《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)課件-第1章 工業(yè)機(jī)器人概述

工業(yè)機(jī)器人

IndustrialRobotTechnologyFoundation技7K基礎(chǔ)

第一章工業(yè)機(jī)器人概述

ChapterOneOverviewOfIndustrialRobots

oaLi工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史和定義

本節(jié)導(dǎo)入

近年，隨著勞動(dòng)力成本不斷上漲，工業(yè)領(lǐng)域〃機(jī)器換人〃現(xiàn)象

.普遍，工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)與產(chǎn)業(yè)也因此逐漸發(fā)展起來。那么，世界上?

第一臺(tái)機(jī)器人是誰呢？它誕生于哪一年？機(jī)器人經(jīng)歷多少年的發(fā)展

才到現(xiàn)在的程度呢？工業(yè)機(jī)器人又是如何定義的呢？

flL1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

英文名字機(jī)器人robot（羅伯特）源于捷克語robota,意思是奴

隸勞動(dòng)。這個(gè)詞第一次的出現(xiàn)是在捷克劇作家卡爾?查別克在1920年

的作品《羅薩姆的萬能機(jī)器人》中后來變得家喻戶曉。

開始

人們印象中的機(jī)器人

科幻文學(xué)作品

現(xiàn)實(shí)的東西

玩具商店中的玩具

《羅薩姆的萬能機(jī)器人》劇照

20世紀(jì)50年代

約瑟夫?恩格爾伯格（美）&

喬治彳惠沃爾（美）設(shè)計(jì)發(fā)明出

41世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人Unimate

?意思為〃萬能自動(dòng)〃

?是用于壓鑄的五軸液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人

?手臂的控制由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成

?能夠記憶完成180個(gè)工作步驟

flL1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

作為這個(gè)世界上第一個(gè)工業(yè)機(jī)器人和第一家機(jī)器人企業(yè)的聯(lián)合

開創(chuàng)者，恩格爾伯格也從此被稱為為〃機(jī)器人之父”。

約瑟夫?恩格爾伯格（美）

JosephF-Engelberger

研制出了世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人

被譽(yù)為〃機(jī)器人之父〃

喬治?德沃爾（美）

GeorgeDevol

第一臺(tái)可編程工業(yè)機(jī)器人的發(fā)明者

成立世界上第一家機(jī)器人公司Unimation

flL1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

—沃薩特蘭廠一

1962年

美國(guó)機(jī)械與鑄造公司（AMF）

試制出"Versatran"工業(yè)機(jī)器人

?意思為多用途搬運(yùn)機(jī)器人

?主要用于機(jī)器之間的物料運(yùn)輸

?它的手臂可以繞底座回轉(zhuǎn)，沿垂直

方向升降，也可以沿半徑方向伸縮

MVersatranf,工業(yè)機(jī)器人

flLL1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

1

在工業(yè)機(jī)器人問世的最初十年，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展較為緩慢，

主要停留在大學(xué)和研究所的實(shí)驗(yàn)室里。比較有代表性的機(jī)器人就是

Unimate（尤尼梅特）機(jī)器人和Versatran（沃薩特蘭）機(jī)器人。

___________________________________________________3

glL1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

20世紀(jì)70年代，隨著人工智能、自動(dòng)控制理論、電子計(jì)算機(jī)等技術(shù)

的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，機(jī)器人進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)的

實(shí)用化時(shí)代。最具代表性的機(jī)器人是美國(guó)Unimation公司的PUMA系列

工業(yè)機(jī)器人和日本山梨大學(xué)牧野洋研制的SCARA機(jī)器人。

glL1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

1973年>

世界上第一臺(tái)機(jī)電驅(qū)動(dòng)的6軸機(jī)器人面世

德國(guó)KUKA（庫卡）公司

將其使用的Unimate機(jī)器人

研發(fā)改造成其第一臺(tái)產(chǎn)業(yè)機(jī)器人

命名為Famulus

Famulus機(jī)器人

f1.1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

1974

開發(fā)出世界上第一臺(tái)，r

全電力驅(qū)動(dòng)的工業(yè)機(jī)器人IRB?6

工亞機(jī)器人扁Q

采用仿人化設(shè)計(jì)

