工業(yè)機器人分類及應(yīng)用

工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用所處位置————1、按機器人的技術(shù)等級劃分【課（1）

示教再現(xiàn)機器人第一代工業(yè)機器人能夠按照人類預(yù)先示教的軌跡、行為、順序和速度重復(fù)作業(yè)，示教可由操作員手把手進行或通過示教器完成。

堂認知】返回目錄（2）感知機器人第二代工業(yè)機器人程具有環(huán)境感知裝置，能在一定度上適應(yīng)環(huán)境的變化，目前已經(jīng)進入應(yīng)用階段。（3）智能機器人第三代工業(yè)機器人具有發(fā)現(xiàn)問題，并且能自主地解決問題的能力，尚處于實驗研究階段。

課前回顧目前一頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點按機器人結(jié)構(gòu)坐標系特點方式分類1）直角坐標型機器人2）圓柱坐標型機器人

3）極坐標型機器人4）關(guān)節(jié)型機器人通過沿三個互相垂直的軸線的移動來實現(xiàn)機器人手部空間位置的改變通過兩個移動和一個轉(zhuǎn)動實現(xiàn)位置的改變運動由一個直線運動和兩個轉(zhuǎn)動組成運動由前后的俯仰及立柱的回轉(zhuǎn)組成目前二頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點章節(jié)目錄思考練習(xí)2.1工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成2.1.1操作機2.1.2控制器2.1.3示教器2.2工業(yè)機器人的技術(shù)指標學(xué)習(xí)目標導(dǎo)入案例擴展與提高本章小結(jié)課堂認知2.3工業(yè)機器人的運動控制2.3.1機器人運動學(xué)問題2.3.2機器人的點位運動…2.3.3機器人的位置控制目前三頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點學(xué)習(xí)目標所處位置————能夠正確識別工業(yè)機器人的基本組成【學(xué)

掌握工業(yè)機器人的機構(gòu)組成及各部分的功能能夠正確判別工業(yè)機器人的點位運動和連續(xù)路徑運動習(xí)

目

標】返回目錄認知目標能力目標目前四頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點導(dǎo)入案例國產(chǎn)機器人競爭力缺失關(guān)鍵技術(shù)是瓶頸————眾所周知，中國機器人產(chǎn)業(yè)由于先天因素，在單體與核心零部件仍然落后于日、美、韓等發(fā)達國家。雖然中國機器人產(chǎn)業(yè)經(jīng)過30年的發(fā)展，形成了較為完善的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，但與發(fā)達國家相比，仍存在較大差距，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)依然薄弱，關(guān)鍵零部件嚴重依賴進口。

【

導(dǎo)入案

】

整個機器人產(chǎn)業(yè)鏈主要分為上游核心零部件（主要是機器人三大核心零部件——伺服電機、減速器和控制系統(tǒng)，相當于機器人的“大腦”）、中游機器人本體（機器人的“身體”）和下游系統(tǒng)集成商（國內(nèi)95%的企業(yè)都集中在這個環(huán)節(jié)上）三個層面。

返回目錄目前五頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點2.1工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成第一代工業(yè)機器人主要由以下幾部分組成：操作機、控制器和示教器

。

示教器是機器人的人機交互接口，操作者可通過它對機器人進行編程或手動操縱機器人移動。

操作機用于完成各種作業(yè)任務(wù)的機械主體，主要包含機械臂、驅(qū)動裝置、傳動單元以及內(nèi)部傳感器等部分。

控制器是完成機器人控制功能的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，是決定機器人功能和水平的關(guān)鍵部分。

工業(yè)機器人系統(tǒng)組成對于第二代及第三代工業(yè)機器人還包括感知系統(tǒng)和分析決策系統(tǒng)，它們分別由傳感器及軟件實現(xiàn)。目前六頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點關(guān)節(jié)型機器人操作機基本構(gòu)造2.1工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成2.1.1操作機操作機（或稱機器人本體）是工業(yè)機器人的機械主體，是用來完成各種作業(yè)的執(zhí)行機構(gòu)。它主要由機械臂、驅(qū)動裝置、傳動單元及內(nèi)部傳感器等部分組成。

伺服電機減速器腕關(guān)節(jié)小臂肘關(guān)節(jié)手腕大臂連接法蘭皮帶傳動腰部肩關(guān)節(jié)腰關(guān)節(jié)基座▲機器人操作機的每個關(guān)節(jié)均采用1個交流伺服馬達驅(qū)動

返回目錄目前七頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點2.1工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成所處機器人操作機最后一個軸的機械接口通常為一連接法蘭，可接裝不同的機械操作裝置，如夾緊爪、吸盤、焊槍等。

位置————【課堂認知】吸盤焊槍夾緊爪返回目錄目前八頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點夾緊爪目前九頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點夾緊爪目前十頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點夾緊爪目前十一頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點吸盤目前十二頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點目前十三頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點焊槍目前十四頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點2.1工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成2.1.1操作機所處(1)機械臂位置關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人的機械臂是由關(guān)節(jié)連在一起的許多機械連桿的集合體。實質(zhì)上是一個擬人手臂的空間開鏈式機構(gòu)，一端固定在基座上，另一端可自由運動，由關(guān)節(jié)-連桿結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的機械臂大體可分為基座、腰部、臂部（大臂和小臂）和手腕4部分。

