《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》 教案 任務(wù)7、8 工業(yè)機(jī)器人示教器、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)參數(shù)與選型

《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》教案姓 名 XXXXXXXX教案課程名稱：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用 授課人：XX課題工業(yè)機(jī)器人示教器課時2教學(xué)目的與要求（1）掌握工業(yè)機(jī)器人示教器的基本功能。（2）掌握工業(yè)機(jī)器人示教器的按鍵作用。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：1）掌握工業(yè)機(jī)器人示教器的基本功能。難點(diǎn)：2）掌握工業(yè)機(jī)器人示教器的按鍵作用。教學(xué)方法課堂講授（PPT授課+小組討論）主要內(nèi)容及步驟備注教學(xué)過程一、組織教學(xué)：組織課堂，介紹本節(jié)課程的體系結(jié)構(gòu)，告知學(xué)習(xí)的基本要求。二、課題導(dǎo)入：掌握工業(yè)機(jī)器人示教器的基本功能。新課講授：掌握工業(yè)機(jī)器人示教器的按鍵作用。四、強(qiáng)化鞏固利用實際生活中接觸的例子加強(qiáng)鞏固五、總結(jié)拓展1.課堂內(nèi)容總結(jié) 2.布置作業(yè)小組討論授課效果分析總結(jié)教學(xué)內(nèi)容課堂互動一、組織教學(xué)介紹本門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容及知識體系結(jié)構(gòu)，提出課程學(xué)習(xí)的基本要求，強(qiáng)調(diào)本門課程的上課時間、地點(diǎn)。推薦教材：《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》活頁式教材二、課題導(dǎo)入我們學(xué)習(xí)了機(jī)器人是靠控制系統(tǒng)來驅(qū)動的，那么思考：工業(yè)機(jī)器人的是靠什么來實現(xiàn)示教的呢？導(dǎo)入：上次課堂上我們學(xué)習(xí)了工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，本次課堂上我們學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器示教器的作用，示教器到底用來干什么的呢？為什么有一個叫示教器的器件出現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人上面呢？新課講授工業(yè)機(jī)器人示教器示教器基本介紹在示教器上，絕大多數(shù)的操作都是在觸摸屏上完成的，同時也設(shè)置了必要的按鈕與操作裝置，如圖7-2、圖7-3所示。表7-1示教器基本結(jié)構(gòu)A連接電纜B觸摸屏C急停按鈕D手動操作搖桿EUSB接口F使能按鈕G觸摸屏用筆示教器的主要功能如下：（1）手動操控機(jī)器人（2）程序創(chuàng)建（3）程序的測試執(zhí)行（4）自動操作執(zhí)行（5）狀態(tài)查詢示教器的主要功能如下：（1）手動操控機(jī)器人（2）程序創(chuàng)建（3）程序的測試執(zhí)行（4）自動操作執(zhí)行（5）狀態(tài)查詢表7-2示教器按鍵A–D可編程按鍵E機(jī)械單元選擇按鍵F動作模式切換按鍵G動作模式切換按鍵H增量開關(guān)按鍵J步退執(zhí)行按鍵KSTART（啟動）按鍵L步進(jìn)執(zhí)行按鍵MSTOP（停止）按鍵圖7-3示教器按鍵在了解了ABB機(jī)器人示教器的構(gòu)造以后，來看看應(yīng)該如何去使用示教器。