認(rèn)識工業(yè)機器人-課件

任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人知識目標(biāo):1.掌握工業(yè)機器人的定義。2.熟悉工業(yè)機器人的常見分類及行業(yè)應(yīng)用。3.了解工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。4.了解工業(yè)機器人的安全使用注意事項。能力目標(biāo):2.能進(jìn)行簡單的機器人操作。1.能結(jié)合工廠自動化生產(chǎn)線說出搬運機器人、碼垛機器人、裝配機器人、涂裝機器人和焊接機器人的應(yīng)用場合。

了解工業(yè)機器人的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢;通過現(xiàn)場參觀,認(rèn)識工業(yè)機器人相關(guān)企業(yè);現(xiàn)場觀摩或在技術(shù)人員的指導(dǎo)下操作ABB工業(yè)機器人,了解其基本組成。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人

一、工業(yè)機器人的定義及特點1.工業(yè)機器人的定義國際上對機器人的定義有很多。美國機器人協(xié)會(RoboticIndustriesAssociation,RIA)將工業(yè)機器人定義為:“工業(yè)機器人是用來搬運材料、零部件、工具等可再編程序的多功能機械手,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?！比蝿?wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人日本工業(yè)機器人協(xié)會(JapanIndustrialRobotAssociation,JIRA)將工

業(yè)機器人定義為:“工業(yè)機器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)

行器的,能夠轉(zhuǎn)動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通

用機器?！痹谖覈?989年的國標(biāo)草案中,工業(yè)機器人被定義為:“一種自動定

位控制,可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機?！辈僮鳈C被定義為:“具有和人手臂相似的動作功能,可在空間抓取物體

或進(jìn)行其他操作的機械裝置?！比蝿?wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(InternationalOrganizationforStandardization,ISO)

曾于1984年將工業(yè)機器人定義為:“機器人是一種自動的、位置

可控的、具有編程能力的多功能機械手,這種機械手具有幾個軸,

能夠借助于可編程的操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝

置,以執(zhí)行各種任務(wù)。”任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人2.工業(yè)機器人的特點(1)可編程生產(chǎn)自動化的進(jìn)一步發(fā)展即柔性自動化。工業(yè)機器人可根

據(jù)其工作環(huán)境變化的需要而再編程,因此它在小批量、多品種的具有均

衡高效率的柔性制造過程中能發(fā)揮很好的功用,是柔性制造系統(tǒng)中的一

個重要組成部分。(2)擬人化工業(yè)機器人在機械結(jié)構(gòu)方面有類似人的行走機構(gòu)、腰部、

大臂、小臂、手腕、手爪等部分,由計算機控制。此外,智能化工業(yè)機器

人還有許多類似人類的生物傳感器,如皮膚型接觸傳感器、力傳感器、

負(fù)載傳感器、視覺傳感器、聲覺傳感器、語音功能傳感器等。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人(3)通用性除了專門設(shè)計的專用的工業(yè)機器人外,一般機器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時具有較好的通用性。例如,更換工業(yè)機器人的手部末端執(zhí)行器(手爪、工具等),便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。(4)機電一體化第三代智能機器人不僅具有獲取外部環(huán)境信息的各種

傳感器,而且還具有記憶能力、語言理解能力、圖像識別能力、推理判

斷能力等人工智能,這些都是微電子技術(shù)的應(yīng)用,特別是與計算機技術(shù)的

應(yīng)用密切相關(guān)。工業(yè)機器人與自動化成套技術(shù),集中并融合了多項學(xué)科,

涉及多項技術(shù)領(lǐng)域,包括工業(yè)機器人控制技術(shù)、機器人動力學(xué)及仿真、

機器人構(gòu)建有限元分析、激光加工技術(shù)、模塊化程序設(shè)計、智能測量

、建模加工一體化、工廠自動化及精細(xì)物流等先進(jìn)制造技術(shù),技術(shù)綜合

性強。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人二、工業(yè)機器人的歷史和發(fā)展趨勢1.工業(yè)機器人的誕生“機器人”(Robot)這一術(shù)語是1921年捷克著名劇作家、科幻文學(xué)