瑞典通用電機(jī)公司■

（ASEA,ABB公司的前身）

flL1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

PUMA至今仍然工作在工廠第一線。不僅如此，有些大學(xué)還用

Puma系列的工業(yè)機(jī)器人作為教具。

美國(guó)Unimation公司

推出通用工業(yè)機(jī)器人PUMA

ProgrammableUniversalMachineforAssembly

nT--------------------------------/_

0應(yīng)用于通用汽車裝配線

這標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)完全成熟

圖中有兩臺(tái)PUMA機(jī)器人

flL1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

—Mi1978年3

牧野洋發(fā)明了

世界第一臺(tái)SCARA工業(yè)機(jī)器人

SelectiveComplianceAssemblyRobotArm

包括沿X,Y,Z方向的平移和繞Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度

flL1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

：20世紀(jì)80年電工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入普及時(shí)代

大量在汽車、電子等行業(yè)中使用

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)水平和規(guī)模都得到迅速發(fā)展

-20世圮80年代后時(shí)機(jī)器人的研究跌入低谷

工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用沒有得到充分挖掘

不少機(jī)器人廠家倒閉

-20世紀(jì)90年代中后期,機(jī)器人產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)復(fù)蘇

世界機(jī)器人數(shù)量以較快增長(zhǎng)率逐年增加

并以較好的發(fā)展勢(shì)頭進(jìn)入21世紀(jì)

Jfi年末」機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛

世界工業(yè)機(jī)器人的市場(chǎng)前景看好

flL1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

1

據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）數(shù)據(jù)，2014-2018年全球工業(yè)機(jī)器人發(fā)展

規(guī)模如圖所示，預(yù)計(jì)將在2019-2021年間平均每年銷售量增長(zhǎng)至14%。

2014?201碑全球工業(yè)機(jī)器人發(fā)展規(guī)模

罐用格式施用格式

/通用格式得用格式

/通用格式施用格式

施用格式

罐用格式

施用格式

/通用格式

施用格式

他用格式

施用格式

/用格式

?施用格式

/通用格式/ii用格式

/通用格式施用格式

/通用格式屈用格式屈用格式屈用格式屈用格式

全球工業(yè)機(jī)器人銷量（萬臺(tái)）一全球工業(yè)機(jī)器人銷量額（億美元）

flL1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

〃〃/adept〃〃/—

美國(guó)是最早研發(fā)機(jī)器人的國(guó)家

Adept爰德普機(jī)器人公司

也是機(jī)器人應(yīng)用最廣泛的國(guó)家之一

?成立于1983年

美國(guó)機(jī)器人在性能可靠性、機(jī)器人語言、?美國(guó)本土最大的工業(yè)機(jī)器人制造商

智能技術(shù)等方面一直處于領(lǐng)先水平?在SCARA機(jī)器人、并行機(jī)器人、

AGV機(jī)器人和機(jī)器視覺等方面具有

Americanrobotics非常先進(jìn)的技術(shù)

美國(guó)把機(jī)器人看成再次工業(yè)o機(jī)械裝配

化的象征，為了強(qiáng)化其產(chǎn)業(yè)在。材料處理

二一。包裝

全球的市場(chǎng)份額，增加了機(jī)器邛J■O機(jī)器撫育

人科研經(jīng)費(fèi)，鼓勵(lì)工業(yè)界發(fā)展nO螺桿驅(qū)動(dòng)

和應(yīng)用機(jī)器人。

r爰德普SCARA4軸機(jī)器人

flL1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

日本雖然日本的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展晚于美國(guó)，但是日本善于引進(jìn)和

消化國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，逐漸發(fā)展成如今的工業(yè)機(jī)器人第一大國(guó)。

rrr

80

現(xiàn)今

1967年代

川崎重工業(yè)公司率先日本國(guó)內(nèi)成立了日本無論機(jī)器人的數(shù)量還

從美國(guó)引進(jìn)工業(yè)機(jī)器機(jī)器人協(xié)會(huì)，并在汽是機(jī)器人的空度，日

人技術(shù)，日本機(jī)器人車與電子等行業(yè)大量本都位居世界第一，

走出了試驗(yàn)應(yīng)用階段，使用機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了贏得了〃機(jī)器人王國(guó)〃

并進(jìn)入到成熟產(chǎn)品大工業(yè)機(jī)器人的普及的稱號(hào)

量應(yīng)用的階段

LJLJLJ

flL1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

FANUCYASKAWAKawasaki

安川川崎

100多種機(jī)器人產(chǎn)品100多年的專業(yè)電氣歷史開發(fā)了改款機(jī)器人

40多年的自動(dòng)化生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)的頸先提供商

產(chǎn)品銷量超過50萬臺(tái)產(chǎn)品銷量超過40萬臺(tái)全球安裝量超過16萬臺(tái)

