《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》 教案 任務(wù)四 工業(yè)機(jī)器人的分類

《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)器人的分類課時(shí)2教學(xué)目的與要求1、了解工業(yè)機(jī)器人按應(yīng)用環(huán)境分類。2、了解工業(yè)機(jī)器人按技術(shù)等級(jí)分類。3、了解工業(yè)機(jī)器人按驅(qū)動(dòng)方式分類。4、了解工業(yè)機(jī)器人按坐標(biāo)系統(tǒng)分類。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：1）了解工業(yè)機(jī)器人的分類。難點(diǎn)：1）按驅(qū)動(dòng)分類。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)過程一、組織教學(xué)：組織課堂，新課前的自我介紹，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：工業(yè)機(jī)器人按照應(yīng)用環(huán)境、技術(shù)等級(jí)、驅(qū)動(dòng)方式、坐標(biāo)系統(tǒng)的分類。三、新課講授：工業(yè)機(jī)器人的各個(gè)分類四、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》活頁式教材二、課題導(dǎo)入我們學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的品牌，那么思考：這些工業(yè)機(jī)器人有哪些分類呢？導(dǎo)入：上次課堂上我們學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的各種品牌，那么我們本次來學(xué)習(xí)一下工業(yè)機(jī)器人的分類吧，這些工業(yè)機(jī)器人也是人類根據(jù)不同場(chǎng)所，不同的應(yīng)用和要求規(guī)劃出來的，我們來看一下有哪些呢？新課講授工業(yè)機(jī)器人的分類我國的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人，即制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和非制造環(huán)境下的特種機(jī)器人所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人，包括焊接機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人、處理機(jī)器人、噴涂機(jī)器人等。而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人，包括：服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。在特種機(jī)器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨(dú)立成體系的趨勢(shì)，如服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、微操作機(jī)器人等。（一）按應(yīng)用環(huán)境分類按應(yīng)用環(huán)境分類見表4-1表4-1按應(yīng)用環(huán)境分類焊接機(jī)器人點(diǎn)焊機(jī)器人弧焊機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人上下料機(jī)器人碼垛機(jī)器人分揀機(jī)器人移動(dòng)小車（AGV)裝配機(jī)器人裝配機(jī)器人處理機(jī)器人切割機(jī)器人沖壓、鍛造機(jī)器人打磨、拋光機(jī)器人噴涂機(jī)器人噴涂機(jī)器人1.焊接機(jī)器人焊接機(jī)器人是把焊槍固定在機(jī)器人手臂上，然后通過一系列的程序控制電焊機(jī)啟動(dòng)，焊接、停止。同時(shí)控制機(jī)器人手臂旋轉(zhuǎn)，擺動(dòng)等等，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)焊接的工作站。如圖4-1所示。圖4-1焊接機(jī)器人2.上下料機(jī)器人上下料機(jī)器人是將待加工工件送裝到加工位置和將已加工工件從加工位置取下的工件自動(dòng)上下料的工作站。如圖4-2所示。圖4-2上下料機(jī)器人3.碼垛機(jī)器人碼垛機(jī)器人是通過定位信息，將已輸送到抓取工位的工件，由機(jī)器人自動(dòng)抓取到碼垛位置進(jìn)行碼垛，然后重復(fù)抓取工件進(jìn)行新垛的碼放的工作站。如圖4-3所示。圖4-3碼垛機(jī)器人4.分揀機(jī)器人分揀機(jī)器人是一種具備了傳感器、物鏡和電子光學(xué)系統(tǒng)的機(jī)器人，可以快速進(jìn)行貨物分揀的工作站。如圖4-4所示。圖4-4分揀機(jī)器人5.AGV移動(dòng)小車AGV移動(dòng)小車是指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，可以保障系統(tǒng)在不需要人工引航的情況下就能夠沿預(yù)定的路線自動(dòng)行駛，將貨物或物料自動(dòng)從起始點(diǎn)運(yùn)送到目的地的無人駕駛運(yùn)輸車。如圖4-5所示。圖4-5AGV小車6.裝配機(jī)器人裝配機(jī)器人是通過機(jī)器人、控制器、智能傳感器和末端執(zhí)行器，根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序和從傳感器反饋回來的信號(hào)，自動(dòng)控制末端執(zhí)行器來完成工件裝配的工作站。