家、童話寓言家卡雷爾·恰佩克首創(chuàng)的,此后一直沿用至今。不過,

人類對于機器人的夢想?yún)s已延續(xù)數(shù)千年之久,如古希臘古羅馬神

話中冶煉之神用黃金打造的機械仆人、希臘神話《阿魯哥探險船

》中的青銅巨人泰洛斯、猶太傳說中的泥土巨人、我國西周時代

能歌善舞的木偶“倡者”和三國時期諸葛亮的“木牛流馬”傳說等。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人而到了現(xiàn)代,人類對于機器人的向往,從機器人頻繁出現(xiàn)在科幻小說和電影中就不難看出。科技的進(jìn)步使機器人不僅停留在科幻故事里,它正一步步“潛入”人類生活的方方面面。1959年,美國發(fā)明家英格伯格與德沃爾制造了世界上第一臺工業(yè)機器人Un-imate,如圖1-1-1所示,這個外形類似坦克炮塔的機器人可實現(xiàn)回轉(zhuǎn)、伸縮、俯仰等動作,它被稱為現(xiàn)代機器人的開端。之后,不同功能的工業(yè)機器人相繼出現(xiàn)并且被應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-1世界上第一臺工業(yè)機器人Unimate任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人正文2.工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀機器人作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一,自20世紀(jì)60年代初問

世以來,從簡單機器人發(fā)展到智能機器人,意味著機器人技術(shù)的發(fā)

展已取得長足進(jìn)步。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人2005年,日本安川(YASKAWA)公司推出能夠從事此前由人類完成

的組裝及搬運作業(yè)的產(chǎn)業(yè)機器人MOTOMAN-DA20和MO-TOMAN-IA20,如圖1-1-2所示。MOTOMAN-DA20機器人是一款在仿造人類上半身的構(gòu)造物上配備2個六軸驅(qū)動臂型的雙臂機器人,其上半身構(gòu)造物本身具有繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié),尺寸與成年男性大體相同,可直接配置在此前人類進(jìn)行作業(yè)的場所。因為可實現(xiàn)接近人類兩臂的動作,因此MOTOMAN-DA20機器人可以穩(wěn)定地搬運工件,還可以從事緊固螺母以及部件的組裝和插入等作業(yè)。另外,它與協(xié)調(diào)控制2個臂型機器人相比,占地面積更小。其單臂負(fù)重能力為20kg,雙臂最多可搬運40kg的工件。2010年,意大利柯馬(COMAU)公司宣布SMART5PAL碼垛機器人

研制成功,如圖1-1-3所示。它專為碼垛作業(yè)設(shè)計,采用新的控制單

元C5G和無線示教,有效載荷范圍為180~260kg,作業(yè)半徑達(dá)3.1m,

同時共享機器人家族的中空腕技術(shù)和機械配置選項。該機器人符合人體工程學(xué),采用一流的碳纖維桿,整體輕量化設(shè)計,線速度高,能

有效減少和優(yōu)化時間節(jié)拍,滿足一般工業(yè)部門客戶的高質(zhì)量要求,

主要應(yīng)用在裝載和卸載、多個產(chǎn)品拾取、堆垛和高速操作等場合。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-2YASKAWA公司的產(chǎn)業(yè)機器人a)雙臂機器人MOTOMAN-DA20b)七軸機器人MOTOMAN-IA20任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-3COMAU公司的碼垛機器人SMART5PAL任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人正文同年,德國KUKA公司的機器人產(chǎn)品——氣體保護焊接專家KR5

arcHW,如圖1-1-4所示,贏得了全球著名的紅點獎,并且獲得了

“RedDot:優(yōu)中之優(yōu)”杰出設(shè)計獎。其機械臂和機械手上有一個5

0mm寬的通孔,穿孔敷設(shè)不僅可以避免氣體軟管組件受到機械性

損傷,而且可以防止軟管在機器人改變方向時隨意甩動。這一設(shè)

計既可用于敷設(shè)抗扭轉(zhuǎn)軟管組件,也可用于無限轉(zhuǎn)動的氣體軟管

組件。對用戶來說,這不僅意味著提高了構(gòu)件的可接近性,實現(xiàn)了

對整套軟管的最佳保護,而且使離線編程也得到了簡化。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人日本FANUC公司也推出過RobotM-3iA裝配機器人。M-3iA裝配機器人可采用四軸或六軸模式,具有獨特的平行連接結(jié)構(gòu),并且還

