智能制造概論教學課件4.1工業(yè)機器人技術(shù)

工業(yè)機器人技術(shù)模塊4智能控制—工業(yè)機器人及智能控制技術(shù)智能控制》》》工業(yè)機器人及智能控制技術(shù)在實現(xiàn)智能制造的過程中，制造系統(tǒng)的自動化水平代表一個國家制造業(yè)發(fā)達程度。智能控制是指在無人干預(yù)的情況下能自主地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)控制目標的自動控制技術(shù)。（特征：機器換人）1）數(shù)控加工設(shè)備2）工業(yè)機器人3）生產(chǎn)線自動化控制設(shè)備（智能控制器、智能終端、智能識別等）工業(yè)機器人技術(shù)

》》》1、工業(yè)機器人技術(shù)的概念工業(yè)機器人是一種能自動控制，可重復(fù)編程，多功能、多自由度的操作機，能搬運材料、工件或操持工具，完成各種作業(yè)。（國際標準化組織（1SO））特點：特定的機械機構(gòu)一種模擬人手臂、手腕和收功能的機電一體化裝置；其動作具有類似于人或其他生物的某些器官（肢體、感受等）的功能可編程，具有通用性可完成多種工作、任務(wù)，可靈活改變動作程序獨立性完整的機器人系統(tǒng)在工作中可以不依賴人的干預(yù)擬人化，具有不同程度的智能如記憶、感知、推理、決策、學習等工業(yè)機器人技術(shù)

》》》1、工業(yè)機器人技術(shù)的概念工業(yè)機器人的主要應(yīng)用場合：1）惡劣、危險的工作場合。2）特殊作業(yè)場合。3）自動化生產(chǎn)領(lǐng)域**。（智能制造的主要使用領(lǐng)域）工業(yè)機器人技術(shù)

》》》1、工業(yè)機器人技術(shù)的概念工業(yè)機器人的發(fā)展：美國是最早研發(fā)機器人的國家，日本是工業(yè)機器人第一大國，德國、法國、英國等也是機器人發(fā)展大國。四大家族瑞士ABB德國庫卡日本安川日本發(fā)那科工業(yè)機器人技術(shù)

》》》1、工業(yè)機器人技術(shù)的概念工業(yè)機器人的發(fā)展：國內(nèi)起步較晚，經(jīng)過40多年的發(fā)展，我國在工業(yè)機器人基礎(chǔ)技術(shù)和工程應(yīng)用上取得了快速發(fā)展，奠定了獨立自主發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。國內(nèi)企業(yè)沈陽新松蕪湖埃夫特南京埃斯頓廣

州數(shù)控哈工大機器人集團哈爾濱博實國內(nèi)工業(yè)機器人企業(yè)主要有：工業(yè)機器人技術(shù)

》》》2、工業(yè)機器人的組成及技術(shù)參數(shù)工業(yè)機器人是一種可以模擬人的手臂、手腕及其功能的機電一體化裝置。從結(jié)構(gòu)上分：機器人本體、控制器與控制系統(tǒng)和示教器這三大部分。從功能系統(tǒng)上分：執(zhí)行機構(gòu)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)四部分組成?？刂破?系統(tǒng)示教器機器人本體工業(yè)機器人技術(shù)

》》》2、工業(yè)機器人的組成及技術(shù)參數(shù)1、執(zhí)行機構(gòu)（也叫操作機，由一系列連桿和關(guān)節(jié)或其他形式的運動副所組成,是完成各種作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行機構(gòu))手腕基座腰關(guān)節(jié)肩關(guān)節(jié)腰部大臂小臂手臂肘關(guān)節(jié)伺服電動機1

個交流伺服電動機腕關(guān)節(jié)工業(yè)機器人技術(shù)

》》》2、工業(yè)機器人的組成及技術(shù)參數(shù)2、驅(qū)動系統(tǒng)（動力傳動轉(zhuǎn)置，向機器人各機械臂提供動力和運動的裝置)電氣式液壓式氣壓式驅(qū)動方式電氣驅(qū)動現(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)動力大監(jiān)控方便、控制方式靈活工業(yè)機器人技術(shù)