如圖4-6所示。圖4-6裝配機(jī)器人7.切割機(jī)器人水切割機(jī)器人是利用高壓水流切割技術(shù)，完成對(duì)材料切割的工作站。激光切割機(jī)器人是利用高功率密度激光束照射技術(shù)，完成對(duì)材料切割的工作站。如圖4-7所示。圖4-7切割機(jī)器人8.鍛造沖壓機(jī)器人鍛造沖壓機(jī)器人是利用鍛造沖壓機(jī)械的錘頭、砧塊、\t"/item/%E9%94%BB%E5%8E%8B/_blank"沖頭或通過模具對(duì)坯料施加壓力，使之產(chǎn)生\t"/item/%E9%94%BB%E5%8E%8B/_blank"塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的制件的工作站。如圖4-8所示。圖4-8鍛造沖壓機(jī)器人9.打磨、拋光機(jī)器人打磨、拋光機(jī)器人是應(yīng)用壓力控制技術(shù)，透過數(shù)字化編程在工件上準(zhǔn)確地控制磨料的磨損補(bǔ)償，以自動(dòng)化拋光、打磨系統(tǒng)為核心的工作站。如圖4-9所示。圖4-9打磨、拋光機(jī)器人10.噴涂機(jī)器人噴涂機(jī)器人是在產(chǎn)品生產(chǎn)加工完成后，控制噴涂設(shè)備借助于壓力或離心力，分散成均勻而微細(xì)的霧滴，自動(dòng)噴涂于被涂物表面的工作站。如圖4-10所示。圖4-10噴涂機(jī)器人（二）按技術(shù)等級(jí)分類按照機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展水平可以將工業(yè)機(jī)器人分為三代。1.示教再現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人第一代工業(yè)機(jī)器人是示教再現(xiàn)型。如圖4-11所示。這類機(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)。示教可以由操作員手把手地進(jìn)行，比如操作人員握住機(jī)器人上的噴槍，沿噴漆路線示范一遍，機(jī)器人動(dòng)作中記住這一連串運(yùn)動(dòng)，工作時(shí)，自動(dòng)重復(fù)這些運(yùn)動(dòng)，從而完成給定位置的噴涂工作。這種方式即所謂的“直接示教”。圖4-11示教再現(xiàn)型機(jī)器人2.感知型工業(yè)機(jī)器人第二代工業(yè)機(jī)器人具有環(huán)境感知裝置，是具有感覺功能的工業(yè)機(jī)器人，包括具有光覺、視覺、觸覺、聲覺等。如圖4-12所示。這類機(jī)器人能在一定程度上適應(yīng)環(huán)境變化，目前已進(jìn)入應(yīng)用階段。以焊接機(jī)器人為例，機(jī)器人焊接的過程一般是通過示教方式給出機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)曲線，機(jī)器人攜帶焊槍沿著該曲線進(jìn)行焊接。這就要求工件的一致性要好，即工件被焊接位置必須十分準(zhǔn)確。否則，機(jī)器人攜帶焊槍沿所走的曲線和工件的實(shí)際焊縫位置會(huì)有偏差。為解決這個(gè)問題，第二代工業(yè)機(jī)器人（應(yīng)用于焊接作業(yè)時(shí)）采用焊縫跟蹤技術(shù)，通過傳感器感知焊縫的位置，再通過反饋控制，機(jī)器人就能夠自動(dòng)跟蹤焊縫，從而對(duì)示教的位置進(jìn)行修正，即使實(shí)際焊縫相對(duì)于原始設(shè)定的位置有變化，機(jī)器人仍然可以很好地完成焊接工作。圖4-12感知型工業(yè)機(jī)器人3.智能工業(yè)機(jī)器人第三代工業(yè)機(jī)器人稱為智能機(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。作為發(fā)展目標(biāo)，這類機(jī)器人具有多種傳感器，不僅可以感知自身的狀態(tài)，比如所處的位置、自身的故障情況等，而且能夠感知外部環(huán)境的狀態(tài)，比如自動(dòng)發(fā)現(xiàn)路況、測(cè)出協(xié)作機(jī)器的相對(duì)位置、相互作用的力等。更為重要的是，能夠根據(jù)獲得的信息，進(jìn)行邏輯推理、判斷決策，在變化的內(nèi)部狀態(tài)與變化的外部環(huán)境中，自主決定自身的行為。如圖4-13所示。圖4-13智能工業(yè)機(jī)器人這類機(jī)器人具有高度的適應(yīng)性和自治能力。盡管經(jīng)過多年來的不懈研究，人們研制了很多各具特點(diǎn)的試驗(yàn)裝置，提出大量新思想、新方法，但現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人的自適應(yīng)技術(shù)還是十分有限的。（四）按驅(qū)動(dòng)方式分類機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器是用來使機(jī)器人發(fā)出動(dòng)作的動(dòng)力機(jī)構(gòu)。機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器可將電能、液壓能和氣壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的動(dòng)力。因而，按機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式可以將工業(yè)機(jī)器人分為電氣驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)三類。