具備輕巧便攜的特點,承重極限達(dá)6kg,如圖1-1-5所示。此外,M-3iA

裝配機器人在同等級機器人(1350mm×500mm)中的工作行程最大

。六軸模式下的M-3iA裝配機器人具備一個三軸手腕,用于處理復(fù)

雜的生產(chǎn)線任務(wù),還能按要求旋轉(zhuǎn)零件,幾乎可與手工媲美。四軸

模式下的M-3iA裝配機器人具備一個單軸手腕,可用于簡單快速的

拾取操作,工作速度可達(dá)4000°/s。另外,手腕的中空設(shè)計使電纜可

在內(nèi)部纏繞,大大降低了電纜的損耗。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-4KUKA公司的焊接機器人KR5arcHW任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-5FANUC公司的裝配機器人RobotM-3iA任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人正文國際工業(yè)機器人技術(shù)日趨成熟,基本沿著兩個路徑發(fā)展:一是模仿

人的手臂,實現(xiàn)多維運動,在應(yīng)用上比較典型的是點焊機器人、弧

焊機器人;二是模仿人的下肢運動,實現(xiàn)物料輸送、傳遞等搬運功

能,如搬運機器人。目前,機器人研發(fā)水平較高的是日本、美國與

歐洲國家。日本在工業(yè)機器人領(lǐng)域研發(fā)實力非常強,全球曾一度

有60%的工業(yè)機器人都來自日本;美國則在特種機器人研發(fā)方面全

球領(lǐng)先。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人它們在發(fā)展工業(yè)機器人方面各有特點。①日本模式。各司其職,分層面完成交鑰匙工程。即機器人制造廠商以

開發(fā)新型機器人和批量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品為主要目標(biāo),并由其子公司或社會上的工程公司來設(shè)計制造各行各業(yè)所需要的機器人成套系統(tǒng)。②歐洲模式。一攬子交鑰匙工程。即機器人的生產(chǎn)和用戶所需要的系

統(tǒng)設(shè)計制造,全部由機器人制造商自己完成。③美國模式。采購與成套設(shè)計相結(jié)合。本國國內(nèi)基本上不生產(chǎn)普通的

工業(yè)機器人,企業(yè)需要機器人通常由工程公司進(jìn)口,再自行設(shè)計、制造配

套的外圍設(shè)備。總之,機器人行業(yè)的發(fā)展與30年前的計算機行業(yè)極為相似。機器人制造

公司沒有統(tǒng)一的操作系統(tǒng)軟件,流行的應(yīng)用程序很難在五花八門的裝置

上運行。機器人硬件的標(biāo)準(zhǔn)化工作也尚未開始,在一臺機器人上使用的編程代碼,幾乎不可能在另一臺機器人上發(fā)揮作用。如果想開發(fā)新的機

器人,通常需要從零開始。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人我國在機器人領(lǐng)域的發(fā)展尚處于起步階段,應(yīng)以美國模式著手,在條件成

熟后逐步向日本模式靠近。整體而言,與國外進(jìn)口機器人相比,國產(chǎn)工業(yè)

機器人在精度、速度等方面不如同類進(jìn)口產(chǎn)品,特別是在關(guān)鍵核心技術(shù)

上還沒有取得應(yīng)用突破。3.工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢從近幾年推出的產(chǎn)品來看,工業(yè)機器人技術(shù)正向高性能、智能化

、模塊化和系統(tǒng)化方向發(fā)展,其發(fā)展趨勢主要為:結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化;控制技術(shù)的開放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化;伺服驅(qū)動技術(shù)的數(shù)

字化和分散化;多傳感器融合技術(shù)的實用化;工作環(huán)境設(shè)計的優(yōu)化

和作業(yè)的柔性化。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人(1)高性能工業(yè)機器人技術(shù)正向高速度、高精度、高可靠性、便于操

作和維修方向發(fā)展,且單機價格不斷下降。(2)機械結(jié)構(gòu)向結(jié)構(gòu)的模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展例如,關(guān)節(jié)模塊中的伺服

