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

《工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用》教案姓 名 XXXXXXXX教案課程名稱：工業(yè)機器人技術(shù)及應(yīng)用 授課人：XX課題工業(yè)機器人的分類課時2教學(xué)目的與要求1、了解工業(yè)機器人按應(yīng)用環(huán)境分類。2、了解工業(yè)機器人按技術(shù)等級分類。3、了解工業(yè)機器人按驅(qū)動方式分類。4、了解工業(yè)機器人按坐標(biāo)系統(tǒng)分類。教學(xué)重點與難點重點：1）了解工業(yè)機器人的分類。難點：1）按驅(qū)動分類。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)機器人按照應(yīng)用環(huán)境、技術(shù)等級、驅(qū)動方式、坐標(biāo)系統(tǒng)的分類。三、新課講授：工業(yè)機器人的各個分類四、強化鞏固利用實際生活中接觸的例子加強鞏固五、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)容課堂互動一、組織教學(xué)介紹本門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容及知識體系結(jié)構(gòu)，提出課程學(xué)習(xí)的基本要求，強調(diào)本門課程的上課時間、地點。推薦教材：《工業(yè)機器人技術(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)機器人的品牌，那么思考：這些工業(yè)機器人有哪些分類呢？導(dǎo)入：上次課堂上我們學(xué)習(xí)工業(yè)機器人的各種品牌，那么我們本次來學(xué)習(xí)一下工業(yè)機器人的分類吧，這些工業(yè)機器人也是人類根據(jù)不同場所，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)機器人的分類我國的機器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機器人分為兩大類，工業(yè)機器人和特種機器人，即制造環(huán)境下的工業(yè)機器人和非制造環(huán)境下的特種機器人所謂工業(yè)機器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度機器人，包括焊接機器人、搬運機器人、裝配機器人、處理機器人、噴涂機器人等。而特種機器人則是除工業(yè)機器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進機器人，包括：服務(wù)機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農(nóng)業(yè)機器人、機器人化機器等。在特種機器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務(wù)機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。（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)境分類焊接機器人點焊機器人弧焊機器人搬運機器人上下料機器人碼垛機器人分揀機器人移動小車（AGV)裝配機器人裝配機器人處理機器人切割機器人沖壓、鍛造機器人打磨、拋光機器人噴涂機器人噴涂機器人1.焊接機器人焊接機器人是把焊槍固定在機器人手臂上，然后通過一系列的程序控制電焊機啟動，焊接、停止。同時控制機器人手臂旋轉(zhuǎn)，擺動等等，實現(xiàn)全自動焊接的工作站。如圖4-1所示。圖4-1焊接機器人2.上下料機器人上下料機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上下料的工作站。如圖4-2所示。圖4-2上下料機器人3.碼垛機器人碼垛機器人是通過定位信息，將已輸送到抓取工位的工件，由機器人自動抓取到碼垛位置進行碼垛，然后重復(fù)抓取工件進行新垛的碼放的工作站。如圖4-3所示。圖4-3碼垛機器人4.分揀機器人分揀機器人是一種具備了傳感器、物鏡和電子光學(xué)系統(tǒng)的機器人，可以快速進行貨物分揀的工作站。如圖4-4所示。圖4-4分揀機器人5.AGV移動小車AGV移動小車是指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(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)定的路線自動行駛，將貨物或物料自動從起始點運送到目的地的無人駕駛運輸車。如圖4-5所示。圖4-5AGV小車6.裝配機器人裝配機器人是通過機器人、控制器、智能傳感器和末端執(zhí)行器，根據(jù)機器人的作業(yè)指令程序和從傳感器反饋回來的信號，自動控制末端執(zhí)行器來完成工件裝配的工作站。如圖4-6所示。圖4-6裝配機器人7.切割機器人水切割機器人是利用高壓水流切割技術(shù)，完成對材料切割的工作站。激光切割機器人是利用高功率密度激光束照射技術(shù)，完成對材料切割的工作站。如圖4-7所示。圖4-7切割機器人8.鍛造沖壓機器人鍛造沖壓機器人是利用鍛造沖壓機械的錘頭、砧塊、\t"/item/%E9%94%BB%E5%8E%8B/_blank"沖頭或通過模具對坯料施加壓力，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鍛造沖壓機器人9.打磨、拋光機器人打磨、拋光機器人是應(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償，以自動化拋光、打磨系統(tǒng)為核心的工作站。如圖4-9所示。圖4-9打磨、拋光機器人10.噴涂機器人噴涂機器人是在產(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，自動噴涂于被涂物表面的工作站。如圖4-10所示。圖4-10噴涂機器人（二）按技術(shù)等級分類按照機器人的技術(shù)發(fā)展水平可以將工業(yè)機器人分為三代。1.示教再現(xiàn)工業(yè)機器人第一代工業(yè)機器人是示教再現(xiàn)型。如圖4-11所示。