工业机器人及其应用.pptx

1 工业机器人的定义工业机器人的定义工业机器人工业机器人(Industrial Robot)是工业生产中使用的机器人是工业生产中使用的机器人。1987年年ISO对工业机器人进行的对工业机器人进行的定义定义是是：“工业机器人工业机器人是一种具有自动操作和移动功能，能完成各种作业的是一种具有自动操作和移动功能，能完成各种作业的可编可编程程操作机操作机”。我国国家标准我国国家标准GB/112643-90将将工业机器人工业机器人定义为定义为“是是一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各度的操作机。能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业种作业”。而将而将操作机操作机定义为定义为“具有和人手臂相似的动作具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置”。工业机器人工业机器人与与专用机械手专用机械手的的区别区别:工业机器人工业机器人具有独立的控制系统具有独立的控制系统(大多应用计算机技大多应用计算机技术术)，可以容易地通过再编程的方法实现动作程序的变化，可以容易地通过再编程的方法实现动作程序的变化来适应不同的作业要求；来适应不同的作业要求；机械手机械手只能完成比较简单的搬运、抓取及上下料工作，只能完成比较简单的搬运、抓取及上下料工作，常常作为机器设备的附属装置，其程序是固定不变的。常常作为机器设备的附属装置，其程序是固定不变的。2 工业机器人的发展状况工业机器人的发展状况1954年美国年美国Devol最早提出工业机器人的思想，并申最早提出工业机器人的思想，并申请了专利，该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的请了专利，该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人实行动作示教，机器人能实现关节，利用人手对机器人实行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现，这就是所谓的动作的记录和再现，这就是所谓的示教再现机器人示教再现机器人。现。现有的机器人差不多都采用这种控制方法。有的机器人差不多都采用这种控制方法。日本在机器人的研究、生产和应用方面都居世界首位，日本在机器人的研究、生产和应用方面都居世界首位，被誉为机器人王国。被誉为机器人王国。工业机器人的发展方向是向工业机器人的发展方向是向“智能智能”化发展，对外部化发展，对外部环境和对象物体具有自适应能力。环境和对象物体具有自适应能力。3 工业机器人的构成、运动与分类工业机器人的构成、运动与分类电动机、电动机、液压、液压、气动装置气动装置1、构成、构成2、运动系统、运动系统1）运动自由度）运动自由度所谓机器人的运动自由度是指确定一个机所谓机器人的运动自由度是指确定一个机器人操作机位置时所需的独立运动参数的数目，它是表示器人操作机位置时所需的独立运动参数的数目，它是表示机器人动作灵活程度的参数。机器人动作灵活程度的参数。2）工作空间）工作空间机器人所具有的自由度数目及类型决定工作空机器人所具有的自由度数目及类型决定工作空间的形状；每个关节的运动范围决定工作空间的尺寸大小。间的形状；每个关节的运动范围决定工作空间的尺寸大小。3）机械结构类型）机械结构类型直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节型、平面直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节型、平面关节型。关节型。3、分类、分类按使用范围分类按使用范围分类机械手（程序固定）机械手（程序固定）通用机器人（可编程序）通用机器人（可编程序）按驱动方式分类按驱动方式分类液压驱动式液压驱动式气动式气动式电力驱动式电力驱动式按控制方式分类按控制方式分类点位控制工业机器人点位控制工业机器人连续轨迹控制工业机器人连续轨迹控制工业机器人按用途分类按用途分类喷涂机器人喷涂机器人焊接机器人焊接机器人装配机器人装配机器人4 工业机器人的控制工业机器人的控制1、工业机器人控制系统的功能、工业机器人控制系统的功能（1）实现对位姿、速度和加速度的运动控制功能）实现对位姿、速度和加速度的运动控制功能两种控制方式两种控制方式点位控制方式点位控制方式连续轨迹控制方式连续轨迹控制方式点位控制方式点位控制方式考虑到末端执行器在运动过程中只在某些规定考虑到末端执行器在运动过程中只在某些规定的点上进行操作；因此只要求末端执行器在目标点处保证准确的的点上进行操作；因此只要求末端执行器在目标点处保证准确的位姿以满足作业质量要求。位姿以满足作业质量要求。连续轨迹控制方式连续轨迹控制方式要求末端执行器严格按预定的轨迹和速度在要求末端执行器严格按预定的轨迹和速度在一定精度要求内运动，以完成作业要求，这就必须保证机器人各关一定精度要求内运动，以完成作业要求，这就必须保证机器人各关节连续、同步地实现相应的运动。节连续、同步地实现相应的运动。