電動機、減速機、檢測系統(tǒng)向著三位一體的方向發(fā)展;由關(guān)節(jié)模塊、連

桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機;國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問

世。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人(3)本體結(jié)構(gòu)更新加快隨著技術(shù)的進(jìn)步,機器人本體近10年來發(fā)展變化

很快。以日本安川公司的MOTOMAN機器人產(chǎn)品為例,L系列機器人持

續(xù)10年時間,K系列機器人持續(xù)5年時間,SK系列機器人持續(xù)3年時間。其

最突出的特點是:大臂采用新型的非平行四邊形的單連桿機構(gòu),工作空間

有所增加,本體自重進(jìn)一步減小,變得更加輕巧。(4)控制系統(tǒng)向基于PC的開放型控制器方向發(fā)展控制系統(tǒng)向基于PC的

開放型控制器方向發(fā)展,便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高,控制柜日

見小巧。(5)多傳感器融合技術(shù)的實用化機器人中的傳感器作用日益重要,除采

用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外,裝配機器人和焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器,而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制。多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人(6)多智能體調(diào)控技術(shù)多智能體調(diào)控技術(shù)是目前機器人研究的一個熱

點領(lǐng)域,主要對多機器人協(xié)作、多機器人通信、多智能體的群體體系結(jié)

構(gòu)、相互間的通信與磋商機理、感知與學(xué)習(xí)方法、建模和規(guī)劃、群體

行為控制等方面進(jìn)行研究。三、工業(yè)機器人的分類關(guān)于工業(yè)機器人的分類,國際上沒有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),有的按負(fù)載重量分類,有的按控制方式分類,有的按自由度分類,有的按結(jié)構(gòu)度分類,有的按應(yīng)用度分類。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人1.按機器人的技術(shù)等級劃分按照機器人技術(shù)發(fā)展水平可以將工業(yè)機器人分成三代。(1)第一代機器人——示教再現(xiàn)機器人示教再現(xiàn)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)。示教可以由操作人員手把手地進(jìn)行。例如操作人員握住機器人上的噴槍,沿噴漆路線示教一

遍,機器人會記住這一連串運動,工作時,自動重復(fù)這些運動,從而完成給

定位置的涂裝工作。這種手把手示教方式即所謂的直接示教,如圖1-1-6

a所示。但是,比較普遍的方式是通過示教器示教,如圖1-1-6b所示。操作

人員利用示教器上的開關(guān)或按鍵來控制機器人一步一步運動,機器人自

動記錄,然后重復(fù)。目前在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的機器人大多屬于第一代機器

人。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-6示教再現(xiàn)工業(yè)機器人a)手把手示教b)示教器示教任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人(2)第二代機器人——感知機器人感知機器人配置了環(huán)境感知裝置,能

在一定程度上適應(yīng)環(huán)境的變化,目前已進(jìn)入應(yīng)用階段解決這個問題,第二代工業(yè)機器人(應(yīng)用于焊接作業(yè)時)采用焊縫跟蹤技術(shù),通過傳感器感知焊縫的位置,再通過反饋控制自動跟蹤焊縫,從而對示教的位置進(jìn)行修正,即使實際焊縫相對于原始設(shè)定的位置有變化,機器人仍然可以很好地完成焊接工作。類似的技術(shù)正越來越多地應(yīng)用于工業(yè)機器人。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-7感知機器人任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-8智能型機器人任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人(3)第三代機器人——智能型機器人智能型機器人如圖1-1-8所示,具有

發(fā)現(xiàn)問題并且能自主地解決問題的能力。這類機器人具有多種傳感器,

不僅可以感知自身的狀態(tài),如所處的位置、自身的故障等,而且能夠感知

外部環(huán)境的狀態(tài),如自動發(fā)現(xiàn)路況、測出協(xié)作機器的相對位置、相互作

用的力等。更重要的是,智能型機器人能夠根據(jù)獲得的信息,進(jìn)行邏輯推

理、判斷決策,在變化的內(nèi)部狀態(tài)與變化的外部環(huán)境中自主決定自身的

行為。也就是說,這類機器人不但具有感覺能力,而且具有獨立判斷、行

動、記憶、推理和決策的能力,能適應(yīng)外部對象、環(huán)境而協(xié)調(diào)地工作,能

完成更加復(fù)雜的動作,還具備故障自我診斷及修復(fù)能力。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人2.按機器人的機構(gòu)特征劃分工業(yè)機器人的機械配置形式多種多樣,典型機器人的機構(gòu)運動特

