工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用緒論

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用緒論1.1工業(yè)機(jī)器人概述及發(fā)展史1.2工業(yè)機(jī)器人的分類1.3工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成與特點(diǎn)1.4工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)1.5典型的工業(yè)機(jī)器人1.6機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)思考題

【重點(diǎn)掌握】

★工業(yè)機(jī)器人按結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)分類

★機(jī)器人本體

★工業(yè)機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)

★工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)

★焊接機(jī)器人

★碼垛機(jī)器人

★裝配機(jī)器人

★輪式移動(dòng)機(jī)器人(AGV)

1.1.1概述

機(jī)器人是“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其研發(fā)、制造和應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。20世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和原子能技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)器人開(kāi)始得到研究和發(fā)展。21世紀(jì)以來(lái)，“機(jī)器人革命”有望成為“第四次工業(yè)革命”的切入點(diǎn)和增長(zhǎng)點(diǎn)。

1.1工業(yè)機(jī)器人概述及發(fā)展史

根據(jù)各個(gè)國(guó)家對(duì)機(jī)器人的定義，總結(jié)各種說(shuō)法的共同之處，機(jī)器人應(yīng)該具有以下特性：

(1)屬于一種機(jī)械電子裝置。

(2)動(dòng)作類似于人的肢體結(jié)構(gòu)和功能。

(3)具有可編程性的動(dòng)作執(zhí)行，具有一定的通用性和靈活性。

(4)具有一定程度的智能，能夠自主地完成一些操作。

1.1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史

工業(yè)機(jī)器人的發(fā)明可以追溯到1954年GeorgeDevol申請(qǐng)了一個(gè)可編程部件轉(zhuǎn)換的專利。在他和JosephEngelberger合伙后，世界上第一個(gè)工業(yè)機(jī)器人公司Unimation成立了，并且在1961年將第一個(gè)工業(yè)機(jī)器人使用到通用汽車生產(chǎn)線上，其主要用途是從一個(gè)壓鑄機(jī)上把零件給撥出來(lái)，如圖1-1所示。圖1-1

1961年第一個(gè)工業(yè)機(jī)器人

1969年，具有突破性的“斯坦福手臂”作為一個(gè)研究項(xiàng)目的雛形由VictorScheinman設(shè)計(jì)出來(lái)，如圖1-2所示?！八固垢Ｊ直邸庇?個(gè)自由度，全部電氣化的操作臂由一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)電腦控制(一種叫作PDP-6的數(shù)字裝置)。此項(xiàng)成果奠定了工業(yè)機(jī)器人的研究基礎(chǔ)，之后的機(jī)器人設(shè)計(jì)深受Scheinman理念的影響。

圖1-2斯坦福手臂

1973年，ASEA公司推出了世界上第一個(gè)由微型計(jì)算機(jī)控制、全部電氣化的工業(yè)機(jī)器人IRB-6。它可以進(jìn)行連續(xù)的路徑移動(dòng)，這是弧線焊接和加工的前提。

1978年，一種可選擇柔順裝配機(jī)械手(SCARA)被日本山梨大學(xué)的HiroshiMakino開(kāi)發(fā)出來(lái)。這種里程碑式的四軸低成本設(shè)計(jì)完美地適應(yīng)了小部件裝配的需求，因?yàn)檫@種運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)允許快速和柔順的手部運(yùn)動(dòng)。靈活的裝配系統(tǒng)建立在具有良好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)兼容性的SCARA機(jī)器人基礎(chǔ)之上，極大地促進(jìn)了世界范圍內(nèi)高質(zhì)量電子產(chǎn)品和消費(fèi)品的發(fā)展。圖1-3所示為一款SCARA機(jī)器人。

圖1-3SCARA機(jī)器人

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，并聯(lián)機(jī)器人開(kāi)始出現(xiàn)并逐漸走向成熟，其通過(guò)3～6個(gè)并聯(lián)支架將它的末端執(zhí)行器與機(jī)器基本模塊相連。這些并聯(lián)機(jī)器人非常適合實(shí)現(xiàn)高速度(如用于抓取)、高精度(如用于加工)或者處理高負(fù)荷的場(chǎng)合，然而它的工作空間比同類別的串聯(lián)或開(kāi)環(huán)機(jī)器人更小。圖1-4所示為ABB并聯(lián)機(jī)器人。