（2）机器人控制系统应具有存储和示教功能）机器人控制系统应具有存储和示教功能机器人的动作是通过示教机器人的动作是通过示教存储存储再现的过程实现的。再现的过程实现的。两种示教方式两种示教方式间接示教方式间接示教方式直接示教方式直接示教方式（3）对外部环境的检测和感觉功能）对外部环境的检测和感觉功能具有对有关信息进行检测、识别、判断、逻辑思具有对有关信息进行检测、识别、判断、逻辑思维等功能。维等功能。2、工业机器人控制系统分类、工业机器人控制系统分类（1）非伺服型控制系统）非伺服型控制系统系统的控制程序是在进行作业之前预先编定，作业时程系统的控制程序是在进行作业之前预先编定，作业时程序控制器按程序根据存储数据控制驱动单元带动操作机运动。序控制器按程序根据存储数据控制驱动单元带动操作机运动。在控制过程中没有反馈信号。采用步进电动机驱动。在控制过程中没有反馈信号。采用步进电动机驱动。适用于作业相对固定、作业程序简单、运动精度要求不高的场合。适用于作业相对固定、作业程序简单、运动精度要求不高的场合。（2）伺服型控制系统）伺服型控制系统其特点是系统中采用检测传感器连续测量关节位置、其特点是系统中采用检测传感器连续测量关节位置、速度等关节参数，并反馈到驱动单元构成闭环伺服系统。速度等关节参数，并反馈到驱动单元构成闭环伺服系统。5 工业机器人的计算机控制工业机器人的计算机控制1、计算机控制系统的结构形式、计算机控制系统的结构形式（1）集中控制用一台功能较强的计算机实现全部控制）集中控制用一台功能较强的计算机实现全部控制功能。早期的机器人采用这种结构。功能。早期的机器人采用这种结构。（2）主从控制采用两级计算机组成）主从控制采用两级计算机组成（3）分布式控制）分布式控制2、工业机器人的伺服控制系统、工业机器人的伺服控制系统将给定值与反馈值将给定值与反馈值进行比较，经误差进行比较，经误差放大器放大得到相放大器放大得到相应的控制信号应的控制信号将控制信号放大，将控制信号放大，驱动伺服机构运动驱动伺服机构运动完成关节运动完成关节运动的控制和关节的控制和关节位置、速度的位置、速度的检测检测3、主控制计算机、主控制计算机（1）控制机）控制机主要完成从作业任务、运动指令到关节运动要求之间的全部运主要完成从作业任务、运动指令到关节运动要求之间的全部运算，完成机器人与周边设备之间的运动协调，对主控计算机硬件方算，完成机器人与周边设备之间的运动协调，对主控计算机硬件方面的主要要求是面的主要要求是运动速度运动速度和和精度精度、存储容量存储容量及及中断处理能力中断处理能力。随着计算机技术发展，采用的微处理器功能逐步增强，从随着计算机技术发展，采用的微处理器功能逐步增强，从8位的位的单片机，到单片机，到16位的位的8086CPU，到，到32位的位的DSP或或ARM等。等。（2）外部设备）外部设备除一般外部设备，如显示器、控制键盘、软除一般外部设备，如显示器、控制键盘、软(硬硬)盘驱动器、打盘驱动器、打印机外，还有示教控制盒。利用示教盒可实现对各关节的控制，印机外，还有示教控制盒。利用示教盒可实现对各关节的控制，将机器人末端执行器位置信息输入内存。将机器人末端执行器位置信息输入内存。（3）控制软件）控制软件6 工业机器人的编程语言工业机器人的编程语言1、主要的编程方法、主要的编程方法（1）示教再现编程）示教再现编程主要主要缺点缺点：无法离线编程，对作业任务经常变动的机器人或对完：无法离线编程，对作业任务经常变动的机器人或对完成同样任务的多台机器人，都要分别在线示教编程，耗费工作时间。成同样任务的多台机器人，都要分别在线示教编程，耗费工作时间。（2）语言编程）语言编程可离线编程，提高了机器人的使用率可离线编程，提高了机器人的使用率2、编程语言的分类、编程语言的分类（1）面向运动的编程语言）面向运动的编程语言（2）面向任务的编程语言）面向任务的编程语言（3）面向目标的编程语言）面向目标的编程语言程序给出机器人操作机的动作序列和每个位置和姿态的关节坐标。描述机器人的任务（如用表达式来描述工件的位置和姿态，工件所承受的力和力矩等）。只描述作业初始状态和要达到的作业目标状态，编程系统利用已有的环境信息、知识库和数据库，自动地规划出完成目标任务的各种操作程序。7 工业机器人的应用工业机器人的应用目前工业机器人在制造加工中主要从事工件上下料、目前工业机器人在制造加工中主要从事工件上下料、焊接、装配、喷涂、检验、铸造、锻压、热处理、金属切焊接、装配、喷涂、检验、铸造、锻压、热处理、金属切削加工等工作。削加工等工作。1、弧焊机器人、弧焊机器人弧焊过程中，焊枪运动速度的稳定性和轨迹是两弧焊过程中，焊枪运动速度的稳定性和轨迹是两项重要的指标。项重要的指标。弧焊机器人2、点焊机器人、点焊机器人1)安装面积小，工件空间大；安装面积小，工件空间大；2)快速完成小节距的多点定位；快速完成小节距的多点定位；3)定位精度高，以确保焊接质量；定位精度高，以确保焊接质量；4)持重大持重大(490-980N)，以便携带，以便携带内装变压器的焊钳；内装变压器的焊钳；5)示教简单，节省工时；示教简单，节省工时；6)安全可靠性好。安全可靠性好。性能要求性能要求一汽红旗轿车机器人焊接线汽车装配机器人3、装配机器人、装配机器人汽车装配机器人