征是用其坐標(biāo)特征來描述的。按基本動作機構(gòu),工業(yè)機器人通常

可分為直角坐標(biāo)機器人、柱面坐標(biāo)機器人、球面坐標(biāo)機器人和關(guān)

節(jié)機器人等類型。(1)直角坐標(biāo)機器人直角坐標(biāo)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,如圖1-1-9所示,通過直角坐標(biāo)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區(qū)域。直角坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu)簡單,定位精度高,空間軌跡易于求解;但其動作范圍相對較小,設(shè)備的空間因數(shù)較低,和其他類型機器人相比,實現(xiàn)相同的動作空間要求時,機體本身的體積較大。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-9直角坐標(biāo)機器人a)示意圖b)實物圖任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人(2)柱面坐標(biāo)機器人柱面坐標(biāo)機器人的空間位置機構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)基座

、垂直移動軸和水平移動軸構(gòu)成,如圖1-1-10所示。它具有1個回轉(zhuǎn)自由

度和2個平移自由度,動作空間呈圓柱體。這種機器人結(jié)構(gòu)簡單、剛性好,但缺點是在機器人的動作范圍內(nèi),必須有沿軸線前后方向的移動

空間,空間利用率較低。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-10直角坐標(biāo)機器人a)示意圖b)實物圖任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人(3)球面坐標(biāo)機器人如圖1-1-11所示,球面坐標(biāo)機器人的空間位置分別由

旋轉(zhuǎn)、擺動和平移3個自由度確定,動作空間為球面的一部分。其機械手

能夠做前后伸縮移動、在垂直平面上擺動以及繞底座在水平面上移動

。著名的Unimate機器人就是這種類型的機器人。這種機器人的特點是

結(jié)構(gòu)緊湊,所占空間體積小于直角坐標(biāo)機器人和柱面坐標(biāo)機器人,但仍大

于多關(guān)節(jié)機器人。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-11球面坐標(biāo)機器人a)示意圖b)實物圖任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人(4)關(guān)節(jié)機器人關(guān)節(jié)機器人中以多關(guān)節(jié)機器人應(yīng)用較多。多關(guān)節(jié)機器

人由多個旋轉(zhuǎn)和擺動機構(gòu)組合而成。這類機器人結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間

大、動作最接近人的動作,對涂裝、裝配、焊接等多種作業(yè)都有良好的

適應(yīng)性,應(yīng)用范圍越來越廣。不少著名的機器人都采用了這種形式,其擺

動方向主要有鉛垂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。例如美國Unimation公司20世紀(jì)70

年代末推出的機器人PUMA就是一種垂直多關(guān)節(jié)機器人,而日本由梨大

學(xué)研制的機器人SCARA則是一種典型的水平多關(guān)節(jié)機器人。目前世界

上工業(yè)領(lǐng)域裝機最多的工業(yè)機器人是SCARA型平面多關(guān)節(jié)機器人和串

聯(lián)關(guān)節(jié)型垂直六軸機器人。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人正文1)垂直多關(guān)節(jié)機器人。垂直多關(guān)節(jié)機器人模擬了人類的手臂功能,由垂

直于地面的腰部旋轉(zhuǎn)軸(相對于大臂旋轉(zhuǎn)的肩部旋轉(zhuǎn)軸)、帶動小臂旋轉(zhuǎn)

的肘部旋轉(zhuǎn)軸以及小臂前端的手腕等構(gòu)成。手腕通常有2~3個自由度。

垂直多關(guān)節(jié)機器人的動作空間近似一個球體,所以也稱為多關(guān)節(jié)球面機

器人,如圖1-1-12所示。其優(yōu)點是可以自由地實現(xiàn)三維空間的各種姿勢,

可以生成各種復(fù)雜形狀的軌跡;相對于機器人的安裝面積,其動作范圍很

寬。其缺點是結(jié)構(gòu)剛度較低,動作的絕對位置精度較低。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人2)水平多關(guān)節(jié)機器人。水平多關(guān)節(jié)機器人在結(jié)構(gòu)上具有串聯(lián)配置的兩個