》》》2、工業(yè)機器人的組成及技術(shù)參數(shù)3、控制系統(tǒng)（工業(yè)機器人的神經(jīng)中樞或控制中心，由計算機硬件、軟件和一些專用電路、控制器、驅(qū)動器等構(gòu)成)急停按鈕主電源開關(guān)電控柜電源線示教器線纜接口外接信號線工業(yè)機器人技術(shù)

》》》2、工業(yè)機器人的組成及技術(shù)參數(shù)4、傳感系統(tǒng)（傳感器是用來檢測作業(yè)對象及外界環(huán)境，將感知的信息傳遞給機器人控制器)觸覺傳感器視覺傳感器聽覺傳感器接近覺傳感器超聲波傳感器工業(yè)機器人技術(shù)

》》》2、工業(yè)機器人的組成及技術(shù)參數(shù)工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)：（主要技術(shù)參數(shù)：自由度、定位精度和重復(fù)定位精度、分辨率、工作空間、最大運動速度和承載能力等。)自由度分辨率工作空間承載能力最大運動速度定位精度和重復(fù)定位精度工業(yè)機器人的主要技術(shù)參數(shù)工業(yè)機器人技術(shù)

》》》3、工業(yè)機器人的分類按操作機的運動特征分類（坐標特性）：01直角坐標機器人02柱面坐標機器人03球面坐標機器人04多關(guān)節(jié)型機器人05并聯(lián)關(guān)節(jié)機器人工業(yè)機器人技術(shù)

》》》3、工業(yè)機器人的分類按操作機的運動特征分類（坐標特性）：01直角坐標機器人直角坐標機器人具有空間上相互垂直的多個直線移動軸，通常為3個軸，如圖所示，通過直角坐標方向的3個獨立自由度確定其手部的空間位置，其動作空間為一長方體。直角坐標機器人（a）示意圖（b）實物圖特點：結(jié)構(gòu)簡單、剛性好，但缺點是在機器人動作范圍內(nèi)，必須有沿軸線前后方向的移動空間，空間利用率較低。工業(yè)機器人技術(shù)

》》》3、工業(yè)機器人的分類按操作機的運動特征分類（坐標特性）：02柱面坐標機器人（b）實物圖（a）示意圖柱面坐標機器人R：手臂的徑向長度θ：手臂的角位置Z：垂直方向上手臂的位置柱面坐標機器人主要由旋轉(zhuǎn)基座、垂直移動和水平移動軸構(gòu)成，R、θ和Z為坐標系的三個坐標，具有一個回轉(zhuǎn)和兩個平移自由度，其動作空間呈圓柱形。著名的Versatran機器人就是典型的柱面坐標機器人。特點：結(jié)構(gòu)簡單，定位精度高，空間軌跡易于求解；動作范圍相對較小，設(shè)備的空間因數(shù)較低。工業(yè)機器人技術(shù)

》》》3、工業(yè)機器人的分類按操作機的運動特征分類（坐標特性）：03球面坐標機器人球面坐標機器人又稱為極坐標型機器人，結(jié)構(gòu)如圖所示，R、θ和β為坐標系的三個坐標，具有平移、旋轉(zhuǎn)和擺動三個自由度，動作空間形成球面的一部分。其機械手能夠作前后伸縮移動、在垂直平面上擺動以及繞底座在水平上轉(zhuǎn)動。著名的Unimate機器人就是這種類型的機器人。球面坐標機器人（a）示意圖（b）實物圖R:手臂的徑向長度θ:繞手臂支承底座垂直軸的轉(zhuǎn)動角β:手臂在鉛垂面內(nèi)的擺動角特點：結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小于直角坐標和柱面坐標機器人。工業(yè)機器人技術(shù)