為了便于現(xiàn)場操作，通常需要手持示教器實時操作，ABB機(jī)器人示教器是按照人體工程學(xué)設(shè)計的，習(xí)慣右手在觸摸屏上操作的人員通常會左手持設(shè)備。手持示教器時，手執(zhí)的手掌整個托起示教器，同時除大拇指外的四指穿過安全皮帶輕放在使能器按鈕上，這樣就能輕松地把示教器放在手掌上。在需要時，就可以一手按使能器按鈕，另外一只手操作按鍵或控制搖桿控制機(jī)器人運(yùn)動。如圖7-4、圖7-5所示。圖7-4手握示教器圖7-5手動示教器搖桿使能器按鈕是工業(yè)機(jī)器人示教器為保護(hù)操作人員人身安全而設(shè)置的。只有在按下使能器按鈕，并保持在“電機(jī)開啟”的狀態(tài)，才可對機(jī)器人進(jìn)行手動操縱與程序調(diào)試。當(dāng)發(fā)生危險時，人會本能地將使能器按鈕松開或按緊，則機(jī)器人會立即停止運(yùn)行，以保證安全。使能器按鈕的操作有三個狀態(tài)：按下一半、完全松開和完全按下，必須將按鍵按下一半才能啟動機(jī)器人電機(jī)，此時示教器狀態(tài)欄顯示“電機(jī)開啟”。如圖7-6所示。在完全松開和完全按下使能器按鈕時，示教器狀態(tài)欄顯示“防護(hù)裝置停止”即電機(jī)關(guān)閉狀態(tài)，無法對機(jī)器人進(jìn)行手動操縱與程序調(diào)試。如圖7-7所示。圖7-6電機(jī)開啟狀態(tài)圖7-7防護(hù)裝置停止?fàn)顟B(tài)2.設(shè)定示教器的顯示語言示教器在出廠時，默認(rèn)的顯示語言是英語，為了方便操作，下面介紹把顯示語言設(shè)定為中文的操作步驟：1.單擊左上角主菜單按鈕。2.選擇“ControlPanel”，如圖7-8所示。3.選擇“Language”，如圖7-9所示。圖7-8選擇“ControlPanel”圖7-9選擇“Language”4.選擇“Chinese”，單擊“OK”，如圖7-10所示。5.單擊“Yes”后，系統(tǒng)重啟，如圖7-11所示。圖7-10選擇“Chinese”圖7-11單擊“Yes”6.重啟后，就能看到示教器菜單欄已切換成中文界面，如圖7-12所示。圖7-12示教器“中文”界面3.示教器主界面認(rèn)知示教器主界面如表7-12，主要有以下內(nèi)容：表7-3示教器主界面組成代號名稱功能A主菜單按鈕點(diǎn)擊該按鈕可進(jìn)入示教器主菜單，菜單欄包括HotEdit、備份與恢復(fù)、輸入和輸出、校準(zhǔn)、手動操縱、控制面板、自動生產(chǎn)窗口、事件日志、程序編輯器、FlexPendant資源管理器、程序數(shù)據(jù)、系統(tǒng)信息等。B操作員窗口操作員窗口顯示來自機(jī)器人程序的消息；程序需要操作員做出某種響應(yīng)以便繼續(xù)時往往會出現(xiàn)此情況。C狀態(tài)欄狀態(tài)欄顯示與系統(tǒng)狀態(tài)有關(guān)的重要信息，如操作模式、電動機(jī)開啟/關(guān)閉、程序運(yùn)行狀態(tài)以及速率、當(dāng)前激活的機(jī)械單元等。D任務(wù)欄通過ABB主菜單，可以打開最多六個視圖，但一次只能操作一個；任務(wù)欄顯示所有打開的視圖，并可用于視圖切換。E快速設(shè)置菜單快速設(shè)置菜單包含對手動操作和程序執(zhí)行進(jìn)行的設(shè)置。4.示教器使用注意事項示教器是一款高品質(zhì)手持式終端，它配備高靈敏度的先進(jìn)電子設(shè)備。為避免操作不當(dāng)引起的故障或損壞，請在操作時遵循以下說明：1、小心搬運(yùn)。切勿摔打、拋擲或用力撞擊示教器。這樣會導(dǎo)致破損或故障。如果示教器受到撞擊，務(wù)必要驗證并確認(rèn)其安全功能（使能器按鈕和急停按鈕）工作正常且未損壞。