能夠在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的手臂,其自由度可以根據(jù)用途選擇2~4個,動作空

間為一個圓柱體,如圖1-1-13所示。其優(yōu)點是在垂直方向上的剛性好,能方便地實現(xiàn)二維平面的動作,在裝配作業(yè)中得到普遍應(yīng)用。圖1-1-12垂直多關(guān)節(jié)機器人任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-13水平多關(guān)節(jié)機器人任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人正文四、工業(yè)機器人的應(yīng)用工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。在國外,工業(yè)機器人技術(shù)日趨成熟,已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備而得到工業(yè)界的廣泛應(yīng)用,從而也形成了一批在國際上較有影響力的、知名工業(yè)機器人公司。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-14近年來工業(yè)機器人行業(yè)應(yīng)用分布任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-14所示為近年來工業(yè)機器人行業(yè)應(yīng)用分布情況。(1)機器人搬運搬運作業(yè)是指用一種設(shè)備握持工件,從一個加工位置移

到另一個加工位置。搬運機器人可安裝不同的末端執(zhí)行器(如機械手爪

、真空吸盤、電磁吸盤等),以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運,大大

減輕了人類繁重的體力勞動。通過編程控制,可以使多臺機器人配合各個工序不同設(shè)備的工作時間,實現(xiàn)流水線作業(yè)的最優(yōu)化。搬運機器人具有定

位準(zhǔn)確、工作節(jié)拍可調(diào)、工作空間大、性能優(yōu)良、運行平穩(wěn)、維修方

便等特點。目前世界上使用的搬運機器人已超過10萬臺,它們廣泛應(yīng)用

于機床上下料、自動裝配流水線、碼垛搬運、集裝箱等自動搬運。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-15機器人搬運機床上下料任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人機器人搬運機床上下料如圖1-1-15所示。圖1-1-16機器人碼垛任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人(2)機器人碼垛機器人碼垛是機電一體化高新技術(shù)產(chǎn)品,如圖1-1-16所示

。它可滿足中低量的生產(chǎn)需要,也可按照要求的編組方式和層數(shù),完成對

料帶、膠塊、箱體等各種產(chǎn)品的碼垛。機器人替代人工搬運、碼垛,能

迅速提高企業(yè)的生產(chǎn)率和產(chǎn)量,同時能減少人工搬運造成的錯誤;機器人

碼垛可全天候作業(yè),由此每年可節(jié)約大量的人力資源成本,達(dá)到減員增效

。碼垛機器人廣泛應(yīng)用于化工、飲料、食品、啤酒、塑料等生產(chǎn)企業(yè),

對紙箱、袋裝、罐裝、啤酒箱、瓶裝等各種形狀的包裝成品都適用。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人(3)機器人焊接機器人焊接是目前最大的工業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)域(如工程

機械、汽車制造、電力建設(shè)、鋼結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域),它能在惡劣的環(huán)境下連續(xù)

工作并能提供穩(wěn)定的焊接質(zhì)量,提高了工作效率,減輕了工人的勞動強度。采用機器人焊接是焊接自動化的革命性進(jìn)步,它突破了焊接剛性自動

化(焊接專機)的傳統(tǒng)方式,開拓了一種柔性自動化生產(chǎn)方式,實現(xiàn)了在一

條焊接機器人生產(chǎn)線上同時自動生產(chǎn)若干種焊件,如圖1-1-17所示。(4)機器人涂裝機器人涂裝工作站或生產(chǎn)線充分利用了機器人靈活、

