工業(yè)機(jī)器人分類及應(yīng)用PPT

1、,工業(yè)機(jī)器人,工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用,所,處,位,置,1 、按機(jī)器人的技術(shù)等級(jí)劃分,【,課,（ 1 ） 示教再現(xiàn)機(jī)器人 第一代工業(yè)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)，示教可由操作員手把手進(jìn)行或通過示教器完成 。,堂,認(rèn),知,】,返回,目錄,（ 2 ） 感知機(jī)器人 第二代工業(yè)機(jī)器人程具有環(huán)境感知裝置，能在一定度上適應(yīng)環(huán)境的變化，目前已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段。,（ 3 ） 智能機(jī)器人 第三代工業(yè)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。,課前回顧,按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類 1）直角坐標(biāo)型機(jī)器人 2）圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人 3）極坐標(biāo)型機(jī)器人 4）關(guān)節(jié)型機(jī)器

2、人,通過沿三個(gè)互相垂直的軸線的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手部空間位置的改變,通過兩個(gè)移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)位置的改變,運(yùn)動(dòng)由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組成,運(yùn)動(dòng)由前后的俯仰及立柱的回轉(zhuǎn)組成,章節(jié)目錄,思考練習(xí),學(xué)習(xí)目標(biāo),所,處,位,置,能夠正確識(shí)別工業(yè)機(jī)器人的基本組成,【,學(xué),掌握工業(yè)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)組成及各部分的功能,能夠正確判別工業(yè)機(jī)器人的點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)和連續(xù)路徑運(yùn)動(dòng),習(xí),目,標(biāo),】,返回,目錄,認(rèn)知目標(biāo),能力目標(biāo),導(dǎo)入案例,國產(chǎn)機(jī)器人競(jìng)爭(zhēng)力缺失 關(guān)鍵技術(shù)是瓶頸,眾所周知，中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)由于先天因素，在單體與核心零部件仍然落后于日、美、韓等發(fā)達(dá)國家。雖然中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)經(jīng)過 30 年的發(fā)展，形成了較為完善的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，但

3、與發(fā)達(dá)國家相比，仍存在較大差距，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)依然薄弱，關(guān)鍵零部件嚴(yán)重依賴進(jìn)口。,【,導(dǎo),入,案,】,整個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈主要分為上游核心零部件（主要是機(jī)器人三大核心零部件 伺服電機(jī)、減速器和控制系統(tǒng)，相當(dāng)于機(jī)器人的“大腦”）、中游機(jī)器人本體（機(jī)器人的“身體”）和下游系統(tǒng)集成商（國內(nèi) 95% 的企業(yè)都集中在這個(gè)環(huán)節(jié)上）三個(gè)層面。,返回,目錄,2.1 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成,第一代工業(yè)機(jī)器人主要由以下幾部分組成： 操作機(jī)、控制器和示教器 。,工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)組成,對(duì)于第二代及第三代工業(yè)機(jī)器人還包括感知系統(tǒng)和分析決策系統(tǒng)，它們分別由傳感器及軟件實(shí)現(xiàn)。,關(guān)節(jié)型機(jī)器人操作機(jī)基本構(gòu)造,2.1 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成,2

4、.1.1 操作機(jī),操作機(jī)（或稱機(jī)器人本體）是工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械主體，是用來完成各種作業(yè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它主要由機(jī)械臂、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)單元及內(nèi)部傳感器等部分組成。,伺服電機(jī) 減速器,腕關(guān)節(jié),小臂,肘關(guān)節(jié),手腕,大臂,連接法蘭,皮帶傳動(dòng),腰部,肩關(guān)節(jié),腰關(guān)節(jié),基座, 機(jī)器人操作機(jī)的每個(gè)關(guān)節(jié)均采用 1 個(gè)交流伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng),返回,目錄,2.1 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成,所,處,機(jī)器人操作機(jī)最后一個(gè)軸的機(jī)械接口通常為一連接法蘭，可接裝不同的機(jī)械操作裝置，如夾緊爪、吸盤、焊槍等。,位,置,【,課,堂,認(rèn),知,】,吸盤,焊槍,夾緊爪,返回,目錄,夾緊爪,夾緊爪,夾緊爪,吸盤,焊槍,2.1 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成,2.1

5、.1 操作機(jī),所,處,(1) 機(jī)械臂,位,置,關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂是由關(guān)節(jié)連在一起的許多機(jī)械連桿的集合體 。實(shí)質(zhì)上是一個(gè)擬人手臂的空間開鏈?zhǔn)綑C(jī)構(gòu)，一端固定在基座上，另一端可自由運(yùn)動(dòng)，由關(guān)節(jié) - 連桿結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的機(jī)械臂大體可分為 基座 、 腰部 、 臂部（大臂和小臂）和手腕 4 部分。,課,堂,認(rèn),知,返回,目錄,機(jī)械部分,1 手部,2 手腕 （次軸）,3 臂部（主軸）,5 基座,末端執(zhí)行器,聯(lián)接手部和手臂的部分，主要改變手部的空間方向和將作業(yè)載荷傳遞到手臂,聯(lián)接機(jī)身和手腕的部分，改變手部的空間位置，并將各種載荷傳遞到機(jī)座,起到支承作用,4 腰部,腰部是機(jī)器人手臂的支承部分 。,基座,腰部,