2、設(shè)備不使用時，請將其置放于立式壁架上存放，防止意外脫落。使用和存放示教器時始終要確保電纜不會將人絆倒。3、切勿使用鋒利的物體（例如螺絲刀或筆尖）操作觸摸屏。這樣可能會損壞觸摸屏。請使用手指或觸摸筆操作觸摸屏。4、定期清潔觸摸屏?；覊m和小顆粒可能會擋住觸摸屏造成故障。切勿使用溶劑、洗滌劑或擦洗海綿清潔觸摸屏。請使用軟布蘸少量水或中性清潔劑進(jìn)行清潔。5、沒有連接USB設(shè)備時務(wù)必蓋上USB端口的保護(hù)蓋。如果端口暴露到灰塵中，那么它會中斷或發(fā)生故障。四、強(qiáng)化鞏固工業(yè)機(jī)器人示教器有什么作用？五、總結(jié)拓展（一）課堂總結(jié)（1）掌握機(jī)器人示教器的語言設(shè)置。（2）能正確使用示教器使能器按鈕。（二）布置作業(yè)總結(jié)本節(jié)課的內(nèi)容提前組織教學(xué)課題導(dǎo)入基本知識講解本節(jié)重點(diǎn)《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》教案姓 名 XXXXXXXX教案課程名稱：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用 授課人：XX課題工業(yè)機(jī)器人技術(shù)參數(shù)與選型課時2教學(xué)目的與要求（1）了解工業(yè)機(jī)器人主要技術(shù)指標(biāo)。（2）了解工業(yè)機(jī)器人的選型基礎(chǔ)。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：1）掌握工業(yè)機(jī)器人主要技術(shù)指標(biāo)。難點(diǎn)：2）掌握工業(yè)機(jī)器人的選型基礎(chǔ)。教學(xué)方法課堂講授（PPT授課+小組討論）主要內(nèi)容及步驟備注教學(xué)過程一、組織教學(xué)：組織課堂，介紹本節(jié)課程的體系結(jié)構(gòu)，告知學(xué)習(xí)的基本要求。二、課題導(dǎo)入：掌握工業(yè)機(jī)器人選型新課講授：掌握工業(yè)機(jī)器人技術(shù)參數(shù)選擇四、強(qiáng)化鞏固利用實際生活中接觸的例子加強(qiáng)鞏固五、總結(jié)拓展1.課堂內(nèi)容總結(jié) 2.布置作業(yè)小組討論授課效果分析總結(jié)教學(xué)內(nèi)容課堂互動一、組織教學(xué)介紹本門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容及知識體系結(jié)構(gòu)，提出課程學(xué)習(xí)的基本要求，強(qiáng)調(diào)本門課程的上課時間、地點(diǎn)。推薦教材：《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》活頁式教材二、課題導(dǎo)入我們已經(jīng)學(xué)習(xí)很多基礎(chǔ)，面對所有種類的工業(yè)機(jī)器人，那么我們怎么根據(jù)客戶要求去進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的選型來配套呢導(dǎo)入：上次課堂上我們學(xué)習(xí)了工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，本次課堂上我們學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的選型，為什么需要選型，每個型號之間有什么區(qū)別呢？新課講授工業(yè)機(jī)器技術(shù)參數(shù)與選型工業(yè)機(jī)器人五大技術(shù)指標(biāo)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)反映了工業(yè)機(jī)器人的適用范圍和工作性能，是選擇、使用機(jī)器人的重要依據(jù)。