核心產(chǎn)品代表產(chǎn)品

CR系列協(xié)作機(jī)器人點(diǎn)焊&弧焊機(jī)器人duAroScara機(jī)器人

M-1系列并聯(lián)機(jī)器人半導(dǎo)體芯片傳輸機(jī)器人電弧焊RA020N機(jī)器人

0工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

20世紀(jì)70年代，德國(guó)就開始了〃機(jī)器換人〃的過程。同時(shí)德

國(guó)政府通過長(zhǎng)期資助和產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，扶植了一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)和人

才梯隊(duì)，如KUKA機(jī)器人公司。

德國(guó)工業(yè)機(jī)器人

總數(shù)位居世界第二位，僅次于日本

隨著德國(guó)工業(yè)邁向以智能生產(chǎn)為代表

的〃工業(yè)4.0〃時(shí)代，德國(guó)企業(yè)對(duì)工業(yè)

機(jī)器人的需求將繼續(xù)增加。

flLL1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

庫卡

KUKA全球工業(yè)機(jī)器人和設(shè)備與系統(tǒng)技術(shù)的領(lǐng)先企業(yè)

工業(yè)機(jī)器人四大家族之一

品類齊全焊接、安裝、切割、卷邊、3D打印、鑄造、搬運(yùn)

領(lǐng)域廣泛航天、汽車、物流、電子、能源、醫(yī)療

glL1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

法國(guó)機(jī)器人在法國(guó)企業(yè)界迅速發(fā)

展和普及

如今法國(guó)機(jī)器人在國(guó)際工業(yè)機(jī)器人界

擁有不可或缺的一席之地

Frenchrobotics

glL1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

:鄉(xiāng)卜邙右卬吳國(guó)影子機(jī)器人公司英國(guó)

■■■

英國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步日本還要早

并取得了早期的輝煌

然而當(dāng)時(shí)英國(guó)候政府對(duì)工業(yè)機(jī)器人實(shí)

行了限制發(fā)展的錯(cuò)誤措施，導(dǎo)致機(jī)器

世界首個(gè)觸覺傳輸遙操作人的發(fā)展在西歐幾乎處于末位

機(jī)器手進(jìn)行國(guó)際象棋演示

Englishrobotics

giLLi工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的起步較晚

其發(fā)展大體可以分為四個(gè)階段

經(jīng)過40多年的發(fā)展，我國(guó)在工業(yè)機(jī)器人

基礎(chǔ)技術(shù)和工程應(yīng)用上取得了快速發(fā)

展，奠定了獨(dú)立自主發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基

ineserobotics

flL1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展

理論研究階段這一階段主要由高校對(duì)機(jī)器人

20世紀(jì)70年代至80年代初期基礎(chǔ)理論進(jìn)行研究

樣機(jī)研發(fā)階段在這一階段我國(guó)工業(yè)機(jī)器人步入

20世紀(jì)80年代中期了跨越式的發(fā)展時(shí)期

示范應(yīng)用階段這一階段研制出多種工業(yè)機(jī)器人系

20世紀(jì)90年代列產(chǎn)品以及建立了多個(gè)機(jī)器人基地

產(chǎn)業(yè)化階段在這一階段先后涌現(xiàn)出以新松機(jī)器人為

21世紀(jì)以來代表的多家從事工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)的企業(yè)

flLL2工業(yè)機(jī)器人的定義

r-I

工業(yè)機(jī)器人多種多樣，不僅僅是用途多樣、驅(qū)動(dòng)方式多樣，還有智

能化程度不同、控制方式不同等。那么，我們?nèi)绾味x工業(yè)機(jī)器人呢？

：★

美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)中國(guó)科學(xué)家

RIAJIRAChineseScientists

flL1.2工業(yè)機(jī)器人的定義

由于機(jī)器人一直在隨科技的進(jìn)步而發(fā)展出新的功能，因此工業(yè)機(jī)器

人的定義還是一個(gè)未確定的問題。

J

NewEdition

英國(guó)簡(jiǎn)明牛津字典NIST

THECONCISE美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

OXFORD與技術(shù)研究院

DICTIONARY

NationalInstituteof

StandardsandTechnology

U.S.DepartmentofCommerce國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織

flL1.2工業(yè)機(jī)器人的定義

區(qū)由以上定義不難發(fā)現(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人具有四個(gè)顯著特點(diǎn)。

⑥特定的機(jī)械機(jī)構(gòu)

其動(dòng)作具有類似于人或其他生物的某些器官（肢

體、感受等）的功能

0通用性

可完成多種工作、任務(wù)，可靈活改變動(dòng)作程序

?不同程度的智能

如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等

Q獨(dú)立性

完整的機(jī)器人系統(tǒng)在工作中可以不依賴人的干預(yù)

LOL2工業(yè)機(jī)器人分類

本節(jié)導(dǎo)入

工業(yè)機(jī)器人多種多樣，關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的分類，從不同的角度有不同

的分類，那么，工業(yè)機(jī)器人如何分類呢？

.蜀.....一.一.....——

一、..I?一.川.?