穩(wěn)定、高效的特點,適用于生產(chǎn)量大、產(chǎn)品型號多、表面形狀不規(guī)則的

工件外表面涂裝,廣泛應(yīng)用于汽車、汽車零配件(如發(fā)動機、保險杠、變

速器、彈簧、板簧、塑料件、駕駛室等)、鐵路(如客車、機車、油罐車

等)、家電(如電視機、電冰箱、洗衣機、計算機、手機等外殼)、建材

(如衛(wèi)生陶瓷)、機械(如電動機、減速器)等行業(yè),如圖1-1-18所示。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人(5)機器人裝配裝配機器人是柔性自動化系統(tǒng)的核心設(shè)備,如圖1-1-19所示。其末端執(zhí)行器為適應(yīng)不同的裝配對象而設(shè)計成各種手爪;傳感系統(tǒng)用于獲取裝配機器人與環(huán)境和裝配對象之間相互作用的信息。與一般工業(yè)機器人相比,裝配機器人具有精度高、柔性好、工作范圍小、能與其他系統(tǒng)配套使用等特點,主要應(yīng)用于各種電器制造行業(yè)及流水線產(chǎn)品的組裝作業(yè),具有高效、精確、可不間斷工作的特點。綜上所述,在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用機器人,可以方便、迅速地改變作業(yè)內(nèi)容或

方式,以滿足生產(chǎn)要求的變化。例如,改變焊縫軌跡,改變涂裝位置,變更

裝配部件或位置等。隨著對工業(yè)生產(chǎn)線柔性的要求越來越高,對各種機

器人的需求也會越來越強烈。圖1-1-17機器人焊接任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-18機器人涂裝任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人圖1-1-19裝配機器人任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人五、工業(yè)機器人的安全使用任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人機器人與一般的自動化設(shè)備不同,它可在動作區(qū)域范圍內(nèi)高速自由運動,最高的運行速度可以達(dá)到4m/s,所以在操作機器人時必須嚴(yán)格遵守機器人操作規(guī)程,并且熟知機器人安全注意事項。1.工業(yè)機器人安全注意事項1)工業(yè)機器人所有操作人員必須對自己的安全負(fù)責(zé),在使用機器人時必

須遵守所有的安全條款,規(guī)范操作。2)機器人程序的編程人員、機器人應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試人員、安裝人員必須接受授權(quán)培訓(xùn)機構(gòu)的操作培訓(xùn)才可進(jìn)行單獨操作。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人3)在進(jìn)行機器人的安裝、維修和保養(yǎng)時,切記關(guān)閉總電源。帶電操作容

易造成電路短路,損壞機器人,并且操作人員有觸電危險。4)在調(diào)試與運行機器人時,機器人的動作具有不可預(yù)測性,所有的動作都

有可能產(chǎn)生碰撞而造成傷害,所以除調(diào)試人員以外的所有人員要與機器

人保持足夠的安全距離,一般應(yīng)與機器人工作半徑保持1.5m以上的距離。2.安全操作規(guī)程(1)示教和手動機器人任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人1)請不要佩戴手套操作示教盤和操作盤。2)在點動操作機器人時要采用較低的倍率速度,以增加對機器人的控制

機會。3)在按下示教盤上的點動鍵之前要考慮到機器人的運動趨勢。4)要預(yù)先考慮好避讓機器人的運動軌跡,并確認(rèn)該線路不受干涉。5)機器人周圍區(qū)域必須清潔,無油、水及雜質(zhì)等。6)必須確認(rèn)現(xiàn)場人員情況,安全帽、安全鞋、工作服是否穿戴齊備。(2)生產(chǎn)運行任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人1)在開機運行前,必須知道機器人根據(jù)所編程序?qū)⒁獔?zhí)行的全部任務(wù)。2)必須知道所有控制機器人移動的開關(guān)、傳感器和控制信號的位置和狀

態(tài)。3)必須知道機器人控制器和外圍控制設(shè)備上的緊急停止按鈕的位置,準(zhǔn)

備在緊急情況下操作這些按鈕。4)永遠(yuǎn)不要認(rèn)為機器人沒有移動就代表其程序已經(jīng)完成,因為這時機器

人很有可能是在等待讓它繼續(xù)移動的輸入信號。3.機器人安全使用規(guī)則(1)安全教育的實施示教作業(yè)等作業(yè)時因安全的考慮,必須由受過操作教育訓(xùn)練的人員操作使用。(無切斷電力的保養(yǎng)作業(yè)也相同)任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人(2)作業(yè)規(guī)程的制作請將示教作業(yè)按照機器人的操作方法及手冊、異

