工業(yè)機器人（FANUC）現(xiàn)場編程 課件 項目1 初識工業(yè)機器人

工業(yè)機器人（FANUC）現(xiàn)場編程初識工業(yè)機器人任務(wù)1了解工業(yè)機器人定義美國工業(yè)機器人協(xié)會(RIA)的定義:

機器人是設(shè)計用來搬運物料、部件、工具或?qū)ｉT裝置的可重復(fù)編程的多功能操作器，并可通過改變程序的方法來完成各種不同任務(wù)。日本工業(yè)機器人協(xié)會（JIRA）的定義：工業(yè)機器人是“一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器的，能夠完成各種移動來代替人類勞動的通用機器”。德國標(biāo)準(zhǔn)(VDI)中的定義:工業(yè)機器人是“具有多自由度的、能進行各種動作的自動機器，它的動作是可以順序控制的、軸的關(guān)節(jié)角度或軌跡可以不靠機械調(diào)節(jié)，而由程序或傳感器加以控制。工業(yè)機器人具有執(zhí)行器、工具及制造用的輔助工具，可以完成材料搬運和制造等操作”任務(wù)1了解工業(yè)機器人定義國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）對工業(yè)機器人定義為：“是一種能自動控制?？芍貜?fù)編程，多功能、多自由度的操作機，能搬運材料、工件或操持工具，來完成各種作業(yè)”目前國際上大都遵循ISO所下的定義。工業(yè)器件人的發(fā)展國際上第一臺工業(yè)機器人產(chǎn)品誕生于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時其作業(yè)能力僅限于上、下料這類簡單的工作。直到20世紀(jì)80年代，機器人產(chǎn)業(yè)才得到了巨大的發(fā)展，成為機器人發(fā)展的一個里程碑，1980年被稱為“機器人元年”。為滿足汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展的需要，這個時期開發(fā)出點焊機器人、弧焊機器人、噴涂機器人以及搬運機器人這四大類型的工業(yè)機器人，其系列產(chǎn)品已經(jīng)成熟并形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，有力地推動了制造業(yè)的發(fā)展。為了進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和市場競爭力，裝配機器人及柔性裝配線又相繼開發(fā)成功。1.1.2工業(yè)器件人的發(fā)展進人20世紀(jì)80年代以后，裝配機器人和柔性裝配技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并進人一個大發(fā)展時期。現(xiàn)在工業(yè)機器人已發(fā)展成為一個龐大的家族，并與數(shù)控（CN)、可編程控制器(PLC)一起成為工業(yè)自動化的三大技術(shù),應(yīng)用于制造業(yè)的各個領(lǐng)域之中。謝謝電氣電子學(xué)院黃老師FANUCROBOT

任務(wù)2了解工業(yè)機器人的組成及其技術(shù)參數(shù)

1.2.1工業(yè)機器人的組成

。如圖，一臺完整的工業(yè)機器人由以下幾個部分組成:操作機（本體），驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及可更換的末端執(zhí)行器

1操作機（機器人本體）操作機是工業(yè)機器人的機械主體，即通常說的機器人本體，是用來完成各種作業(yè)的執(zhí)行機械。它因作業(yè)任務(wù)不同而有各種結(jié)構(gòu)形式和尺寸。工業(yè)機器人的“柔性”除體現(xiàn)在其控制裝置可重復(fù)編程方面外，還和機器人操作機的結(jié)構(gòu)形式有很大關(guān)系。機器人中普遍采用的關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)，其有類似人體腰、肩和腕等的仿生結(jié)構(gòu)。