這類機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行，比如操作人員握住機器人上的噴槍，沿噴漆路線示范一遍，機器人動作中記住這一連串運動，工作時，自動重復(fù)這些運動，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)型機器人2.感知型工業(yè)機器人第二代工業(yè)機器人具有環(huán)境感知裝置，是具有感覺功能的工業(yè)機器人，包括具有光覺、視覺、觸覺、聲覺等。如圖4-12所示。這類機器人能在一定程度上適應(yīng)環(huán)境變化，目前已進入應(yīng)用階段。以焊接機器人為例，機器人焊接的過程一般是通過示教方式給出機器人的運動曲線，機器人攜帶焊槍沿著該曲線進行焊接。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，機器人攜帶焊槍沿所走的曲線和工件的實際焊縫位置會有偏差。為解決這個問題，第二代工業(yè)機器人（應(yīng)用于焊接作業(yè)時）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，機器人就能夠自動跟蹤焊縫，從而對示教的位置進行修正，即使實際焊縫相對于原始設(shè)定的位置有變化，機器人仍然可以很好地完成焊接工作。圖4-12感知型工業(yè)機器人3.智能工業(yè)機器人第三代工業(yè)機器人稱為智能機器人，具有發(fā)現(xiàn)問題，并且能自主地解決問題的能力，尚處于實驗研究階段。作為發(fā)展目標(biāo)，這類機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)，比如自動發(fā)現(xiàn)路況、測出協(xié)作機器的相對位置、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)機器人這類機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的試驗裝置，提出大量新思想、新方法，但現(xiàn)有工業(yè)機器人的自適應(yīng)技術(shù)還是十分有限的。（四）按驅(qū)動方式分類機器人驅(qū)動器是用來使機器人發(fā)出動作的動力機構(gòu)。機器人驅(qū)動器可將電能、液壓能和氣壓能轉(zhuǎn)化為機器人的動力。因而，按機器人的驅(qū)動方式可以將工業(yè)機器人分為電氣驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動三類。如表4-2所示。1.電氣驅(qū)動電氣驅(qū)動，包括直流伺服電機、步進電機和交流伺服電機等。如圖4-14所示。圖4-14電氣驅(qū)動機器人2.液壓驅(qū)動液壓驅(qū)動，包括電液步進馬達(dá)和油缸等。如圖4-15所示。圖4-15液壓驅(qū)動機器人3.氣壓驅(qū)動氣動驅(qū)動，包括氣缸和氣動馬達(dá)等。表4-2工業(yè)機器人常用的驅(qū)動方式性能對比表驅(qū)動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，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制維修方便，液體對溫度變化敏感，油液泄漏易著火在輸出力相同的情況下，體積比氣壓驅(qū)動方式小中、小型及重型機器人液壓元件成本較高，油路比較復(fù)雜氣壓驅(qū)動氣體壓力低，輸出力較小，如需輸出力大時，其結(jié)構(gòu)尺寸過大可高速運行，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、小型機器人結(jié)構(gòu)簡，介質(zhì)來源成本低電氣驅(qū)動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、運動軌跡要求嚴(yán)格的機器人成本較高（五）按坐標(biāo)系統(tǒng)分類工業(yè)機器人的機械配置形式多種多樣，典型工業(yè)機器人的機構(gòu)運動特征是用其坐標(biāo)特性來描述的。按基本動作機構(gòu)，工業(yè)機器人通?？煞譃橹苯亲鴺?biāo)機器人、柱面坐標(biāo)機器人和關(guān)節(jié)型機器人等類型。1.直角坐標(biāo)機器人直角坐標(biāo)機器人是只具有移動關(guān)節(jié)的工業(yè)機器人，如圖4-16所示。其具有空間上相互垂直的多個直線移動軸，通常3個。通過直角坐標(biāo)方向的3個獨立自由度確定其手部的空間位置，其動作空間為一長方體。圖4-16直角坐標(biāo)機器人直角坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu)簡單，定位精度高，空間軌跡易于求解；但其動作范圍相對較小，設(shè)備的空間因數(shù)較低，實現(xiàn)相同的動作空間要求時，機體本身的體積較大。2.柱面坐標(biāo)機器人柱面坐標(biāo)機器人具有一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、其余為移動關(guān)節(jié)的工業(yè)機器人，如圖4-17所示。其空間位置機構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)基座、垂直移動和水平移動軸構(gòu)成。具有一個回轉(zhuǎn)和兩個平移自由度，其動作空間呈圓柱體。圖4-17點膠機柱面坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu)簡單、剛性好，但缺點是在機器人的動作范圍內(nèi)，必須有沿軸線前后方向的移動空間，空間利用率較低。4.多關(guān)節(jié)型機器人多關(guān)節(jié)型機器人由多個旋轉(zhuǎn)和擺動機構(gòu)組合而成的工業(yè)機器人。這類機器人結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間大、動作最接近人的動作，對噴涂、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)機器人都采用了這種型式，其擺動方向主要有垂直方向和水平方向兩種，因此這類機器人又可分為垂直多關(guān)節(jié)機器人和水平多關(guān)節(jié)機器人。如美國Unimation公司20世紀(jì)70年代末推出的機器人PUMA就是一種垂直多關(guān)節(jié)機