————課堂認知返回目錄

目前十五頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點機械部分1手部2手腕（次軸）3臂部（主軸）5基座末端執(zhí)行器聯(lián)接手部和手臂的部分，主要改變手部的空間方向和將作業(yè)載荷傳遞到手臂聯(lián)接機身和手腕的部分，改變手部的空間位置，并將各種載荷傳遞到機座起到支承作用4腰部腰部是機器人手臂的支承部分。基座

腰部大臂小臂手腕目前十六頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點1、手臂的運動垂直移動徑向移動回轉(zhuǎn)運動機器人手臂的上下運動手臂的伸縮運動機器人繞鉛垂軸的轉(zhuǎn)動目前十七頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點2、手腕的運動手腕旋轉(zhuǎn)手腕彎曲手腕側(cè)擺手腕繞小臂軸線的轉(zhuǎn)動手腕的上下擺動手腕的水平擺動目前十八頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點最小的三指手

BH—II三指手

四指靈巧手

靈巧的雙手

DLR多指手哈工大多指手目前十九頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點SuperRobustRobotHand超級機器人靈巧手DLR_標清目前二十頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點2.1工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成所處(2)驅(qū)動裝置位置————驅(qū)使工業(yè)機器人機械臂運動的機構(gòu)。它按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使機器人產(chǎn)生動作，相當于人的肌肉、筋絡(luò)?！菊n機器人常用的驅(qū)動方式主要有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電氣驅(qū)動三種基本類型。堂

認知目前，除個別運動精度不高、重負載或有防爆要求的機器人采用液壓、氣壓驅(qū)動外，工業(yè)機器人大多采用電氣驅(qū)動，而其中屬交流伺服電機應(yīng)用最廣，且驅(qū)動器布置大都采用一個關(guān)節(jié)一個驅(qū)動器?！糠祷啬夸浤壳岸豁揬總數(shù)三十九頁\編于十三點優(yōu)點:(1)可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩。(2)液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小,工作平穩(wěn)可靠,并可得到較高的位置精度。(3)液壓傳動中,力、速度和方向比較容易實現(xiàn)自動控制。(4)液壓系統(tǒng)采用油液作介質(zhì),具有防銹性和自潤滑性能,可以提高機械效率,使用壽命長。

液壓驅(qū)動目前二十二頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點存在的不足:

(1)油液的粘度隨溫度變化而變化,這將影響工作性能。高溫容易引起燃燒、爆炸等危險。

(2)液體的泄漏難于克服,要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量,故造價較高。

(3)需要相應(yīng)的供油系統(tǒng),尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴格的濾油裝置,否則會引起故障。目前二十三頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點

液壓驅(qū)動方式的輸出力和功率更大，能構(gòu)成伺服機構(gòu)，常用于大型機器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動。目前二十四頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點

氣動機械手氣壓驅(qū)動目前二十五頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點與液壓驅(qū)動相比,氣壓驅(qū)動的特點是:(1)壓縮空氣粘度小,容易達到高速(1m／s)。(2)利用工廠集中的空氣壓縮機站供氣,不必添加動力設(shè)備。(3)空氣介質(zhì)對環(huán)境無污染,使用安全,可直接應(yīng)用于高溫作業(yè)。(4)氣動元件工作壓力低,故制造要求也比液壓元件低。目前二十六頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點氣壓驅(qū)動的不足:

(1)壓縮空氣常用壓力為0.4～0.6MPa,若要獲得較大的壓力,其結(jié)構(gòu)就要相對增大。

(2)空氣壓縮性大,工作平穩(wěn)性差,速度控制困難,要達到準確的位置控制很困難。

(3)壓縮空氣的除水問題是一個很重要的問題,處理不當會使鋼類零件生銹,導(dǎo)致機器人失靈.此外,排氣還會造成噪聲污染。目前二十七頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點電動機驅(qū)動1）普通交流電動機驅(qū)動2）交、直流伺服電動機驅(qū)動3）步進電動機驅(qū)動輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機器人用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，輸出力矩相對小，控制性能好，可實現(xiàn)速度和位置的精確控制，適用于中小型機器人用于開環(huán)控制，一般用于對速度和位置要求不高的場合電動機使用簡單，且隨著材料性能的提高，電機性能也逐漸提高。所以總的看來，目前機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動逐漸為電動式所代替。目前二十八頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點所處三種驅(qū)動方式特點比較位置————【課堂認知】特點使用范制造成輸出力控制性能維修使用結(jié)構(gòu)體積驅(qū)動方式圍本油液不可壓縮，在輸出力相液壓元壓力、流量均容維修方便，液中、小同的情況下件成本液壓驅(qū)動