2驅(qū)動系統(tǒng)工業(yè)機器人的驅(qū)動系統(tǒng)是指驅(qū)動操作機運動部件動作的裝置，也就是機器人的動力裝置。機器人使用的動力源有：壓縮空氣、壓力油和電能。因此相應(yīng)的動力驅(qū)動裝置就是氣缸、油缸和電機。這些驅(qū)動裝置大多安裝在操作機的運動部件上，所以要求它的結(jié)構(gòu)小巧緊湊、重量輕、慣性小、動作平穩(wěn)。3控制系統(tǒng)工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)是機器人的“大腦”，它通過各種控制電路硬件和軟件的結(jié)合來操縱機器人，并協(xié)調(diào)機器人與生產(chǎn)系統(tǒng)中其他設(shè)備的關(guān)系。普通機器設(shè)備的控制裝置多注重自身動作的控制。而機器人的控制系統(tǒng)還要注意建立自身與作業(yè)對象之間的控制聯(lián)系。一個完整的機器人控制系統(tǒng)除了作業(yè)控制器和運動控制器外，還包括控制驅(qū)動系統(tǒng)的伺服控制器以及檢側(cè)機器人自身狀態(tài)的傳感器反饋部分。現(xiàn)代機器人控制裝置可由可編程控制器、數(shù)控控制器或計算機構(gòu)成。控制系統(tǒng)是決定機器人功能和水平的關(guān)鍵部分，也是機器人系統(tǒng)中更新和發(fā)展最快的部分。4末端執(zhí)行器工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器是指連接在操作腕部的直接用于作業(yè)的機構(gòu)。它可能是用于抓取搬運的手部(爪)，也可能是用于噴漆的噴槍，用的砂輪以及檢查用的測量工具等。工業(yè)機器人操作臂的手腕上有用于連接各種末端執(zhí)行器的機械連接口，按作業(yè)內(nèi)容選擇的不同手爪或工其就裝在其上，這進一步擴大了機器人作業(yè)的柔性。

1.2.2工業(yè)機器人技術(shù)參數(shù)工業(yè)機器人的主要參數(shù)一般都應(yīng)有：自由度、工作精度、工作范圍、最大工作速度、承載能力等1)自由度自由度是指機器人所具有的獨立坐標(biāo)軸運動的數(shù)目，不包括末端執(zhí)行器(手爪)的開合自由度。如.表1-2所示的單自由度關(guān)節(jié)通常實現(xiàn)平移、回轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)運動。在完成某一特定作業(yè)時具有多余自由度的機器人就叫做冗余自由度機器人。亦可簡稱冗余度機器人。

2）定位精度和重復(fù)定位精度

工業(yè)機器人的工作精度主要指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度也稱絕對精度，是指機器人手部實際到達位置與目標(biāo)位置之間的差異。重復(fù)定位精度(或簡稱重復(fù)精度)，是指機器人重復(fù)定位其手部于同一目標(biāo)位置的能力，可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示。它是衡量一系列差值的密集度，即重復(fù)度。3）工作范圍工作范圍是指機器人手臂末端或手腕中心所能到達的所有點的集合，也叫做工作區(qū)域。因為末端執(zhí)行器的形狀和尺寸是多種多樣的，為了真實反映機器人的特征參數(shù)，工作范圍是指不安裝末端執(zhí)行器時的工作區(qū)域。工作范圍的形狀和大小是十分重要的，機器人在執(zhí)行某種作業(yè)時可能會由于存在手部不能到達的作業(yè)死區(qū)而不能完成任務(wù)。

4）最大工作速度最大工作速度，有的廠家指主要自由度上最大的穩(wěn)定速度。有的廠家指手臂末端最大的合成速度。通常都在技術(shù)參數(shù)中加以說明，很明顯，工作速度越高，工作效率越高，但是。工作速度越高就要花費更多的時間去升速或降速，或者對機器人最大加速度的要求更高。

5)承載能力

承載能力是指機器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。承載能力不僅決定于負載的質(zhì)量，而且還與機器人運動的速度和加速度的大小和方向有關(guān)。為了安全起見，承載能力這技術(shù)指標(biāo)是指高速運行時的承載能力。通常，承載能力不僅指負載，而且還包括了機器人末端執(zhí)行器的質(zhì)量。M-10iA主要技術(shù)參數(shù)

模式關(guān)節(jié)型控制軸數(shù)6軸（J1,J2,J3,J4,J5,J6）安裝形式地面安裝運動范圍J1340/360degJ4380degJ2250degJ5280degJ3455degJ6720deg最大運動速度J1210deg/sJ4400deg/sJ2190deg/sJ5400deg/sJ3210deg/sJ6600deg/s允許的最大扭矩J42.2kgf.m允許的最大轉(zhuǎn)動慣量J40.63kg.m2J52.2kgf.mJ50.63kg.m2J61.0kgf.mJ60.15kg.m2最大負重手腕部最大負載12KgJ3臂部12kg驅(qū)動方式交流伺服驅(qū)動重復(fù)精度±0.08mm自重130kg安裝環(huán)境環(huán)境溫度：0to45℃

