(dòng)距離是從機(jī)器人底座中心到手腕可以水平達(dá)到的最遠(yuǎn)點(diǎn)的中心的距離(X)。5.重復(fù)精度同樣的，這個(gè)因素也還是取決于你的應(yīng)用場(chǎng)合。重復(fù)精度可以被描述為機(jī)器人完成例行的工作任務(wù)每一次到達(dá)同一位置的能力。一般在±0.01m到±0.2mm之間，甚至更精密。例如，如果需要你的機(jī)器人組裝一個(gè)電子線路板，你可能需要一個(gè)超級(jí)精密重復(fù)精度的機(jī)器人。如果應(yīng)用工序是比較粗糙，比如打包，碼垛等，工業(yè)機(jī)器人也就不需要那么精密。另外一方面，組裝工程的機(jī)器人精度的選型要求，也關(guān)聯(lián)組裝工程各環(huán)節(jié)尺寸和公差的傳遞和計(jì)算，比如：來(lái)料物料的定位精度，工件本身的在治具中的重復(fù)定位精度等。這項(xiàng)指標(biāo)從2D方面以正負(fù)'±'表示。事實(shí)上，由于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)重復(fù)點(diǎn)不是線性的而是在空間3D運(yùn)動(dòng)，該參數(shù)的實(shí)際情況可以是在公差半徑內(nèi)的球形空間內(nèi)任何位置。當(dāng)然，現(xiàn)在的配合現(xiàn)在的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，將減低機(jī)器人對(duì)于來(lái)料精度的要求和依賴，提升整體的組裝精度。6.速度這個(gè)參數(shù)與每一個(gè)用戶息息相關(guān)。事實(shí)上，它取決于在該作業(yè)需要完成的循環(huán)時(shí)間。規(guī)格表列明了該型號(hào)機(jī)器人最大速度，但我們應(yīng)該知道，考量從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)的加減速，實(shí)際運(yùn)行的速度將在0和最大速度之間。這項(xiàng)參數(shù)單位通常以度/秒計(jì)。有的機(jī)器人制造商也會(huì)標(biāo)注機(jī)器人的最大加速度。7.本體重量機(jī)器人本體重量是設(shè)計(jì)機(jī)器人單元時(shí)的一個(gè)重要因素。如果工業(yè)機(jī)器人必須安裝在一個(gè)定制的機(jī)臺(tái)，甚至在導(dǎo)軌上，你可能需要知道它的重量來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的支撐。8．剎車和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量基本上每個(gè)機(jī)器人制造商提供他們的機(jī)器人制動(dòng)系統(tǒng)的信息。有些機(jī)器人對(duì)所有的軸配備剎車，其他的機(jī)器人型號(hào)不是所有的軸都配置剎車。要在工作區(qū)中確保精確和可重復(fù)的位置，需要有足夠數(shù)量的剎車。另外一種特別情況，意外斷電發(fā)生的時(shí)候，不帶剎車的負(fù)重機(jī)器人軸不會(huì)鎖死，有造成意外的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，某些機(jī)器人制造商也提供機(jī)器人的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。其實(shí)，對(duì)于設(shè)計(jì)的安全性來(lái)說(shuō)，這將是一個(gè)額外的保障。你可能還注意到不同軸上的適用的扭矩。例如，如果你的動(dòng)作需要一定量的扭矩以正確完成工作，你需要檢查，在該軸上適用的最大扭矩是否正確的。如果選型不正確，機(jī)器人則可能由于過(guò)載而宕機(jī)。9.防護(hù)等級(jí)根據(jù)機(jī)器人的使用環(huán)境，選擇達(dá)到一定的防護(hù)等級(jí)(IP等級(jí))的標(biāo)準(zhǔn)。一些制造商提供相同的機(jī)械手針對(duì)不同的場(chǎng)合的IP防護(hù)等級(jí)的產(chǎn)品系列。如果機(jī)器人在與生產(chǎn)食品相關(guān)的產(chǎn)品，醫(yī)藥、醫(yī)療器具，或易燃易爆的環(huán)境中工作時(shí)，IP等級(jí)會(huì)有所不同。IP防護(hù)等級(jí)多以數(shù)字用來(lái)明確防護(hù)的等級(jí)。第一位數(shù)字表明設(shè)備抗微塵的范圍，或者是人們?cè)诿芊猸h(huán)境中免受危害的程度。代表防止固體異物進(jìn)入的等級(jí)，最高級(jí)別是6；第二位數(shù)字表明設(shè)備防水的程度。代表防止進(jìn)水的等級(jí)，最高級(jí)別是8。具體說(shuō)明見(jiàn)表8-2：表8-2防護(hù)等級(jí)IP后第一位數(shù)字防塵等級(jí)數(shù)字防護(hù)范圍說(shuō)明0無(wú)防護(hù)沒(méi)有專門(mén)防護(hù)1防止直徑不小于50mm的固體異物直徑50mm的球形物體不能進(jìn)入殼體2防止直徑不小于12.5mm的固體異物直徑12.5mm的球形物體不能進(jìn)入殼體3防止直徑不小于2.5mm的固體異物直徑2.5mm的球形物體不能進(jìn)入殼體4防止直徑不小于1.0mm的固體異物直徑1.0mm的球形物體不能進(jìn)入殼體5防塵不能完全防止灰塵進(jìn)入，但進(jìn)入的灰塵不影響設(shè)備的正常運(yùn)行，不影響安全6塵密無(wú)灰塵進(jìn)入IP后第二位數(shù)字防水等級(jí)0無(wú)防護(hù)沒(méi)有專門(mén)防護(hù)1防止垂直方向滴水垂直方向滴水無(wú)有害影響215°防滴當(dāng)外殼的各垂直面在15°范圍內(nèi)傾斜時(shí)，垂直滴水無(wú)有害影響。3防淋水各垂直面在60°范圍內(nèi)淋水，無(wú)有害影響4防濺水向