。

結(jié)構(gòu)坐標(biāo)特性

工

業(yè)?

控制方式

機(jī)?

器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

人?

智?能程度

驅(qū)動(dòng)方式

e1.2.1按工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)特性分類

爵——————二—二—1

工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械配置形式多種多樣，典型機(jī)器人的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)

特性是用其坐標(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

可分為哪幾種類型呢？

e1.2.1按工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)特性分類

直角坐標(biāo)機(jī)器人?

直角坐標(biāo)機(jī)器人具有空間上相互垂直的多個(gè)直線移動(dòng)軸，通常為3個(gè)

軸，如圖所示，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。

(a)示意圖(b)實(shí)物圖

直角坐標(biāo)機(jī)器人

e1.2.1按工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)特性分類

二柱面坐標(biāo)系機(jī)器人?

柱面坐標(biāo)機(jī)器人主要由旋轉(zhuǎn)基座、垂直移動(dòng)和水平移動(dòng)軸構(gòu)成，R、

e和z為坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)，具有一個(gè)回轉(zhuǎn)和兩個(gè)平移自由度，其動(dòng)作空

間呈圓柱形。著名的Versatran機(jī)器人就是典型的柱面坐標(biāo)機(jī)器人。

Z:垂直方向上手臂的位置

(a)示意圖(b)實(shí)物圖

柱面坐標(biāo)機(jī)器人

e1.2.1按工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)特性分類

?球面坐標(biāo)機(jī)器人?_

球面坐標(biāo)機(jī)器人又稱為極坐標(biāo)型機(jī)器人，結(jié)構(gòu)如圖所示，R、。和0為

坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)，具有平移、旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)三個(gè)自由度，動(dòng)作空間形成球

面的一部分。其機(jī)械手能夠作前后伸縮移動(dòng)、在垂直平面上擺動(dòng)以及繞底

座在水平上轉(zhuǎn)動(dòng)。著名的unimate機(jī)器人就是這種類型的機(jī)器人。

R：手臂的徑向長(zhǎng)度

0:繞手臂支承底座

垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角

B：手臂在鉛垂面內(nèi)

的擺動(dòng)角

(a)示意圖(b)實(shí)物圖

球面坐標(biāo)機(jī)器人

e1.2.1按工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)特性分類

?這三種類型的機(jī)器人各有什么特點(diǎn)呢？

柱面坐標(biāo)機(jī)器人球面坐標(biāo)機(jī)器人

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位精度結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體

缺點(diǎn)是在機(jī)器人動(dòng)作范高，空間軌跡易于求積小于直角坐標(biāo)和柱面

圍內(nèi)，必須有沿軸線前解；動(dòng)作范圍相對(duì)較坐標(biāo)機(jī)器人。

后方向的移動(dòng)空間，空小，設(shè)備的空間因數(shù)較

間利用率較低。低。

e1.2.1按工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)特性分類

?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。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)涂裝、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。其擺動(dòng)方向主要有鉛錘方向和水平方向兩

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。

垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人水平多關(guān)節(jié)型機(jī)器人

e1.2.1按工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)特性分類

一II垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人//一

如圖所示，垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人它模擬了人類的手臂功能，是以其

?各相鄰運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的相對(duì)角位移作為坐標(biāo)系的。&a和①為坐標(biāo)的三

個(gè)坐標(biāo)，這種機(jī)器人的動(dòng)作空間近似一個(gè)球體，所能到達(dá)區(qū)域的行傳

取決于兩個(gè)臂的長(zhǎng)度比例，因此也稱為多關(guān)節(jié)球面機(jī)器人。

■

a

0:繞底座鉛錘軸的轉(zhuǎn)角

①：過底座的水平線與第一

臂之間的夾角

0

a:第二臂相對(duì)于第一臂的轉(zhuǎn)角

(a)示意圖(b)實(shí)物圖

垂直多關(guān)節(jié)坐標(biāo)機(jī)器人

e1.2.1按工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)特性分類

------------------a水平多關(guān)節(jié)型機(jī)器人a------------------

如圖所示，水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上具有串聯(lián)配置的兩個(gè)能

夠在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的手臂，其自由度可以根據(jù)用途選擇2到4個(gè)，u)l

32、33是繞著各軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，z是在垂直方向做上下移動(dòng)，其動(dòng)

作空間為一圓柱體。

(a)示意圖(b)實(shí)物圖

水平多關(guān)節(jié)坐標(biāo)機(jī)器人

f1.2.1按工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)特性分類

.垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人和水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人各有什么特點(diǎn)呢?