振動：0.5G(4.9m/s2)以下環(huán)境濕度：一般要求低于75%RH，無霜凍，結(jié)露，短時間（一個月內(nèi)）可在95%RH以下環(huán)境工作

M-10iA機器人本體配置

Item/名稱Specification/配置1Wristflange(ISO)/法蘭盤

(ISO)StandardType/標(biāo)準(zhǔn)型2Transportationtool/搬運工具

Eyebolt/運輸?shù)醐h(huán)3Mechanicalmasteringmark/零位標(biāo)簽Scribemark/機械劃線零位表示4Axislimitation/軸限位J1軸5Robotconnectioncable/機器人連接電纜Non-Flex7m/非柔性電纜7米6Robotmechanicalcable(BasetoJ3)機器人機體內(nèi)電纜（底座到J3軸）Air×2/氣管(2根)EE/EE信號線8進8出R-30iB_ContorllerMate型控制箱體（M-10iA）

控制軸卡支持最多24根軸，且可通過輔助軸卡支持最多36根軸可快速更換的放大器（小于5分鐘）彩色，具網(wǎng)絡(luò)瀏覽功能，易于編程且可自定義用戶界面的iPendant多樣的I/O連接方式針對各種應(yīng)用的豐富

Item/名稱Specification/配置1Cabinet/箱體R-30iB控制柜

Mate柜體（三相電源）2MainBoard/主板MainboardA(Standard)/標(biāo)準(zhǔn)主板4CPUCard/CPU卡CPUcardStandard(DRAM64MB)5FROM&SRAMCard/內(nèi)存卡64MBFROM/2MBSRAM6Axesservocard/軸控制卡Axescontrolcard6axes(Standard)/6軸控制軸卡7ServoAmplifier/伺服放大器6axesservoamplifier/6軸伺服放大器8Portsforfiletransfer/文件傳輸端口CFcardinterface+USBport/CF卡接口+USB接口9BackPanel/背板槽2slot/2槽10Communication/通訊PeripheralcableDirectin(DI/DO=28/24)MainBoard10m(OpenAir)/主板IO通訊（28進24出）11Teachpendant/示教盒iPendantwithUSBport/帶USB接口的彩色示教盒任務(wù)3

了解工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用1.3.1工業(yè)機器人的分類1按作業(yè)用途分類依據(jù)工業(yè)機器人具體的作業(yè)用途?？煞譃辄c焊機器人、搬運機器人、噴漆機器人、涂膠機器人以及裝配機器人等。1.3.1工業(yè)機器人的分類2按操作機的運動形態(tài)分類按工業(yè)機器人操作機運動部件的運動坐標(biāo)把機器人區(qū)分為直角坐標(biāo)式機器人、極(球)坐標(biāo)式機器人、圓柱坐標(biāo)式機器人和關(guān)節(jié)式機器人，如圖１－3所示。另外，還有少數(shù)復(fù)雜的機器人是采用以上方式組合的組合式機器人。1.3.1工業(yè)機器人的分類3按機器人的負荷和工作范圍分類大型機器人--負荷為1～10kN，工作空間為10m3中型機器人--負荷為10～1000N，工作空間為1～10m3小型機器人--負荷為1～100N，工作空間為0.1～1m3超小型機器人--負荷為小于1N，工作空間小于0.1m3以上所謂負荷是指機器人在規(guī)定的性能條件下，機器人所能搬移的質(zhì)量，其中包括了機器人末端執(zhí)行器的質(zhì)量。