》》》3、工業(yè)機器人的分類按操作機的運動特征分類（坐標特性）：04多關(guān)節(jié)型機器人

多關(guān)節(jié)型機器人由多個旋轉(zhuǎn)和擺動機構(gòu)組合而成。其擺動方向主要有鉛錘方向和水平方向兩種，因此這類機器人又可分為垂直多關(guān)節(jié)機器人和水平多關(guān)節(jié)機器人。垂直多關(guān)節(jié)型機器人水平多關(guān)節(jié)型機器人優(yōu)點：可以自由地實現(xiàn)三維空間地各種姿勢，可以生成各種復(fù)雜形狀地軌跡，且動作范圍很寬；缺點：結(jié)構(gòu)剛度較低，動作的絕對位置精度較低。優(yōu)點：可以自由地實現(xiàn)三維空間地各種姿勢，可以生成各種復(fù)雜形狀地軌跡，且動作范圍很寬；缺點：結(jié)構(gòu)剛度較低，動作的絕對位置精度較低。工業(yè)機器人技術(shù)

》》》3、工業(yè)機器人的分類按操作機的運動特征分類（坐標特性）：05并聯(lián)關(guān)節(jié)機器人一個軸的運動不影響另一個軸的坐標原點并聯(lián)機器人是近些年來發(fā)展起來的一種由固定機座和具有若干自由度的末端執(zhí)行器、以不少于兩條獨立運動鏈連接形成的新型機器人。特點：無累積誤差，精度較高；速度高，動態(tài)響應(yīng)好；結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高，承載能力大；具有較好的各向同性工作空間較小工業(yè)機器人技術(shù)

》》》3、工業(yè)機器人的分類按控制方式分類：工作能力比較有限，機器人按照預(yù)先編好的程序順序進行工作，使用限位開關(guān)、制動器、插銷板和定序器來控制機器人的運動非伺服控制機器人有更強的工作能力，價格更貴，在某些情況下不如簡單的機器人可靠。伺服系統(tǒng)的被控制量可為機器人手部執(zhí)行裝置的位置、速度、加速度和力等伺服控制機器人工業(yè)機器人技術(shù)

》》》3、工業(yè)機器人的分類按發(fā)展階段分類（智能程度）：第一代機器人

主要指只能以示教再現(xiàn)方式工作的工業(yè)機器人。示教指由人教機器人運動的軌跡、停留的點位、停留的時間等。然后，機器人依照教給的行為、順序和速度重復(fù)運動，即所謂的再現(xiàn)，如圖所示。示教再現(xiàn)機器人手把手示教示教器示教工業(yè)機器人技術(shù)

》》》3、工業(yè)機器人的分類按發(fā)展階段分類（智能程度）：第二代機器人又稱為傳感機器人或感覺機器人，它帶有一些可感知環(huán)境的裝置，對外界環(huán)境有一定的感知能力。工作時，根據(jù)感覺器官（傳感器）獲得的信息，通過反饋控制，使機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。（主流）感知機器人配備視覺系統(tǒng)的工業(yè)機器人工業(yè)機器人技術(shù)

》》》3、工業(yè)機器人的分類按發(fā)展階段分類（智能程度）：智能機器人第三代機器人它不僅具有感覺能力，而且還具有獨立判斷和行動的能力，并具有記憶、推理和決策能力，因而能完成更加復(fù)雜的動作。“智能”特征它具有與外部世界—對象、環(huán)境和人相適應(yīng)、相協(xié)調(diào)的工作機能，從控制方式看是以一種“認知—適應(yīng)”的方式自律地進行操作。工業(yè)機器人技術(shù)

》》》3、工業(yè)機器人的分類按承載能力和工作空間大小分類：大型機器人——承載能力為1000～10000N，工作空間為10m3以上。中型機器人——承載能力為100～1000N，工作空間為1～10m3。小型機器人——承載能力為1～100N，工作空間為0.1～1m3。超小型機器人——承載能力小于1N，工作空間小于0.1m3。工業(yè)機器人技術(shù)

》》》3、工業(yè)機器人的分類按作業(yè)用途分類：目前，焊接機器人作為一種廣泛使用的自動化設(shè)備，具有通用性強、工作穩(wěn)點等優(yōu)點，且操作簡單、功能豐富，日益受到人們重視。歸納起來，焊接機器人主要具有以下優(yōu)點：可穩(wěn)定地提高焊接工件的焊接質(zhì)量提升企業(yè)的勞動生產(chǎn)率改善工人的勞動環(huán)境，降低勞動強度，替代工人在惡劣環(huán)境下作業(yè)降低對工人操作技術(shù)的要求縮短產(chǎn)品改型換代的時間周期，減少資金投入一定程度上解決了“請工人難”、“用工荒”問題根據(jù)焊接工藝的不同，焊接機器人可以分為點焊機器人、弧焊機器人、激光焊接機器人等等。工業(yè)機器人技術(shù)