優(yōu)點(diǎn)是可以自由地實(shí)現(xiàn)三維空間地各種姿勢(shì)，可以生

成各種復(fù)雜形狀地軌跡，且動(dòng)作范圍很寬，缺點(diǎn)是結(jié)

構(gòu)剛度較低，動(dòng)作的絕對(duì)位置精度較低。

垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人

優(yōu)點(diǎn)是在垂直方向上的剛性好，能方便地實(shí)現(xiàn)二維平

面上的動(dòng)作，在裝配作業(yè)中得到普遍應(yīng)用。

水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人

e122按工業(yè)機(jī)器人的控制方式分類

?工業(yè)機(jī)器人分類?一

按照控制方式可把機(jī)器人分為非伺服控制機(jī)器人和伺服控制機(jī)器人兩種。

?「^^3

非伺服控制機(jī)器人伺服控制機(jī)器人

工作能力比較有限，機(jī)器人有更強(qiáng)的工作能力，價(jià)格更貴,

按照預(yù)先編好的程序順序進(jìn)在某些情況下不如簡(jiǎn)單的機(jī)器

行工作，使用限位開關(guān)、制人可靠。伺服系統(tǒng)的被控制量

動(dòng)器、插銷板和定序器來控可為機(jī)器人手部執(zhí)行裝置的位

制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)置、速度、加速度和力等

e122按工業(yè)機(jī)器人的控制方式分類

--------------_II非伺服控制機(jī)器人//―-------------

如圖所示，驅(qū)動(dòng)裝置接通能源后，就帶動(dòng)機(jī)器人的手臂、腕部

和手部等裝置運(yùn)動(dòng)。當(dāng)他們移動(dòng)到由限位開關(guān)所規(guī)定的位置時(shí)，限位

?

開關(guān)切換工作狀態(tài)，給定序器送去一個(gè)工作任務(wù)已完成的信息，并使

終端制動(dòng)器動(dòng)作，切斷驅(qū)動(dòng)能源，使機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)。

非伺服控制機(jī)器人方塊圖

e122按工業(yè)機(jī)器人的控制方式分類

-—一一-n伺服控制機(jī)器人〃--------------

通過傳感器取得的反饋信號(hào)與來自給定裝置的綜合信號(hào)，用比較

器加以比較后，得到誤差信號(hào)，經(jīng)過放大后用以激發(fā)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝

置，進(jìn)而帶動(dòng)末端執(zhí)行器以一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，到達(dá)規(guī)定的位置和速度

等，這是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。如圖所示。

伺服控制機(jī)器人方塊圖

01.2.3按工業(yè)機(jī)器人的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類

具有至少一個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)

和一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)機(jī)構(gòu)

混聯(lián)機(jī)器人

一個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)會(huì)改變一個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)不影響

另一個(gè)軸的坐標(biāo)原點(diǎn)另一個(gè)軸的坐標(biāo)原點(diǎn)

串聯(lián)機(jī)器人按拓?fù)浣Y(jié)并聯(lián)機(jī)器人

構(gòu)分類

Characteristicsoftandemrobot機(jī)器人特點(diǎn)

r

◎結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作、靈活性強(qiáng)、工作

空間大等特點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用

Q運(yùn)動(dòng)鏈較長(zhǎng)

串聯(lián)機(jī)器人的不足之處在于運(yùn)動(dòng)鏈較

長(zhǎng)，系統(tǒng)的剛度和運(yùn)動(dòng)精度較低

不宜高速操作

串聯(lián)機(jī)器人各手臂的運(yùn)動(dòng)慣量相對(duì)校對(duì),

因而不宜實(shí)現(xiàn)高速或超高速操作

并聯(lián)

Characteristicsofparallelrobot機(jī)器人特點(diǎn)

動(dòng)態(tài)性能優(yōu)越，適合

?高速、高加速場(chǎng)合O運(yùn)動(dòng)空間相又蟠?。?/p>

r—

r

丁

r一

丁4

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B■丁

rr

rr

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rr/o\采用并聯(lián)閉環(huán)結(jié)構(gòu)、機(jī)石，并聯(lián)機(jī)構(gòu)各個(gè)關(guān)節(jié)的誤差可以相