4按機器人具有的運動自由度數(shù)分類機器人的自由度數(shù)的定義:操作機各運動部件獨立運動的數(shù)目之和。這種運動只有兩種形態(tài):直線運動和旋轉(zhuǎn)運動。機器人腕部的任何復(fù)雜運動都可由這兩種運動來合成。工業(yè)機器人的自由度數(shù)一般為2-7個，簡易型的為2-4個自由度，復(fù)雜型的為5---7個自由度。自由度數(shù)越多，機器人的“柔性”越好，但結(jié)構(gòu)和控制也就越復(fù)雜。5按機器人控制系統(tǒng)的編程方式分類直接示教――工人手把手示教或示教盒示教;離線示教(或離線編程)—不對實際作業(yè)的機器人直接進行示教，而是脫離實際作業(yè)環(huán)境生成示教數(shù)據(jù)。間接地對機器人進行示教6按機器人控制系統(tǒng)的控制方式分類點位控制機器人――只控制到達某些指定點的位置精度，而不控制其運動過程。連續(xù)軌跡控制機器人――對運動過程的全部軌跡進行控制。7根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式分類將驅(qū)動器劃分為液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和新型驅(qū)動裝置8其他分類

在工業(yè)發(fā)展史上還有一種按其發(fā)展階段對機器人進行分類第一代機器人---不具備傳感器反饋信息的機器人.如固定程序的機械手或主從式操作機。從嚴(yán)格意義上講，這類設(shè)備不是機器人而是機械手，第二代機器人--具有傳感器反饋信息的可編程的示教再現(xiàn)式機器人。目前在工業(yè)應(yīng)用中占統(tǒng)治地位。第三代機器人---即智能機器人。它除有內(nèi)部反饋信息外，還裝有各種檢測外部環(huán)填的傳感器，使機器人可識別，判斷外部條件，對自身的動作做出規(guī)劃，合理高效地完成作業(yè)。任務(wù)4認識工業(yè)機器人的運動

1.4.1坐標(biāo)系轉(zhuǎn)動正方向的定義笛卡爾坐標(biāo)系定義笛卡爾坐標(biāo)系定義1絕對坐標(biāo)系絕對坐標(biāo)系是與機器人的運動無關(guān)，以地球為參照系的固定坐標(biāo)系，參看圖1-8。

符號：O0—X0—Y0—Z0;原點：O0

絕對坐標(biāo)系的原點O0是由用戶根據(jù)需要來確定。

+Z0軸與重力加速度的矢量共線，但其方向相反。

+X0軸是根據(jù)用戶的使用要求來確定。3機械接口坐標(biāo)系

機械接口坐標(biāo)系是以機械接口為參照系的坐標(biāo)系。

機械接口坐標(biāo)系符號：Om—Xm—Ym—Zm;原點Om—機械接口坐標(biāo)系的原點OM是機械接口的中心。

+Zm軸的方向，垂直于機械接口中心，并由此指向末端執(zhí)行器。

+Xm軸是由機械接口平面和X1、Z1平面（或平行于X1、Z1的平面）的交線來定義的。同時機器人的主、副關(guān)節(jié)軸處于運動范圍的中間位置。當(dāng)由于機器人的構(gòu)造不能實現(xiàn)此約定時，應(yīng)由制造廠規(guī)定主關(guān)節(jié)軸的位置。+Xm軸的指向是遠離Z1軸。4工具坐標(biāo)系

工具坐標(biāo)系是以安裝在機械接口上的末端執(zhí)行器為參照系的坐標(biāo)系。

符號：Ot—Xt—Yt—Zt；原點Ot是工具中心點（TCP）,見圖1-10：+Zt軸與工具有關(guān)，通常是工具的指向。+Yt軸在平板式夾爪型夾持器夾持時（見GB/T19400-2003）,+Yt是在手指運動平面的方向。5關(guān)節(jié)座標(biāo)系關(guān)節(jié)坐標(biāo)系，即為每個軸相對原點位置的絕對角度。參看圖1-11；關(guān)節(jié)座標(biāo)系和X-Y軸設(shè)置的平面有關(guān)。

符號：Oi—Xi—Yi—Zi(i=1,2,3…)原點Oi：

第i個關(guān)節(jié)坐標(biāo)系原點Oi在第i個關(guān)節(jié)軸上，且到i-1個關(guān)節(jié)軸的距離ai-1最短。

+Zi軸：

指離原點Oi，朝向i關(guān)節(jié)線上的O’i點，且第i關(guān)節(jié)軸線到i+1個關(guān)節(jié)軸線的距離最短。

+Xi軸：

+Xi軸的方向由原點開始，指向為O’i-1到Oi的方向。1.4.2機器人的運動

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