壓力高，可獲得大的輸出力

易控制，可無級體對溫度變化型及重，體積比氣較高，調(diào)速，反應(yīng)靈敏敏感，油液泄型機器壓驅(qū)動方式油路比，可實現(xiàn)連續(xù)軌漏易著火人小較復(fù)雜跡控制可高速，沖擊較氣體壓力低，嚴重，精確定位維修簡單，能結(jié)構(gòu)簡輸出力較小，困難。氣體壓縮在高溫、粉塵中、小單，能氣壓驅(qū)動如需輸出力大性大，阻尼效果等惡劣環(huán)境中體積較大型機器源方便

時，其結(jié)構(gòu)尺差，低速不易控使用，泄露無人，成本寸過大制，不易與CPU連影響低接容易與CPU連接，高性能控制性能好，響需要減速裝電氣驅(qū)動輸出力較小或維修使用較復(fù)、運動成本較應(yīng)快，可精確定置，體積較較大雜軌跡要高位，但控制系統(tǒng)小求嚴格復(fù)雜目前二十九頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點2.1工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成所處(3)傳動單元位置目前工業(yè)機器人廣泛采用的機械傳動單元是減速器，應(yīng)用在關(guān)節(jié)型機器人上的————減速器主要有兩類：RV減速器和諧波減速器。一般將RV減速器放置在基座、腰部、大臂等重負載的位置(主要用于20kg以上的機器人關(guān)節(jié))；將諧波減速器放置在小【臂、腕部或手部等輕負載的位置(主要用于20kg以下的機器關(guān)節(jié))。此外，機器人還課采用齒輪傳動、鏈條（帶）傳動、直線運動單元等。堂認知】諧RV波減減速速器器皮帶傳動返回目錄機器人關(guān)節(jié)傳動單元目前三十頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點2.1工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成所處位置1)諧波減速器————通常由3個基本構(gòu)件組成，包括一個有內(nèi)齒的剛輪，一個工作時可產(chǎn)生徑向彈性變形并帶有外齒的柔輪和一個裝在柔輪內(nèi)部、呈橢圓形、外圈帶有柔性滾動軸承的波發(fā)生器，在這3個基本結(jié)構(gòu)中可任意固定一個，其余一個為主動件一個從動件。

【課堂認知柔輪】波發(fā)生器剛輪諧波減速器原理圖目前三十一頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點諧波減速器_XB諧波減速機_機器人_印刷機_機床_諧波傳動減速器目前三十二頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點2.1工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成所處位置2)RV減速器————主要由太陽輪（中心輪）、行星輪、轉(zhuǎn)臂（曲柄軸）、轉(zhuǎn)臂軸承、擺線輪（RV齒輪）、針齒、剛性盤與輸出盤等零部件組成。具有較高的疲勞強度和剛度以及較長的壽命，回差精度穩(wěn)定，高精度機器人傳動多采用RV減速器。

【課堂針齒認知2級減速1級減速行星輪】太陽輪Z2輸入Z1

Z4輸出

Z3擺線輪轉(zhuǎn)臂輸出軸針齒殼RV減速器原理圖目前三十三頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點2.1工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成2.1.2控制器所處機器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機器人完成一定動作或作業(yè)任務(wù)的裝置，是決定機器人功能和性能的主要因素，也是機器人系統(tǒng)中更新和發(fā)展最快的部分，其基本功能有：

示教功能、記憶功能、位置伺服功能、坐標設(shè)定功。位置————

【課堂認知】依據(jù)控制系統(tǒng)的開放程度，機器人控制器分3類：封閉型、開放型和混合型。目前基本上都是封閉型系統(tǒng)（如日系機器人）或混合型系統(tǒng)（如歐系機器人）。

按計算機結(jié)構(gòu)、控制方式和控制算法的處理方法，機器人控制器又可分為集中式控制

和分布式控制兩種方式。目前三十四頁\總數(shù)三十九頁\編于十三點所處(1)集中式控制器位置優(yōu)點：硬件成本較低，便于信息的采集和分析，易于實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，整體性與協(xié)調(diào)性較好，基于PC的系統(tǒng)硬件擴展較為方便。

————缺點：系統(tǒng)控制缺乏靈活性，控制危險容易集中，一旦出現(xiàn)故障，其影響面廣，后果嚴重；大量數(shù)據(jù)計算，會降低系統(tǒng)實時性，系統(tǒng)對多任務(wù)的響應(yīng)能力也會與系統(tǒng)的實時性相沖突；系統(tǒng)連線復(fù)雜，會降低系統(tǒng)的可靠性。【

課堂

認知】機器人關(guān)節(jié)1機器人關(guān)節(jié)1機器人關(guān)節(jié)2機器人關(guān)節(jié)2機器人關(guān)節(jié)n機器人關(guān)節(jié)n+1運動接口卡1驅(qū)動器1運動接口卡2驅(qū)動器2………機器人控制計算機運動接口卡n驅(qū)動器n機器人關(guān)節(jié)n驅(qū)動器1多軸驅(qū)動器2運動控制卡1……驅(qū)動器n機器人控制計算機多軸驅(qū)動器n+1運動控制卡2驅(qū)動器n+2機器人關(guān)節(jié)n+2a)單獨接口卡驅(qū)動b)多軸運動控制卡驅(qū)動集中式機器人控制器結(jié)構(gòu)