圖1-4ABB并聯(lián)機(jī)器人

目前，笛卡爾機(jī)器人仍是十分理想的適合于需要廣闊工作環(huán)境的工業(yè)機(jī)器人。除了傳統(tǒng)的使用三維正交平移軸的設(shè)計(jì)，1998年Gudel公司提出了一種有刻痕的桶架結(jié)構(gòu)，如圖1-5所示。這種理念可讓一個(gè)到多個(gè)機(jī)器人手臂循跡并且在一個(gè)封閉的轉(zhuǎn)移系統(tǒng)中循環(huán)。這樣，機(jī)器人的工作空間就可以獲得高速、高精度的提升，這可能在物流和機(jī)器代工方面尤其有價(jià)值。

圖1-5循跡笛卡爾機(jī)器人

雙手的精巧操作對(duì)復(fù)雜的裝配任務(wù)、同時(shí)操作加工和大物件轉(zhuǎn)載來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。第一個(gè)商用的同步雙手操作機(jī)器人由Motoman在2005年推出，如圖1-6所示。作為一個(gè)模仿人類手臂伸展能力和敏捷度的雙手機(jī)器人，它可以被放在一個(gè)以前工人工作的地方，因此，資本花費(fèi)可以被降低。它的特點(diǎn)是13軸的運(yùn)動(dòng)：每只手6個(gè)，加上一個(gè)基礎(chǔ)旋轉(zhuǎn)的單軸。

圖1-6雙手機(jī)器人

機(jī)器人速度和質(zhì)量的要求催生了新穎的運(yùn)動(dòng)學(xué)和傳動(dòng)設(shè)計(jì)。從早期開(kāi)始，減少機(jī)器人結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和慣性就是研究的一個(gè)主要目標(biāo)。與人手的重量比1∶1被認(rèn)為是最終的基準(zhǔn)。在2006年，這個(gè)目標(biāo)被KUKA公司一款輕型的機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了。它是一個(gè)擁有先進(jìn)控制能力的緊湊的七自由度機(jī)械臂，如圖1-7所示。

圖1-7七自由度機(jī)械臂

1.2工業(yè)機(jī)器人的分類

1.2.1按機(jī)器人的控制方式分類

1.非伺服控制機(jī)器人非伺服控制機(jī)器人工作能力比較有限，機(jī)器人按照預(yù)先編好的程序順序進(jìn)行工作，使用限位開(kāi)關(guān)、制動(dòng)器、插銷板和定序器來(lái)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。插銷板用來(lái)預(yù)先規(guī)定機(jī)器人的工作順序，而且往往是可調(diào)的。定序器是一種定序開(kāi)關(guān)或步進(jìn)裝置，它能夠按照預(yù)定的正確順序接通驅(qū)動(dòng)裝置的能源。

2.伺服控制機(jī)器人

伺服控制機(jī)器人比非伺服控制機(jī)器人有更強(qiáng)的工作能力。伺服系統(tǒng)的被控制量可為機(jī)器人手部執(zhí)行裝置的位置、速度、加速度和力等。將通過(guò)傳感器取得的反饋信號(hào)與來(lái)自給定裝置的綜合信號(hào)用比較器加以比較后得到誤差信號(hào)，此誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后用以激發(fā)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置，進(jìn)而帶動(dòng)末端執(zhí)行器以一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，到達(dá)規(guī)定的位置或速度等。因此，這是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。

伺服控制機(jī)器人可分為點(diǎn)位伺服控制機(jī)器人和連續(xù)軌跡伺服控制機(jī)器人兩種。

點(diǎn)位伺服控制機(jī)器人的受控運(yùn)動(dòng)方式為由一個(gè)點(diǎn)位目標(biāo)移向另一個(gè)點(diǎn)位目標(biāo)，只在目標(biāo)點(diǎn)上完成操作。機(jī)器人可以以最快的和最直接的路徑從一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)移到另一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)。通常，點(diǎn)位伺服控制機(jī)器人能用于只有終端位置是重要的而對(duì)目標(biāo)點(diǎn)之間的路徑和速度不做主要考慮的場(chǎng)合。點(diǎn)位控制主要用于點(diǎn)焊、搬運(yùn)機(jī)器人等。