BB

__\2/構(gòu)具有較大的承載能力\zy互抵消，相互彌補(bǔ)，運(yùn)動(dòng)精度高

混聯(lián)尸

Characteristicsofhybridrobot機(jī)器人特點(diǎn)

1

既有串聯(lián)機(jī)器人工作空

間大、運(yùn)動(dòng)靈活的特

點(diǎn)，又有并聯(lián)機(jī)器人剛

度大、承載能力強(qiáng)的特

23

因其精度高的特點(diǎn)，可可在大范圍工作空間中

以高精度、高效率地實(shí)高速、高效率地完成大

現(xiàn)物料的高速分揀，大型物體地抓取和搬運(yùn)工

大地提高效率和準(zhǔn)確度作，如碼垛機(jī)器人

e124按工業(yè)機(jī)器人的智能程度分類

示教再現(xiàn)機(jī)器人?智能機(jī)器人

按智能程

度分類

01示教再現(xiàn)機(jī)器人

示教再現(xiàn)機(jī)器人

第一代機(jī)器人主要指只能

以示教再現(xiàn)方式工作的工業(yè)

機(jī)器人。示教指由人教機(jī)器

人運(yùn)動(dòng)的軌跡、停留的點(diǎn)位、

停留的時(shí)間等。然后，機(jī)器

人依照教給的行為、順序和

速度重復(fù)運(yùn)動(dòng)，即所謂的再

現(xiàn)，如圖所示。

02感知機(jī)器人

感知機(jī)器人

第二代機(jī)器人又稱為傳感機(jī)器人

或感覺機(jī)器人，它帶有一些可感知

環(huán)境的裝置，對(duì)外界環(huán)境有一定的

感知能力。工作時(shí)，根據(jù)感覺器官

（傳感器）獲得的信息，通過反饋

控制，使機(jī)器人能在一定程度上靈

活調(diào)整自己的工作狀態(tài)，保證在適

應(yīng)環(huán)境的情況下完成工作。

配備視覺系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人

03智能機(jī)器人

智能機(jī)器人

第三代機(jī)器人

它不僅具有感覺能力，而且還具有獨(dú)立判斷

和行動(dòng)的能力，并具有記憶、推理和決策能

力，因而能完成更加復(fù)雜的動(dòng)作。

〃智能〃特征

它具有與外部世界一對(duì)象、環(huán)境和人相適應(yīng)、

相協(xié)調(diào)的工作機(jī)能，從控制方式看是以一種

〃認(rèn)知一適應(yīng)〃的方式自律地進(jìn)行操作。

f125按工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)類型分類

氣壓驅(qū)動(dòng)電力驅(qū)動(dòng)

以壓縮空氣來利用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)

驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)生的力或力矩

驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

液壓驅(qū)動(dòng)

使用液體油液來利用新的工作原理

驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)制造的新型驅(qū)動(dòng)器

0125按工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)類型分類

氣壓驅(qū)動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)

優(yōu)點(diǎn)空氣來源方便,動(dòng)作迅速，相對(duì)于氣壓驅(qū)動(dòng),液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低；缺點(diǎn)是空氣器人具有大得多的抓舉力,抓舉

具有可壓縮性，工作速度的穩(wěn)定質(zhì)量可高達(dá)上百千克。液壓驅(qū)動(dòng)

性較差，因氣源的壓力較低，所機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)且動(dòng)

以此類機(jī)器人適宜在對(duì)抓舉力要作靈敏,但對(duì)密封的要求較高，

求小的場(chǎng)合。且不宜在高溫或低溫的場(chǎng)合工

作，要求的制造精度較高，成本

fl1.2.5按工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)類型分類

NEW

電力驅(qū)動(dòng)新型驅(qū)動(dòng)

電力驅(qū)動(dòng)具有無污染、易于控伴隨著機(jī)器人技術(shù)大發(fā)展,出現(xiàn)

制、運(yùn)動(dòng)精度高、成本低、驅(qū)動(dòng)利用新的工作原理制造的新型驅(qū)

效率高等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用最廣泛。動(dòng)器，如靜電驅(qū)動(dòng)器、壓電驅(qū)動(dòng)

器、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器、人工

肌肉及脂區(qū)動(dòng)器等。

f126按工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)任務(wù)分類

裝配機(jī)器人

包裝機(jī)器人

拆卸機(jī)器人焊接機(jī)器人

點(diǎn)焊機(jī)器人

處理機(jī)器人弧焊機(jī)器人

切割機(jī)器人

研磨拋光機(jī)器人

搬運(yùn)機(jī)器人

移動(dòng)小車(AGV)

噴涂機(jī)器人碼垛機(jī)器人

分揀機(jī)器人

沖壓鍛造機(jī)器人

CO1.3工業(yè)機(jī)器人的基本組成與參數(shù)

本節(jié)導(dǎo)入

雖然工業(yè)機(jī)器人分為很多種，工作環(huán)境和時(shí)間也不一樣，但是?