圖8-1、表8-1是ABBIRB1200工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)特性參數(shù)。表8-1工業(yè)機(jī)器人五大技術(shù)指標(biāo)額定負(fù)載5kg重復(fù)定位精度±0.01mm工作范圍0.9m最大工作速度3200/S圖8-1工業(yè)機(jī)器人本體1.自由度自由度是指機(jī)器人能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動軸的數(shù)目，末端執(zhí)行器的動作不包括在內(nèi)。通常作為機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)，反映機(jī)器人動作的靈活性，常用軸的直線移動、擺動或旋轉(zhuǎn)動作的數(shù)目來表示。采用空間開鏈連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)器人，因每個關(guān)節(jié)運(yùn)動僅有一個自由度，所以機(jī)器人的自由度數(shù)就等于它的關(guān)節(jié)數(shù)。由于具有六個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的鉸接開鏈?zhǔn)綑C(jī)器人從運(yùn)動學(xué)上已被證明能以較小的結(jié)構(gòu)尺寸獲取最大的工作空間，并且能以較高的位置精度和最優(yōu)的路徑到達(dá)指定位置，因而關(guān)節(jié)機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。目前，焊接和涂裝作業(yè)機(jī)器人多為6或7自由度，而搬運(yùn)、碼垛和裝配機(jī)器人多為4?6自由度。2.額定負(fù)載額定負(fù)載也稱機(jī)器人最大持重能力。如果持重超出額定范圍，機(jī)器人零部件磨損較快，甚至損壞。正常操作條件下，作用于機(jī)器人手腕末端，且不會使機(jī)器人性能降低的最大載荷。目前使用的工業(yè)機(jī)器人負(fù)載范圍可從0.5到1300kg。3.重復(fù)定位精度重復(fù)定位精度是指機(jī)器人重復(fù)定位其末端執(zhí)行器于同一目標(biāo)位里的能力。即機(jī)器人在重復(fù)一個動作5?10次，每次在同一個點(diǎn)的位置最大偏差也就是它的重復(fù)定位精度。目前工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度可達(dá)±0.01~±0.2mm之間，根據(jù)作業(yè)任務(wù)和末端持重的不同，機(jī)器人的重復(fù)精度也要求不同，裝配機(jī)器人、上下料機(jī)器人、焊接機(jī)器人重復(fù)定位要求高一些，而碼垛機(jī)器人要求就低一些。工作范圍工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時，其手腕參考點(diǎn)掠過的空間，常用圖8-2表示。由于工作范圍的形狀和大小反映了機(jī)器人工作能力的大小，因而它對于機(jī)器人的應(yīng)用十分重要。工作范圍不僅與機(jī)器人各連桿的尺寸有關(guān)，還與機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)有關(guān)。為能真實反映機(jī)器人的特征參數(shù)，廠家所給出的工作范圍一般指不安裝末端執(zhí)行器時可以到達(dá)的區(qū)域。圖8-2工業(yè)機(jī)器人工作范圍5.最大工作速度最大工作速度是指在各軸聯(lián)動情況下，機(jī)器人手腕中心所能達(dá)到的最大線速度。這在生產(chǎn)中是影響生產(chǎn)效率的重要指標(biāo)。