6、大臂,小臂,手腕,1、手臂的運(yùn)動(dòng),垂直移動(dòng),徑向移動(dòng),回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),機(jī)器人手臂的上下運(yùn)動(dòng),手臂的伸縮運(yùn)動(dòng),機(jī)器人繞鉛垂軸的轉(zhuǎn)動(dòng),2、手腕的運(yùn)動(dòng),手腕旋轉(zhuǎn),手腕彎曲,手腕側(cè)擺,手腕繞小臂軸線的轉(zhuǎn)動(dòng),手腕的上下擺動(dòng),手腕的水平擺動(dòng),最小的三指手,BHII 三指手,四指靈巧手,靈巧的雙手,DLR多指手,哈工大多指手,Super Robust Robot Hand 超級(jí) 機(jī)器人靈巧手 DLR_標(biāo)清,2.1 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成,所,處,(2) 驅(qū)動(dòng)裝置,位,置,驅(qū)使工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。它按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)，借助于動(dòng)力元件使機(jī)器人產(chǎn)生動(dòng)作，相當(dāng)于人的肌肉、筋絡(luò)。,【,課,機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)方式

7、主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)三種基本類型。,堂,認(rèn),知,目前，除個(gè)別運(yùn)動(dòng)精度不高、重負(fù)載或有防爆要求的機(jī)器人采用液壓、氣壓驅(qū)動(dòng)外，工業(yè)機(jī)器人大多采用電氣驅(qū)動(dòng)，而其中屬交流伺服電機(jī)應(yīng)用最廣，且驅(qū)動(dòng)器布置大都采用一個(gè)關(guān)節(jié)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。,】,返回,目錄,優(yōu)點(diǎn):,(1) 可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩。 (2) 液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小, 工作平穩(wěn)可靠, 并可得到較高的位置精度。 (3) 液壓傳動(dòng)中, 力、 速度和方向比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 (4) 液壓系統(tǒng)采用油液作介質(zhì),具有防銹性和自潤滑性能, 可以提高機(jī)械效率, 使用壽命長。,液壓驅(qū)動(dòng),存在的不足: (1) 油液的粘度隨溫度變化而變化, 這將影響工

8、作性能。高溫容易引起燃燒、爆炸等危險(xiǎn)。 (2) 液體的泄漏難于克服,要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量, 故造價(jià)較高。 (3) 需要相應(yīng)的供油系統(tǒng),尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴(yán)格的濾油裝置,否則會(huì)引起故障。,液壓驅(qū)動(dòng)方式的輸出力和功率更大，能構(gòu)成伺服機(jī)構(gòu)，常用于大型機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)。,氣動(dòng)機(jī)械手,氣壓驅(qū)動(dòng),與液壓驅(qū)動(dòng)相比, 氣壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是: (1) 壓縮空氣粘度小, 容易達(dá)到高速(1 ms)。 (2) 利用工廠集中的空氣壓縮機(jī)站供氣, 不必添加動(dòng)力設(shè)備。 (3) 空氣介質(zhì)對(duì)環(huán)境無污染,使用安全,可直接應(yīng)用于高溫作業(yè)。 (4) 氣動(dòng)元件工作壓力低, 故制造要求也比液壓元件低。,氣壓驅(qū)動(dòng)的不足: (1)

9、 壓縮空氣常用壓力為0.40.6 MPa, 若要獲得較大的壓力,其結(jié)構(gòu)就要相對(duì)增大。 (2) 空氣壓縮性大,工作平穩(wěn)性差, 速度控制困難,要達(dá)到準(zhǔn)確的位置控制很困難。 (3) 壓縮空氣的除水問題是一個(gè)很重要的問題,處理不當(dāng)會(huì)使鋼類零件生銹, 導(dǎo)致機(jī)器人失靈.此外,排氣還會(huì)造成噪聲污染。,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 1）普通交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 2）交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機(jī)器人,用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，輸出力矩相對(duì)小，控制性能好，可實(shí)現(xiàn)速度和位置的精確控制，適用于中小型機(jī)器人,用于開環(huán)控制，一般用于對(duì)速度和位置要求不高的場(chǎng)合,電動(dòng)機(jī)使用簡(jiǎn)單，且隨著材料

10、性能的提高，電機(jī)性能也逐漸提高。所以總的看來，目前機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)逐漸為電動(dòng)式所代替。,所,處,三種驅(qū)動(dòng)方式特點(diǎn)比較,位,置,【,課,堂,認(rèn),知,】,2.1 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成,所,處,(3) 傳動(dòng)單元,位,置,目前工業(yè)機(jī)器人廣泛采用的機(jī)械傳動(dòng)單元是減速器，應(yīng)用在關(guān)節(jié)型機(jī)器人上的,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,、大臂等重負(fù)載的位置 ( 主要用于 20kg 以上的機(jī)器人關(guān)節(jié) ) ；將諧波減速器放置在小,【,臂、腕部或手部等輕負(fù)載的位置 ( 主要用于 20kg 以下的機(jī)器關(guān)節(jié) ) 。 此外，機(jī)器人還,課,采用齒輪傳動(dòng)、鏈條（帶）傳動(dòng)、直

