第1章工業(yè)機器人概述課件

工業(yè)機器人設(shè)計與應(yīng)用機電工程學(xué)院工業(yè)機器人設(shè)計與應(yīng)用機電工程學(xué)院1課程介紹課程性質(zhì)：專業(yè)課課程內(nèi)容：設(shè)計工業(yè)機器人所需要的基本知識學(xué)習(xí)方法：課堂學(xué)習(xí)+課后實踐課程要求：課程介紹課程性質(zhì)：專業(yè)課2學(xué)習(xí)內(nèi)容：§1.1

機器人§1.2工業(yè)機器人定義及工作環(huán)境§1.3

工業(yè)機器人基本組成及技術(shù)參數(shù)§1.4工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用§1.5

工業(yè)機器人的未來

第1章概述重點內(nèi)容：工業(yè)機器人的定義、分類、技術(shù)參數(shù)及組成

學(xué)習(xí)要求：了解：機器人的工作環(huán)境、應(yīng)用、發(fā)展熟悉：熟悉工業(yè)機器人的定義、分類、技術(shù)參數(shù)掌握：工業(yè)機器人組成學(xué)習(xí)內(nèi)容：第1章概述重點內(nèi)容：工業(yè)機器人的定義、分類、3§1.1機器人一、什么是機器人？

機器人是一種能自動控制、可重復(fù)編程、多功能，可以代替人完成特定任務(wù)的一種自動化機電裝置。二、機器人的分類

機器人的分類方法很多，這里依據(jù)2個有代表性的分類方法列舉機器人的分類：分別按照應(yīng)用和控制方式分類。

第1章概述視頻1視頻2視頻3§1.1機器人一、什么是機器人？機器4機器人按應(yīng)用分類：工業(yè)機器人：極限機器人：娛樂機器人：搬運、焊接、裝配、噴漆、檢查等機器人。彈奏樂器的機器人、舞蹈機器人、玩具機器人等，也有根據(jù)環(huán)境而改變動作的機器人。主要用于現(xiàn)代化的工廠和柔性加工系統(tǒng)中。主要是指在人們難以進入的核電站、海底、宇宙空間進行作業(yè)的機器人，也包括建筑、農(nóng)業(yè)機器人等。觀看圖片觀看圖片觀看圖片

第1章概述機器人按應(yīng)用分類：工業(yè)機器人：極限機器人：娛樂機器人：搬運、5機器人按控制方式分類：操作機器人：程序機器人：示教再現(xiàn)機器人：機器人將所教的操作過程自動地記錄在磁盤、磁帶等存貯器中，當(dāng)需要再現(xiàn)操作時，可重復(fù)所教過的動作過程。典型代表是核電站處理放射性物質(zhì)時遠距離進行操作的機器人。按預(yù)先給定的程序、條件、位置進行作業(yè)。智能機器人：綜合機器人：不僅可以進行預(yù)先設(shè)定的動作，還可以按照工作環(huán)境的變化改變動作。由操縱機器人、示教再現(xiàn)機器人、智能機器人組合而成的機器人，如火星機器人。

第1章概述機器人按控制方式分類：操作機器人：程序機器人：示教再現(xiàn)機器人6§1.2工業(yè)機器人定義及工作環(huán)境一、工業(yè)機器人定義及特點

U.S.RIA提出的定義：工業(yè)機器人是用來進行搬運材料、零件、工具等可再編程的多功能機械手，或通過不同程序的調(diào)用來完成各種工作任務(wù)的特種裝置。

ISO定義：工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能夠完成各種作業(yè)的可編程操作機。

ISO8373提出更具體的定義：機器人具有自動控制及可再編程、多用途功能，機器人操作機具有三個或三個以上的可編程軸，在工業(yè)自動化應(yīng)用中，機器人的底座可固定也可移動。1、定義

第1章概述§1.2工業(yè)機器人定義及工作環(huán)境一、工業(yè)機器人定義及特點72、特點（1）可編程（2）擬人化（3）通用性（4）機電一體化

第1章概述2、特點（1）可編程第1章概述8二、工業(yè)機器人與環(huán)境交互工業(yè)機器人與外部環(huán)境的交互包括硬件環(huán)境和軟件環(huán)境（1）與硬件環(huán)境的交互主要是與外部設(shè)備的通信、工作域中障礙和自由空間的描述、操作對象的描述。（2）與軟件環(huán)境的交互主要是與生產(chǎn)單元監(jiān)控計算機所提供的管理信息系統(tǒng)的通信。