如表4-2所示。1.電氣驅(qū)動(dòng)電氣驅(qū)動(dòng)，包括直流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)等。如圖4-14所示。圖4-14電氣驅(qū)動(dòng)機(jī)器人2.液壓驅(qū)動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)，包括電液步進(jìn)馬達(dá)和油缸等。如圖4-15所示。圖4-15液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人3.氣壓驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，包括氣缸和氣動(dòng)馬達(dá)等。表4-2工業(yè)機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)方式性能對(duì)比表驅(qū)動(dòng)方式輸出力控制性能維修使用結(jié)構(gòu)體積使用范圍制造液壓驅(qū)動(dòng)壓力高，可獲得大的輸出力油液不可壓縮，壓力、流量均容易控制，可無級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制維修方便，液體對(duì)溫度變化敏感，油液泄漏易著火在輸出力相同的情況下，體積比氣壓驅(qū)動(dòng)方式小中、小型及重型機(jī)器人液壓元件成本較高，油路比較復(fù)雜氣壓驅(qū)動(dòng)氣體壓力低，輸出力較小，如需輸出力大時(shí)，其結(jié)構(gòu)尺寸過大可高速運(yùn)行，沖擊較嚴(yán)重，精確定位困難。氣體壓縮性大，阻尼效果差，低速不易控制，不易與CPU連接維修簡(jiǎn)單，能在高溫、粉塵等惡劣環(huán)境中使用，泄露無影響體積較大中、小型機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)，介質(zhì)來源成本低電氣驅(qū)動(dòng)輸出力較小或較大容易與CPU連接，控制性能好，響應(yīng)快，可精確定位，但控制系統(tǒng)復(fù)雜維修使用較復(fù)雜需要減速裝置，體積較小高性能、運(yùn)動(dòng)軌跡要求嚴(yán)格的機(jī)器人成本較高（五）按坐標(biāo)系統(tǒng)分類工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械配置形式多種多樣，典型工業(yè)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特征是用其坐標(biāo)特性來描述的。按基本動(dòng)作機(jī)構(gòu)，工業(yè)機(jī)器人通常可分為直角坐標(biāo)機(jī)器人、柱面坐標(biāo)機(jī)器人和關(guān)節(jié)型機(jī)器人等類型。1.直角坐標(biāo)機(jī)器人直角坐標(biāo)機(jī)器人是只具有移動(dòng)關(guān)節(jié)的工業(yè)機(jī)器人，如圖4-16所示。其具有空間上相互垂直的多個(gè)直線移動(dòng)軸，通常3個(gè)。通過直角坐標(biāo)方向的3個(gè)獨(dú)立自由度確定其手部的空間位置，其動(dòng)作空間為一長(zhǎng)方體。圖4-16直角坐標(biāo)機(jī)器人直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位精度高，空間軌跡易于求解；但其動(dòng)作范圍相對(duì)較小，設(shè)備的空間因數(shù)較低，實(shí)現(xiàn)相同的動(dòng)作空間要求時(shí)，機(jī)體本身的體積較大。2.柱面坐標(biāo)機(jī)器人柱面坐標(biāo)機(jī)器人具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、其余為移動(dòng)關(guān)節(jié)的工業(yè)機(jī)器人，如圖4-17所示。其空間位置機(jī)構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)基座、垂直移動(dòng)和水平移動(dòng)軸構(gòu)成。具有一個(gè)回轉(zhuǎn)和兩個(gè)平移自由度，其動(dòng)作空間呈圓柱體。圖4-17點(diǎn)膠機(jī)柱面坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好，但缺點(diǎn)是在機(jī)器人的動(dòng)作范圍內(nèi)，必須有沿軸線前后方向的移動(dòng)空間，空間利用率較低。4.多關(guān)節(jié)型機(jī)器人多關(guān)節(jié)型機(jī)器人由多個(gè)旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)組合而成的工業(yè)機(jī)器人。這類機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間大、動(dòng)作最接近人的動(dòng)作，對(duì)噴涂、裝配、焊接等多種作業(yè)都有良好的適應(yīng)性，應(yīng)用范圍越來越廣。不少著名的工業(yè)機(jī)器人都采用了這種型式，其擺動(dòng)方向主要有垂直方向和水平方向兩種，因此這類機(jī)器人又可分為垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人和水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人。如美國Unimation公司20世紀(jì)70年代末推出的機(jī)器人PUMA就是一種垂直多關(guān)節(jié)機(jī)