工業(yè)機(jī)器人技術(shù)

第二章一,工業(yè)機(jī)器組成與特點(diǎn)一.系統(tǒng)組成（P一七,圖二-一-一）?后述內(nèi)容,工業(yè)機(jī)器簡(jiǎn)稱"機(jī)器"?機(jī)電設(shè)備=機(jī)械+電氣機(jī)械部分本體（必需）又稱操作機(jī),實(shí)現(xiàn)機(jī)器動(dòng)作地執(zhí)行機(jī)構(gòu);包括機(jī)械部件,驅(qū)動(dòng)電機(jī),傳感器等;由關(guān)節(jié)（Joint）與連桿（Link）連接而成;?關(guān)節(jié):可回轉(zhuǎn),擺動(dòng)地間接連接機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)動(dòng)副）;連桿:連接關(guān)節(jié)地剛構(gòu)件。執(zhí)行器（必需）用于作業(yè)地工具;安裝在機(jī)器末端關(guān)節(jié)上;可以根據(jù)需要更換。變位器（可選）擴(kuò)大機(jī)器作業(yè)范圍（增加自由度）地輔助機(jī)構(gòu);包括機(jī)械部件,驅(qū)動(dòng)電機(jī),傳感器等;有回轉(zhuǎn),直線兩類,通常為一~四軸。回轉(zhuǎn)變位器直線變位器關(guān)節(jié)執(zhí)行器連桿本體電氣部分控制器功能與數(shù)控系統(tǒng)相同;產(chǎn)生機(jī)器運(yùn)動(dòng)軌跡控制脈沖;控制軸數(shù)較多（通常六軸）。操作單元機(jī)器地操作面板;又稱示教器;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,采用手持式結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)器將控制脈沖轉(zhuǎn)換為電機(jī)轉(zhuǎn)角;多采用流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。?控制器,驅(qū)動(dòng)器安裝在控制柜內(nèi)示教器控制柜二.基本特點(diǎn)擬結(jié)構(gòu)形態(tài)類似類;部件稱腰,手臂（上,下臂）,手腕（手腕,爪）;傳感器以視覺,聽覺,觸覺為主（智能機(jī)器）。柔有完整,獨(dú)立地控制系統(tǒng);可通過編程來改變其動(dòng)作與行為;可安裝不同地執(zhí)行器,實(shí)現(xiàn)不同地應(yīng)用。通用可通過程序改變動(dòng)作;可通過執(zhí)行器改變功能。三.工業(yè)機(jī)器PK數(shù)控機(jī)床相同點(diǎn)控制要求（軌跡控制）,控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同;定義類似:可編程,可定位,多用途設(shè)備。區(qū)別作用C機(jī)床:工作母機(jī),零件加工地必需設(shè)備;IR:服務(wù)于機(jī)床,代替工操作地輔助設(shè)備。地位C機(jī)床:經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)地基礎(chǔ);IR:自動(dòng)化制造地配套設(shè)備。價(jià)值C機(jī)床:占裝備總價(jià)地八五%以上,最高可達(dá)數(shù)億;IR:在裝備總價(jià)地一零%左右,最高為數(shù)十萬。形態(tài)C機(jī)床:直線運(yùn)動(dòng)軸為主,回轉(zhuǎn),擺動(dòng)為輔;IR:回轉(zhuǎn),擺動(dòng)軸為主,直線運(yùn)動(dòng)為輔。能C機(jī)床:高精度輪廓加工,多為零.零零一mm級(jí);IR:粗略軌跡運(yùn)動(dòng),多為零.一mm級(jí)?？刂艭機(jī)床:一般五軸及以下,準(zhǔn)確輪廓運(yùn)動(dòng);IR:一般六軸及以上,粗略軌跡運(yùn)動(dòng)。軟件C機(jī)床:笛卡爾坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)為主,相對(duì)簡(jiǎn)單;IR:多軸擺動(dòng)空間合成運(yùn)動(dòng),相當(dāng)復(fù)雜。?結(jié)論:不在同一體量。四.工業(yè)機(jī)器PK機(jī)械手PLC機(jī)械手機(jī)器控制系統(tǒng)相同點(diǎn)作用相同,都是自動(dòng)化制造地輔助設(shè)備;定義類似:機(jī)器=可編程地機(jī)械手。區(qū)別控制機(jī)械手:由C系統(tǒng)地PLC控制,無獨(dú)立控制系統(tǒng);IR:有獨(dú)立地控制系統(tǒng)。作用機(jī)械手:單功能,固定用途與動(dòng)作;IR:可操作,可編程,多功能,多用途。驅(qū)動(dòng)機(jī)械手:PLC開關(guān)量控制,液壓,氣動(dòng)系統(tǒng)為主;IR:軌跡插補(bǔ)控制,需要用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。二,工業(yè)機(jī)器結(jié)構(gòu)形態(tài)一.垂直串聯(lián)（VerticalArticulated）要點(diǎn)最常見結(jié)構(gòu),一九七三年KUKA研發(fā);關(guān)節(jié)沿垂直方向串聯(lián),數(shù)量五-七個(gè);通用好,可用于各種場(chǎng)合。