常時及再起動時的處理等做成相關(guān)作業(yè)規(guī)程,并遵守規(guī)章內(nèi)容。(無切斷

電力的保養(yǎng)作業(yè)也相同)(3)緊急停止開關(guān)的設(shè)定示教作業(yè)請設(shè)定為可立即停止運轉(zhuǎn)的裝置。

(無切斷電力的保養(yǎng)作業(yè)也相同)(4)示教作業(yè)中的標(biāo)識示教作業(yè)中時,請將“教示作業(yè)中”的標(biāo)識牌放

置在起動開關(guān)上。(無切斷電力的保養(yǎng)作業(yè)也相同)(5)安全柵欄的設(shè)置運轉(zhuǎn)中請確認(rèn)使用圍籬或柵欄將操作人員與機器人做隔離,防止直接接觸機臺。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人(6)運轉(zhuǎn)開始的信號運轉(zhuǎn)開始,對于相關(guān)人員的信號有固定的方法,請依

此進(jìn)行。(7)維護作業(yè)中的標(biāo)識維護作業(yè)原則上請中斷電力進(jìn)行,并將“保養(yǎng)作

業(yè)中”的標(biāo)識牌放置在起動開關(guān)上。(8)作業(yè)開始前的檢查作業(yè)開始前請詳細(xì)地檢查,確認(rèn)機器人及緊急停

止開關(guān)、相關(guān)裝置等無異常狀況。4.機器人操作注意事項1)使用復(fù)數(shù)的控制機器(GOT、PLC、按鈕)執(zhí)行機器人自動運轉(zhuǎn)的情況下,各機器的操作權(quán)等的互鎖請客戶端自行設(shè)計。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人2)請在規(guī)格范圍內(nèi)的環(huán)境中使用機器人,除此之外的環(huán)境是容易造成機

臺故障的原因(溫度、濕度、空氣、噪聲環(huán)境等)。3)請依照指定的搬運姿勢搬運或移動機器人,使用指定以外的搬運方式

有可能會造成機器人掉落,從而發(fā)生人身安全事故或機臺故障。4)請確認(rèn)將機器人固定在底座上,不穩(wěn)定的姿勢有可能產(chǎn)生位置偏移或

發(fā)生振動。5)電線是產(chǎn)生噪聲的原因,請盡可能將電線拉開距離,太過接近有可能造

成位置偏移及錯誤動作。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人6)請勿用力拉扯接頭或過度地卷曲電線,因為有可能造成接觸不良及電

線斷裂的情況。7)夾爪所包含的工件重量請勿超出額定負(fù)載及允許力矩,超出重量的情

況下有可能發(fā)生報警及故障。8)請確保工具安裝正確,以及夾取穩(wěn)定,以免運轉(zhuǎn)中使物體甩出而導(dǎo)致人

員及物品的損傷。9)請確保機器人及控制器的接地狀態(tài),否則容易因為噪聲而做錯誤動作

或?qū)е掠|電事故發(fā)生。10)機器人在動作中時請標(biāo)識為運轉(zhuǎn)狀態(tài),沒有標(biāo)識的情況下容易導(dǎo)致人員接近或有錯誤的操作。任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機器人11)在機器人的動作范圍內(nèi)做示教作業(yè)時,請務(wù)必確保機器人的控制有優(yōu)

先權(quán),否則由外部指令使機器人起動,有可能造成人員及物品的損傷。12)點動(JOG)時請盡量以低速進(jìn)行,并且在操作中不要讓視線離開機器

人,否則容易干涉到工件及周邊裝置。13)程序編輯后、自動運轉(zhuǎn)前,請務(wù)必確認(rèn)step運轉(zhuǎn)動作,否則有可能發(fā)生

程序錯誤,干涉周邊裝置。14)自動運轉(zhuǎn)中安全柵欄的出入口門被鎖住的情況下,機器人會自動停止,

否則會發(fā)生人員的損傷。15)請勿因個人意愿對機械進(jìn)行改造或使用指定以外的零件,否則可能導(dǎo)

致機械故障或損壞。16)從外部用手推動機器人手臂時,請勿將手或指頭放入開口部位,否則有

可能會夾傷手或指頭。17)請勿用關(guān)閉機器人控制器主電源的方式來停止機器人或緊急停止,否

則在自動運轉(zhuǎn)中有可能使機器人精度受到影響,且有可能發(fā)生因手臂掉

落或松動而干涉到周邊裝置的情況。18)重寫控制器內(nèi)的程序或