它們也有一些共同點(diǎn)一I它們的基本組成是一樣的I那么，工業(yè)機(jī)

器人由哪些部分組成呢？

移動(dòng)機(jī)器人

噴涂機(jī)器人

搬運(yùn)機(jī)器人

點(diǎn)焊機(jī)器人

弧焊機(jī)器人

i1.3.1工業(yè)機(jī)器人的組成

工業(yè)機(jī)器人是一種可以

模擬人的手臂、手腕及其功

能的機(jī)電一體化裝置。從體

系結(jié)構(gòu)來看，一臺(tái)通用的工

業(yè)機(jī)器人，可分為：機(jī)器人

本體、控制器與控制系統(tǒng)和

示教器這三大部分。

伺服電動(dòng)機(jī)腕關(guān)節(jié)

肘關(guān)節(jié)

手腕如圖所示，機(jī)器

交流伺服電動(dòng)機(jī)人本體也稱操作機(jī)。

每個(gè)關(guān)節(jié)的它是用來完成各種作

驅(qū)動(dòng)均采用肩關(guān)節(jié)

業(yè)任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，

主要由機(jī)械臂、驅(qū)動(dòng)

腰關(guān)節(jié)與傳動(dòng)裝置以及傳感

基座器三大部分組成。

關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)的基本構(gòu)造

0機(jī)械臂

大部分工業(yè)機(jī)器人為關(guān)節(jié)型機(jī)器人，關(guān)節(jié)型機(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。它本質(zhì)上是一個(gè)擬人手臂的空間開鏈

式機(jī)構(gòu)，一端固定在基座上，另一端可自由運(yùn)動(dòng)。關(guān)節(jié)通常是移動(dòng)關(guān)節(jié)和

旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，移動(dòng)關(guān)節(jié)允許連桿作直線移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)僅允許連桿之間發(fā)生

旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

$機(jī)械臂

基座

＞機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起支撐作用

?整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置都安裝在基座上

?對(duì)固定式機(jī)器人，直接連接在地面基礎(chǔ)上

?對(duì)移動(dòng)式機(jī)器人，則安裝在移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，可分為有軌和無軌兩種

腰部

＞機(jī)器人手臂的支撐部分

?根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系不同，腰部可以在基座上轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以和基座制成一體

?有時(shí)腰部也可以通過導(dǎo)桿或?qū)Р墼诨弦苿?dòng)，從而增大工作空間

$機(jī)械臂

手臂

＞連接機(jī)身和手腕的部分

?由操作機(jī)的動(dòng)力關(guān)節(jié)和連接桿件等構(gòu)成

?它是執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的主要運(yùn)動(dòng)部件，也稱主軸，主要用于改變手腕和末端執(zhí)

行器的空間位置，滿足機(jī)器人的作業(yè)空間，并將各種載荷傳遞到基座

腕部

＞連接末端執(zhí)行器和手臂的部分

?將作業(yè)載荷傳遞到臂部，也稱次軸

?主要用于改變末端執(zhí)行器的空間姿態(tài)

射驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)裝置

_1

工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)都是通過驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)的，驅(qū)動(dòng)裝置是向機(jī)器人各機(jī)械臂提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的裝置，不同的

機(jī)器人，驅(qū)動(dòng)采用的動(dòng)力源不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式也不同。

?_-______________」

電力驅(qū)動(dòng)

現(xiàn)代工業(yè)上用得到最多的一種

?電力源取用方便

?反應(yīng)靈敏、驅(qū)動(dòng)力大

監(jiān)控方便、控制方式靈活

勤驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)機(jī)器人所用的電機(jī)一般為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)，目前也有部

分機(jī)器人使用力矩電動(dòng)機(jī)，但是成本較高，操作也復(fù)雜，而驅(qū)動(dòng)裝置的

受控運(yùn)動(dòng)必須通過傳動(dòng)單元帶動(dòng)機(jī)械臂產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，以精確的保證末端執(zhí)

行器所要求的位置、姿態(tài)和實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)。

力矩電動(dòng)機(jī)