》》》3、工業(yè)機器人的分類按作業(yè)用途分類：搬運機器人是可以進行自動搬運作業(yè)的工業(yè)機器人，搬運時其末端執(zhí)行器夾持工件，將工件從一個加工位置移動至另一個加工位置。搬運機器人可安裝不同的末端執(zhí)行器以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動。優(yōu)點：1、能部分代替工人操作，可進行長期重載作業(yè)，效率高。2、動作穩(wěn)定，搬運準確性較高；定位準確，保證批量一致性3、能夠在有毒、輻射等危險環(huán)境下工作，改善勞動條件4、生產(chǎn)柔性高、適應(yīng)性強、可實現(xiàn)多形狀不規(guī)則物料搬運5、降低制造成本，提高生產(chǎn)效益，實現(xiàn)工業(yè)自動化生產(chǎn)工業(yè)機器人技術(shù)

》》》3、工業(yè)機器人的分類按作業(yè)用途分類：裝配機器人是專門為裝配而設(shè)計的機器人。常用的裝配機器人主要可以完成生產(chǎn)線上一些零件的裝配或拆卸工作。從結(jié)構(gòu)上來分，主要有PUMA機器人（可編程通用裝配操作手）和SCARA機器人（水平多關(guān)節(jié)機器人）兩種類型。工業(yè)機器人技術(shù)

》》》3、工業(yè)機器人的分類按作業(yè)用途分類：噴涂機器人又稱為噴漆機器人，是一種自動噴漆或噴涂其它涂料的工業(yè)機器人。????????年挪威??????????????公司（后并入??????集團）制造了第一個噴涂機器人。在噴涂技術(shù)高度發(fā)展的今天，企業(yè)進入一個新的競爭格局，即更環(huán)保、更高效、更低成本及更有競爭力。工業(yè)機器人技術(shù)

》》》4、工業(yè)機器人的編程機器人編程，就是針對機器人為完成某項作業(yè)進行程序設(shè)計。1、示教編程2、離線編程工業(yè)機器人技術(shù)

》》》4、工業(yè)機器人的編程示教編程：機器人示教編程工作原理示教盒記憶裝置伺服放大示教部分再現(xiàn)部分公共部分工作裝置工業(yè)機器人技術(shù)

》》》4、工業(yè)機器人的編程離線編程：

工業(yè)機器人技術(shù)

》》》5、工業(yè)機器人工作站是指使用一臺或多臺機器人，配以相應(yīng)的周邊設(shè)備，用于完成某一特定工序作業(yè)的獨立生產(chǎn)系統(tǒng)，也可稱為機器人工作單元末端執(zhí)行器等輔助設(shè)備及其他周邊設(shè)備則隨應(yīng)用場合和工件特點的不同存在著較大差異，因此這里只闡述一般工作站的構(gòu)成和設(shè)計原則。機器人及其控制系統(tǒng)、輔助設(shè)備及其他周邊設(shè)備機器人控制系統(tǒng)示教器傳感器工業(yè)機器人技術(shù)

》》》5、工業(yè)機器人工作站工作站的設(shè)計是一項較為靈活多變、關(guān)聯(lián)因素甚多的技術(shù)工作，若將共同因素抽象出來，可得出一般的設(shè)計原則。（1）設(shè)計前必須充分分析作業(yè)對象，擬定最合理的作業(yè)工藝。（2）必須滿足作業(yè)的功能要求和環(huán)境條件。（3）必須滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求。（4）整體及各組成部分必須全部滿足安全規(guī)范及標準。（5）各設(shè)備及控制系統(tǒng)應(yīng)具有故障顯示及報警裝置。（6）便于維護修理。（7）操作系統(tǒng)應(yīng)簡單明了，便于操作和人工干預(yù)。（8）操作系統(tǒng)便于聯(lián)網(wǎng)控制。（9）工作站便于組線。（10）經(jīng)濟實惠，