11、線運(yùn)動(dòng)單元等。,堂,認(rèn),知,】,諧,RV,波,減,減,速,速,器,器,皮,帶,傳,動(dòng),返回,目錄,機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動(dòng)單元,2.1 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成,所,處,位,置,1) 諧波減速器,通常由 3 個(gè)基本構(gòu)件組成，包括一個(gè)有內(nèi)齒的剛輪，一個(gè)工作時(shí)可產(chǎn)生徑向彈性變形并帶有外齒的柔輪和一個(gè)裝在柔輪內(nèi)部、呈橢圓形、外圈帶有柔性滾動(dòng)軸承的波發(fā)生器，在這 3 個(gè)基本結(jié)構(gòu)中可任意固定一個(gè)，其余一個(gè)為主動(dòng)件一個(gè)從動(dòng)件。,【,課,堂,認(rèn),知,柔輪,】,波發(fā)生器,剛輪,諧波減速器原理圖,諧波減速器_XB諧波減速機(jī)_機(jī)器人_印刷機(jī)_機(jī)床_諧波傳動(dòng)減速器,2.1 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成,所,處,位,置,2) RV 減速器

12、,主要由 太陽輪（中心輪）、行星輪、轉(zhuǎn)臂（曲柄軸）、轉(zhuǎn)臂軸承、擺線輪（RV 齒輪）、針齒、剛性盤與輸出盤 等零部件組成。具有較高的疲勞強(qiáng)度和剛度以及較長的壽命，回差精度穩(wěn)定，高精度機(jī)器人傳動(dòng)多采用 RV 減速器。,【,課,堂,針齒,認(rèn),知,2 級(jí)減速,1 級(jí)減速,行星輪,】,太陽輪,Z 2,輸入,Z 1,Z 4,輸出,Z 3,擺線輪,轉(zhuǎn)臂,輸出軸,針齒殼,RV 減速器原理圖,2.1 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成,2.1.2 控制器,所,處,機(jī)器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機(jī)器人完成一定動(dòng)作或作業(yè)任務(wù)的裝置，是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素，也是機(jī)器人系統(tǒng)中更新和發(fā)展最快的部分 ，其基本功能有：

13、示教功能 、 記憶功能、位置伺服功能、坐標(biāo)設(shè)定功 。,位,置,【,課,堂,認(rèn),知,】,依據(jù)控制系統(tǒng)的開放程度，機(jī)器人控制器分 3 類：封閉型、開放型和混合型。目前基本上都是封閉型系統(tǒng)（如日系機(jī)器人）或混合型系統(tǒng)（如歐系機(jī)器人）。,按計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)、控制方式和控制算法的處理方法，機(jī)器人控制器又可分為 集中式控制 和 分布式控制 兩種方式。,所,處,(1) 集中式控制器,位,置,優(yōu)點(diǎn)：硬件成本較低，便于信息的采集和分析，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，整體性與協(xié)調(diào)性較好，基于 PC 的系統(tǒng)硬件擴(kuò)展較為方便。,缺點(diǎn)：系統(tǒng)控制缺乏靈活性，控制危險(xiǎn)容易集中，一旦出現(xiàn)故障，其影響面廣，后果嚴(yán)重；大量數(shù)據(jù)計(jì)算，會(huì)降低系

14、統(tǒng)實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)對(duì)多任務(wù)的響應(yīng)能力也會(huì)與系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性相沖突；系統(tǒng)連線復(fù)雜，會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。,【,課,堂,認(rèn),知,】,機(jī)器人關(guān)節(jié) 1,機(jī)器人關(guān)節(jié) 1,機(jī)器人關(guān)節(jié) 2,機(jī)器人關(guān)節(jié) 2,機(jī)器人關(guān)節(jié) n,機(jī)器人關(guān)節(jié) n +1,機(jī)器人關(guān)節(jié) n,機(jī)器人關(guān)節(jié) n +2,a) 單獨(dú)接口卡驅(qū)動(dòng),b) 多軸運(yùn)動(dòng)控制卡驅(qū)動(dòng),集中式機(jī)器人控制器結(jié)構(gòu),所,處,(2) 分布式控制器,位,置,主要思想為“分散控制，集中管理”，為一個(gè)開放、實(shí)時(shí)、精確的機(jī)器人控制系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)中常采用兩級(jí)控制方式，由上位機(jī)和下位機(jī)組成。,優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)靈活性好，控制系統(tǒng)的危險(xiǎn)性降低，采用多處理器的分散控制，有利于系統(tǒng)功能的并行執(zhí)行，提高系統(tǒng)的處理效率，縮短響應(yīng)時(shí)間。,【,課,堂,認(rèn),知,】,分布式機(jī)器人控制器結(jié)構(gòu),2.1.3 示教器,所,處,亦