傳感器

傳感器是用來檢測(cè)作業(yè)對(duì)象及外界環(huán)境的，在工業(yè)機(jī)器人上安裝各類

傳感器。這些傳感器可以幫助機(jī)器人的工作，可以大大改善機(jī)器人的工

作狀況和工作質(zhì)量，是它們能夠高效地完成復(fù)雜的任務(wù)。

觸覺傳感器I視覺傳感器聽覺傳感器I接近覺傳感器I超聲波傳感器

II控制器和控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的神經(jīng)中樞或控制中心，由計(jì)算機(jī)硬

件、軟件和一些專用電路、控制器、驅(qū)動(dòng)器等構(gòu)成，如圖所示。

控制器主要用來處理工作的全部信息，它根據(jù)工程師編寫的指令

以及傳感器得到的信息來控制機(jī)器人本體完成一定的動(dòng)作。

軟件控制系統(tǒng)

可以更方便地建立、編輯機(jī)器人控制程序

Robotstudio

工業(yè)機(jī)器人和控制器

口示教器

示教器是人機(jī)交互的一個(gè)接口，也稱示教盒或示教編程器，

主要是由液晶屏和可觸摸操作按鍵組成，如圖所示?？刂普咴诓?/p>

作時(shí)只需要手持示教器，通過按鍵把信號(hào)傳送到控制柜的存儲(chǔ)器

中，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制。I

威強(qiáng)Robot-TP-65M示教器

口示教器

示教器上設(shè)有用于對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教和編程所需的操作按鍵和按

鈕。一般情況下，不同廠家設(shè)計(jì)的示教器外觀不同，但是示教器中都

包含中央的液晶顯示區(qū)、功能按鍵區(qū)、急停按鈕和出入線端口。

?1.3.2工業(yè)機(jī)器人的主要參數(shù)

工業(yè)機(jī)器人的種類、用途、以及用戶要求都不一樣，無論如何一

機(jī)器人的基本組成是一樣的，需要研究的參數(shù)也是一樣，那么，工

業(yè)機(jī)器人所需要研究的參數(shù)有哪些？

參數(shù)？

種類用途

f1.3.2工業(yè)機(jī)器人的主要參數(shù)

現(xiàn)在已出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，在功能和外觀上雖有不同，但所有的機(jī)器

人都有其適用的作業(yè)范圍和要求，目前，工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)有以

下幾種：自由度、定位精度和重復(fù)定位精度、分辨率、工作范圍、最大運(yùn)

動(dòng)速度和承載能力等。

承載

自由度

能力

定位精度工業(yè)機(jī)器人的

和重復(fù)定

主要技術(shù)參數(shù)

工作

分辨率范圍

醺自由度

自由度是指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，不包括末端執(zhí)行

器的開合自由度。一般情況下，機(jī)器人的一個(gè)自由度對(duì)應(yīng)一個(gè)關(guān)節(jié)，所

以自由度與關(guān)節(jié)的概念是等同的。自由度是表示機(jī)器人動(dòng)作靈活程度的

參數(shù)，自由度越多，機(jī)器人越靈活，但結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜、控制難度也就越

大，所以機(jī)器人的自由度要根據(jù)其用途設(shè)計(jì)，一般為3?6個(gè)，如圖所示。

1由度示意圖

醺自由度

大于6個(gè)的自由度稱為冗余自由度。冗余自由度增加了機(jī)器人的靈活

性，可方便機(jī)器人避開障礙物和改善機(jī)器人的動(dòng)力性能。人類的手臂

（大臂、小臂、手腕）共有7個(gè)自由度，所以工作起來很靈巧，可回避障

礙物，并可從不同的方向到達(dá)同一目標(biāo)位置。

?定位精度和重復(fù)定位精度

精度是一個(gè)位置量相對(duì)于其參照系的絕對(duì)度量，指機(jī)器人手部實(shí)際到

達(dá)位置與所需要到達(dá)的理想位置之間的差距，機(jī)器人的精度取決于機(jī)械

精度與電氣精度。包括定位精度和重復(fù)定位精度是兩種精度指標(biāo)。

定位精度

指機(jī)器人末端執(zhí)行器的實(shí)際位置與目標(biāo)位置之間的偏差。

典型的工業(yè)機(jī)器人定位精度一般在±(0.02-5)mm范圍。

重定位精度

指重復(fù)定位精度是指機(jī)器人重復(fù)到達(dá)某一目標(biāo)位置的差異程

度。它是衡量一系列誤差值的密集程度，即重復(fù)度。

?定位精度和重復(fù)定位精度

△如圖所