第1章概述

工業(yè)機器人與環(huán)境交互是機器人技術(shù)的關(guān)鍵。工業(yè)機器人在沒有人工干預(yù)的情況下對外部環(huán)境的自我適應(yīng)，行動的自我規(guī)劃，將是今后機器人技術(shù)及其應(yīng)用的研究方向！二、工業(yè)機器人與環(huán)境交互工業(yè)機器人與外部環(huán)境的交互包括硬件環(huán)9

第1章概述§1.3工業(yè)機器人基本組成及技術(shù)參數(shù)一、工業(yè)機器人的基本組成工業(yè)機器人由3大部分或6個子系統(tǒng)組成!機械部分傳感部分控制部分驅(qū)動系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)感受系統(tǒng)機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)人-機交互系統(tǒng)控制系統(tǒng)“=”第1章概述§1.3工業(yè)機器人基本組成及技術(shù)參數(shù)一、10圖1-8工業(yè)機器人的基本組成

第1章概述①要使機器人運動起來，就需要給各個關(guān)節(jié)即每個運動自由度安置傳動裝置。②由機身、手臂、末端操作器三大件組成。③由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。④實現(xiàn)工業(yè)機器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。⑤是使操作人員參與機器人控制并與機器人進行聯(lián)系的裝置。⑥其任務(wù)是根據(jù)機器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來的信號支配機器人的執(zhí)行機構(gòu)去完成規(guī)定的運動和功能。圖1-8工業(yè)機器人的基本組成第1章概述①要使機器人運11圖1-9工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖1-10三菱裝配機器人系統(tǒng)圖1-9工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖1-10三菱裝配機器人12

第1章概述二、工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)

工業(yè)機器人的主要技術(shù)參數(shù)一般應(yīng)有：自由度重復(fù)定位精度工作范圍最大工作速度承載能力第1章概述二、工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)工業(yè)131.自由度(DegreeofFreedom，Dof)

自由度是指機器人所具有的獨立坐標(biāo)軸運動的數(shù)目,不應(yīng)包括手爪(末端操作器)的開合自由度。

第1章概述1.自由度(DegreeofFreedom，Dof14圖1-11PUMA562工業(yè)機器人

第1章概述圖1-11PUMA562工業(yè)機器人第1章概述15

第1章概述2.精度(Accuracy)

工業(yè)機器人精度是指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度是指機器人手部實際到達位置與目標(biāo)位置之間的差異。重復(fù)定位精度是指機器人重復(fù)定位其手部于同一目標(biāo)位置的能力,可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差這個統(tǒng)計量來表示,它是衡量一列誤差值的密集度(即重復(fù)度),如圖1-12所示。第1章概述2.精度(Accuracy)16圖1-12工業(yè)機器人定位精度和重復(fù)定位精度的典型情況

第1章概述(a)重復(fù)定位精度的測量；(b)合理定位精度，良好重復(fù)定位精度；(c)良好定位精度,很差重復(fù)定位精度；(d)很差定位精度，良好重復(fù)定位精度圖1-12工業(yè)機器人定位精度和重復(fù)定位精度的典型情況173.工作范圍(WorkSpace)

工作范圍是指機器人手臂末端或手腕中心所能到達的所有點的集合,也叫工作區(qū)域。因為末端操作器的尺寸和形狀是多種多樣的,為了真實反映機器人的特征參數(shù),所以,這里是指不安裝末端操作器時的工作區(qū)域。

第1章概述3.工作范圍(WorkSpace)第1章概述18圖

1-13PUMA機器人工作范圍

第1章概述圖1-13PUMA機器人工作范圍第1章概述19圖1-14A4020型SCARA機器人工作范圍

第1章概述圖1-14A4020型SCARA機器人工作范圍第1204.速度(Speed)

速度和加速度是表明機器人運動特性的主要指標(biāo)。說明書中通常提供了主要運動自由度的最大穩(wěn)定速度,但在實際應(yīng)用中單純考慮最大穩(wěn)定速度是不夠的。所以,考慮機器人運動特性時,除注意最大穩(wěn)定速度外,還應(yīng)注意其最大允許的加減速度。

第1章概述4.速度(Speed)第1章概述215.承載能力(Payload)

承載能力是指機器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。承載能力不僅決定于負載的質(zhì)量,而且還與機器人運行的速度和加速度的大小和方向有關(guān)。為了安全起見,承載能力這一技術(shù)指標(biāo)是指高速運行時的承載能力。通常,承載能力不僅指負載,而且還包括了機器人末端操作器的質(zhì)量。