因生產(chǎn)廠家不同而標(biāo)注不同，一般都會在技術(shù)參數(shù)中加以說明。很明顯，最大工作速度越高，生產(chǎn)效率也越高；然而，工作速度越高，對機(jī)器人最大加速度要求也越高。除上五項指標(biāo)以外，還應(yīng)注意機(jī)器人的控制方式、驅(qū)動方式、安裝方式、存儲容量、自診斷及自保護(hù)、安全保障等功能。（二）工業(yè)機(jī)器人的選型對于自動化行業(yè)的資深機(jī)電工程師來說，選擇合適的“機(jī)器人”也許是一個簡單的工作。但是對于第一次準(zhǔn)備購買、導(dǎo)入機(jī)器人的設(shè)計人員或工廠來說，也許會有些迷茫。下面從九個方面，討論如何選擇一個合適的工業(yè)機(jī)器人。1.應(yīng)用場合首先，最重要的源頭是評估導(dǎo)入的機(jī)器人。導(dǎo)入的機(jī)器人是用于怎樣的應(yīng)用場合以及什么樣的制程。（1）如果是應(yīng)用制程需要在人工旁邊由機(jī)器協(xié)同完成，對于通常的人機(jī)混合的半自動線，特別是需要經(jīng)常變換工位或移位移線的情況，以及配合新型力矩感應(yīng)器的場合，協(xié)作型機(jī)器人(Cobots)應(yīng)該是一個很好的選項。（2）如果是尋找一個緊湊型的取放料機(jī)器人，你可能想選擇一個水平關(guān)節(jié)型機(jī)器人(Scara)。（3）如果是尋找針對小型物件，快速取放的場合，并聯(lián)機(jī)器人(Delta)最適合這樣的需求。（4）如果是應(yīng)用制程可以適應(yīng)一個非常大范圍的應(yīng)用，比如從取、放料到碼垛，以及噴涂，去毛刺，焊接等專用制程，多關(guān)節(jié)軸機(jī)器人(Multi-axis)應(yīng)該是一個很好的選項。現(xiàn)在，工業(yè)機(jī)器人制造商基本上針對每一種應(yīng)用制程都有相應(yīng)的機(jī)器人方案。你所做的只需要明確你希望機(jī)器人為你做哪個工作，以及從不同的種類當(dāng)中，選擇最適合的類型。a)關(guān)節(jié)多軸機(jī)器人b)水平關(guān)節(jié)機(jī)器人c)并聯(lián)機(jī)器人d)協(xié)作型機(jī)器人圖8-3工廠里指代的“機(jī)器人”類型2.有效負(fù)載有效負(fù)載是機(jī)器人在其工作空間可以攜帶的最大負(fù)荷。從例如3Kg到1300Kg不等。如果你希望機(jī)器人完成將目標(biāo)工件從一個工位搬運(yùn)到另一個工位，需要注意將工件的重量以及機(jī)器人手爪的重量加總到其工作負(fù)荷。另外特別需要注意的是機(jī)器人的負(fù)載曲線，在空間范圍的不同距離位置，實際負(fù)載能力會有差異。3.自由度(軸數(shù))機(jī)器人配置的軸數(shù)直接關(guān)聯(lián)其自由度。如果是針對一個簡單的直來直去的場合，比如從一條皮帶線取放到另一條，簡單的4軸機(jī)器人就足以應(yīng)對。但是，如果應(yīng)用場景在一個狹小的工作空間，且機(jī)器人手臂需要很多的扭曲和轉(zhuǎn)動，6軸或7軸機(jī)器人將是最好的選擇。軸數(shù)一般取決于該應(yīng)用場合。應(yīng)當(dāng)注意，在成本允許的前提下，選型多一點(diǎn)軸數(shù)的機(jī)器人，其靈活性更高，到達(dá)能力更強(qiáng)，柔性化也更高。這樣方便后續(xù)重復(fù)利用改造機(jī)器人到另一個應(yīng)用制程，能適應(yīng)更多的工作任務(wù)。機(jī)器人制造商傾向于使用各自略有不同的軸或關(guān)節(jié)命名?；旧希谝魂P(guān)節(jié)（J1）是最接近機(jī)器人底座的那個。接下來的關(guān)節(jié)稱為J2，J3，J4和依此類推，直到到達(dá)手腕末端。如圖8-4所示。而有的公司則使用字母命名他們機(jī)器人的軸。