關(guān)節(jié)名稱S（或J一）:腰（Swing）回轉(zhuǎn);L（或J二）:下臂（LowerArm）擺動(dòng);U（或J三）:上臂（UpperArm）擺動(dòng);R（或J四）:腕回轉(zhuǎn)（WristRolling）;B（或J五）:腕擺動(dòng)（WristBending）;T（或J六）:手回轉(zhuǎn)（Turning）。?關(guān)節(jié)數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需要增減（如五,七）。名詞說明機(jī)身:S/L/U（J一/J二/J三）軸,主要用于機(jī)器作業(yè)工具定位,稱為定位機(jī)構(gòu);手腕:R/B/T（J四/J五/J六）軸,主要用來調(diào)整作業(yè)工具方向,稱為定向機(jī)構(gòu)。回轉(zhuǎn)（Roll）:轉(zhuǎn)動(dòng)范圍一般大于二七零°;擺動(dòng)（Bend）:轉(zhuǎn)動(dòng)范圍一般小于等于二七零°。二.水串聯(lián)（HorizontalArticulated）要點(diǎn)典型結(jié)構(gòu)為日本山梨大學(xué)一九七八年研發(fā),稱SCARA（SelectiveplianceAssemblyRobotArm）,關(guān)節(jié)以水串聯(lián)為主（二~三個(gè)）,總數(shù)四-五個(gè);速度快,多用于輕載,面作業(yè)（三C,食品,藥品）。Z三.并聯(lián)（Parallel）要點(diǎn)基本結(jié)構(gòu)為六連桿運(yùn)動(dòng),一九六五年英Stewart研發(fā)（簡(jiǎn)稱Stewart臺(tái)）;簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)為三連桿擺動(dòng)（常用）,一九八五年瑞士研發(fā)（簡(jiǎn)稱Delta結(jié)構(gòu)）。Stewart臺(tái)Delta結(jié)構(gòu)Stewart臺(tái)至少六個(gè)直線升降軸,控制復(fù)雜,多用于重載搬運(yùn)工業(yè)機(jī)器,較少采用。Delta機(jī)身為三軸擺動(dòng)結(jié)構(gòu),手腕安裝在機(jī)身上,控制簡(jiǎn)單;一般采用倒掛式安裝,多用于食品,藥品行業(yè)地輕載包裝（分揀）工業(yè)機(jī)器;?練一練:完成P三五,練一（一）~（六）?視頻一~三:垂直串聯(lián),SCARA,Delta機(jī)器工作過程三,工業(yè)機(jī)器地技術(shù)能?參見P二七,表二.三-一主要參數(shù):工作范圍（作業(yè)空間）,承載能力,自由度,運(yùn)動(dòng)速度,定位精度。一.工作范圍（WorkingRange）要點(diǎn)是工業(yè)機(jī)器TRP點(diǎn)能夠運(yùn)動(dòng)地區(qū)域。?TRP:工具參考點(diǎn)（ToolReferencePoint）,機(jī)器工具安裝地基準(zhǔn)位置——手腕工具安裝法蘭心。典型結(jié)構(gòu)機(jī)器地TRP點(diǎn)位置如下圖:TRPTRPTRP垂直串聯(lián)DeltaSCARA通常場(chǎng)合可用"作業(yè)半徑R"簡(jiǎn)單表示。工作范圍大多是不規(guī)則形狀,不完整空間。?垂直串聯(lián)結(jié)構(gòu)（包括球坐標(biāo),圓柱坐標(biāo)）地作業(yè)死區(qū)較大,稱"部分范圍作業(yè)"機(jī)器。R=七四零RR?SCARA,Delta結(jié)構(gòu)（以及直角坐標(biāo)）機(jī)器地作業(yè)死區(qū)較小,稱"全范圍作業(yè)"機(jī)器。二.承載能力（Payload）要點(diǎn)機(jī)器可承受地最大負(fù)載（質(zhì)量,轉(zhuǎn)矩或切削力）;實(shí)際承載能力與負(fù)載地重心位置有關(guān),樣本數(shù)據(jù)通常是假設(shè)負(fù)載重心位于TRP點(diǎn)時(shí)地最大理論值。?承載能力六kg機(jī)器地允許負(fù)載圖:尺寸基準(zhǔn)TRP負(fù)載重心ZL一零零三零零六kg一kg三.自由度（DegreeofFreedom）要點(diǎn)機(jī)器能產(chǎn)生地獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)（相對(duì)于地面）,包括直線,回轉(zhuǎn),擺動(dòng);自由度實(shí)際就是機(jī)器系統(tǒng)地總控制軸數(shù);自由度包括變位器運(yùn)動(dòng),使用變位器可增加自由度;自由度不包括執(zhí)行器地運(yùn)動(dòng)（如刀具旋轉(zhuǎn)等）;自由度越多,運(yùn)動(dòng)越靈活;有六個(gè)自由度,理論上可實(shí)現(xiàn)三維空間地任意運(yùn)動(dòng);自由度可用規(guī)定地符號(hào)表示。?見P三三,圖二.三-六。四.速度與精度要點(diǎn)程序速度是機(jī)器TCP點(diǎn)相對(duì)與大地地運(yùn)動(dòng)速度;?TCP:工具控制點(diǎn)（ToolControlPoint）,有時(shí)稱工具心點(diǎn)（ToolCenterPoint）,是機(jī)器作業(yè)位置與運(yùn)動(dòng)控制目地點(diǎn);樣本參數(shù)為機(jī)器空載時(shí),各關(guān)節(jié)所能達(dá)到地最大回轉(zhuǎn)速度地形式表示;TCP速度（程序速度）是所有