機器人有效負載的大小除受到驅(qū)動器功率的限制外,還受到桿件材料極限應(yīng)力的限制,因而,它又和環(huán)境條件(如地心引力)、運動參數(shù)(如運動速度、加速度以及它們的方向)有關(guān)。

第1章概述5.承載能力(Payload)機器人22圖

1-15三菱裝配機器人不帶電動手爪時的承載能力

第1章概述圖1-15三菱裝配機器人不帶電動手爪時的承載能力第23圖

1-16三菱裝配機器人帶電動手爪時的承載能力

第1章概述圖1-16三菱裝配機器人帶電動手爪時的承載能力第24§1.4工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用

第1章概述一、工業(yè)機器人的分類機械部分基本結(jié)構(gòu)驅(qū)動源直角坐標(biāo)式機器人圓柱坐標(biāo)式機器人球坐標(biāo)式機器人關(guān)節(jié)坐標(biāo)式機器人平面關(guān)節(jié)式機器人柔軟臂式機器人冗余自由度式機器人模塊式機器人氣動液動電動傳感部分視覺傳感器觸覺傳感器接近覺傳感器人工操縱機器人固定程序機器人可變程序機器人重演式示教機器人計算機數(shù)控機器人智能機器人控制部分﹁信息輸入和示教方法﹂§1.4工業(yè)機器人的分類及應(yīng)用第1章概述一、工業(yè)機25

第1章概述2、按機器人的控制方式分類①非伺服機器人（Non-servoRobots）能源插銷板定序器驅(qū)動裝置機械手限位開關(guān)終端制動器圖1-18非伺服機器人功能示意圖

按照預(yù)先編好的程序進行工作，使用終端限位開關(guān)、制動器、插銷板和定序器來控制機器人的運動。第1章概述2、按機器人的控制方式分類①非伺服機器人（N26能源比較器放大器驅(qū)動裝置機械手反饋傳感器給定指令被控制量反饋信號圖1-19伺服機器人功能示意圖②伺服控制機器人（Servo-controlledRobots）

伺服機器人可分為：點位伺服控制和連續(xù)軌跡伺服控制兩種。

第1章概述能源比較器放大器驅(qū)動裝置機械手反饋給定被控制量反饋信號圖1-273、按機器人的智能程度分類（1）一般機器人（2）智能機器人4、按機器人的移動方式分類（1）固定機器人（2）移動機器人

第1章概述3、按機器人的智能程度分類（1）一般機器人4、按機器人的移動28

第1章概述二、工業(yè)機器人的應(yīng)用目前,工業(yè)機器人主要用于以下幾個方面:

1)惡劣工作環(huán)境及危險工作

2)特殊作業(yè)場合和極限作業(yè)

3)自動化生產(chǎn)領(lǐng)域第1章概述二、工業(yè)機器人的應(yīng)用目前,工業(yè)機器人主要用29

第1章概述

目前,工業(yè)機器人主要用于以下幾個方面:

1)惡劣工作環(huán)境及危險工作壓鑄車間及核工業(yè)等領(lǐng)域的作業(yè)是一種有害于健康并危及生命,或不安全因素很大而不宜于人去做的作業(yè),用工業(yè)機器人做是最適合的。第1章概述目前,工業(yè)機器人主要用于以下幾個方面:30

第1章概述圖

1-20燃料自動交換機

第1章概述圖1-20燃料自動交換機31

第1章概述

2)特殊作業(yè)場合和極限作業(yè)火山探險、深海探密和空間探索等領(lǐng)域?qū)τ谌祟悂碚f是力所不能及的,只有機器人才能進行作業(yè)。圖

1-21航天飛機上的操作臂

第1章概述2)特殊作業(yè)場合和極限作業(yè)圖1-232

第1章概述

3)自動化生產(chǎn)領(lǐng)域早期的工業(yè)機器人在生產(chǎn)上主要用于機床上下料、點焊和噴漆。隨著柔性自動化的出現(xiàn),機器人在自動化生產(chǎn)領(lǐng)域扮演了更重要的角色?，F(xiàn)舉例如下:

(1)焊接機器人

(2)材料搬運機器人

(3)檢測

(4)裝配機器人

(5)噴漆和噴涂第1章概述3)自動化生產(chǎn)領(lǐng)域33

第1章概述§1.5工業(yè)機器人的未來

一、全球機器人的發(fā)展?fàn)顩r

1954年,美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念,并申請了專利。