比如Yaskawa/Motoman公司。圖8-4工業(yè)機(jī)器人自由度4.最大作動范圍當(dāng)評估目標(biāo)應(yīng)用場合的時候，應(yīng)該了解機(jī)器人需要到達(dá)的最大距離。選擇一個機(jī)器人不是僅僅憑它的有效載荷-也需要綜合考量它到達(dá)的確切距離。每個公司都會給出相應(yīng)機(jī)器人的作動范圍圖，由此可以判斷，該機(jī)器人是否適合于特定的應(yīng)用。機(jī)器人的水平運(yùn)動范圍，注意機(jī)器人在近身及后方的一片非工作區(qū)域。機(jī)器人的最大垂直高度的量測是從機(jī)器人能到達(dá)的最低點(diǎn)（常在機(jī)器人底座以下）到手腕可以達(dá)到的的最大高度的距離(Y)。最大水平作動距離是從機(jī)器人底座中心到手腕可以水平達(dá)到的最遠(yuǎn)點(diǎn)的中心的距離(X)。5.重復(fù)精度同樣的，這個因素也還是取決于你的應(yīng)用場合。重復(fù)精度可以被描述為機(jī)器人完成例行的工作任務(wù)每一次到達(dá)同一位置的能力。一般在±0.01m到±0.2mm之間，甚至更精密。例如，如果需要你的機(jī)器人組裝一個電子線路板，你可能需要一個超級精密重復(fù)精度的機(jī)器人。如果應(yīng)用工序是比較粗糙，比如打包，碼垛等，工業(yè)機(jī)器人也就不需要那么精密。另外一方面，組裝工程的機(jī)器人精度的選型要求，也關(guān)聯(lián)組裝工程各環(huán)節(jié)尺寸和公差的傳遞和計算，比如：來料物料的定位精度，工件本身的在治具中的重復(fù)定位精度等。這項指標(biāo)從2D方面以正負(fù)'±'表示。事實上，由于機(jī)器人的運(yùn)動重復(fù)點(diǎn)不是線性的而是在空間3D運(yùn)動，該參數(shù)的實際情況可以是在公差半徑內(nèi)的球形空間內(nèi)任何位置。當(dāng)然，現(xiàn)在的配合現(xiàn)在的機(jī)器視覺技術(shù)的運(yùn)動補(bǔ)償，將減低機(jī)器人對于來料精度的要求和依賴，提升整體的組裝精度。6.速度這個參數(shù)與每一個用戶息息相關(guān)。事實上，它取決于在該作業(yè)需要完成的循環(huán)時間。規(guī)格表列明了該型號機(jī)器人最大速度，但我們應(yīng)該知道，考量從一個點(diǎn)到另一個點(diǎn)的加減速，實際運(yùn)行的速度將在0和最大速度之間。這項參數(shù)單位通常以度/秒計。有的機(jī)器人制造商也會標(biāo)注機(jī)器人的最大加速度。7.本體重量機(jī)器人本體重量是設(shè)計機(jī)器人單元時的一個重要因素。如果工業(yè)機(jī)器人必須安裝在一個定制的機(jī)臺，甚至在導(dǎo)軌上，你可能需要知道它的重量來設(shè)計相應(yīng)的支撐。8．剎車和轉(zhuǎn)動慣量基本上每個機(jī)器人制造商提供他們的機(jī)器人制動系統(tǒng)的信息。有些機(jī)器人對所有的軸配備剎車，其他的機(jī)器人型號不是所有的軸都配置剎車。要在工作區(qū)中確保精確和可重復(fù)的位置，需要有足夠數(shù)量的剎車。另外一種特別情況，意外斷電發(fā)生的時候，不帶剎車的負(fù)重機(jī)器人軸不會鎖死，有造成意外的風(fēng)險。同時，某些機(jī)器人制造商也提供機(jī)器人的轉(zhuǎn)動慣量。其實，對于設(shè)計的安全性來說，這將是一個額外的保障。你可能還注意到不同軸上的適用的扭矩。例如，如果你的動作需要一定量的扭矩以正確完成工作，你需要檢查，在該軸上適用的最大扭矩是否正確的。如果選型不正確，機(jī)器人則可能由于過載而宕機(jī)。9.防護(hù)等級根據(jù)機(jī)器人的使用環(huán)境，選擇達(dá)到一定的防護(hù)等級(IP等級)的標(biāo)準(zhǔn)。一些制造商提供相同的機(jī)械手針對不同的場合的IP