連續(xù)軌跡伺服控制機(jī)器人能夠平滑地跟蹤某個(gè)規(guī)定的路徑，其軌跡往往是某條不在預(yù)編程端點(diǎn)停留的曲線路徑。連續(xù)軌跡伺服控制機(jī)器人具有良好的控制和運(yùn)動(dòng)特性。由于數(shù)據(jù)是依時(shí)間采樣，而不是依預(yù)先規(guī)定的空間點(diǎn)采樣的，因此連續(xù)軌跡伺服控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度較快，功率較小，負(fù)載能力比較小。連續(xù)軌跡伺服控制機(jī)器人主要用于弧焊、噴涂、打飛邊、去毛刺和檢測(cè)等工作內(nèi)容。

1.2.2按結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)分類

1.直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人

直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人有三個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)，即三個(gè)自由度，如圖1-8(a)所示。手部空間的位置變化是通過(guò)沿著三個(gè)相互垂直的軸線移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，常用于生產(chǎn)設(shè)備的上下料和高精度的裝配和檢測(cè)作業(yè)。一般地，直角坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人的手臂可以垂直上下移動(dòng)(z軸方向)，并可以沿著滑架和橫梁上的導(dǎo)軌進(jìn)行水平二維平面的移動(dòng)(x、y方向)。

圖1-8不同坐標(biāo)結(jié)構(gòu)機(jī)器人

2.圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人

圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人有兩個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，末端操作器安裝軸線的位置由(x，R，θ)坐標(biāo)來(lái)表示，如圖1-8(b)所示。其主體具有3個(gè)自由度：腰部轉(zhuǎn)動(dòng)、升降運(yùn)動(dòng)、手臂伸縮運(yùn)動(dòng)。

3.極坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人

極坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)，末端操作器的安裝軸線的位置由(θ，β，R)坐標(biāo)來(lái)表示。機(jī)械手能夠里外伸縮移動(dòng)，整體可在垂直平面左右旋轉(zhuǎn)和上下擺動(dòng)，因此這種機(jī)器人的工作空間為球面的一部分，如圖1-8(c)所示。

4.關(guān)節(jié)坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人

關(guān)節(jié)坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人主要由底座、大臂和小臂組成。大臂和小臂間的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)稱為肘關(guān)節(jié)，大臂和底座間的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)稱為肩關(guān)節(jié)，底座可以繞垂直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為腰關(guān)節(jié)。它是一種廣泛應(yīng)用的多自由度機(jī)器人，如圖1-8(d)所示。

5.并聯(lián)型工業(yè)機(jī)器人

并聯(lián)型機(jī)構(gòu)是動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)通過(guò)至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相連接，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的一種閉環(huán)機(jī)構(gòu)。

不同坐標(biāo)結(jié)構(gòu)機(jī)器人優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比如表1-1所示。

1.2.3按驅(qū)動(dòng)方式分類

1.液壓驅(qū)動(dòng)式工業(yè)機(jī)器人

液壓驅(qū)動(dòng)式工業(yè)機(jī)器人通常由油缸、馬達(dá)、電磁閥、油泵、油箱等組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。這類工業(yè)機(jī)器人的抓取能力很大，可達(dá)幾百千克以上，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作平穩(wěn)、耐沖擊、耐振動(dòng)、防爆性好，但液壓元件要求有較高的制造精度和密封性能，否則會(huì)有漏油現(xiàn)象，造成環(huán)境污染。

2.氣壓驅(qū)動(dòng)式工業(yè)機(jī)器人

這種機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常由氣缸、氣閥、氣罐和空氣壓縮機(jī)等氣動(dòng)元件組成，其特點(diǎn)是氣源方便、動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、維護(hù)方便、便于清潔，但對(duì)速度很難進(jìn)行精確控制，且氣壓不可太高，故抓舉能力較低。

3.電機(jī)驅(qū)動(dòng)式工業(yè)機(jī)器人

電機(jī)驅(qū)動(dòng)目前仍是工業(yè)機(jī)器人使用最多的一種驅(qū)動(dòng)方式，其特點(diǎn)是電源方便、響應(yīng)快、驅(qū)動(dòng)力較大(關(guān)節(jié)型機(jī)器人的承載能力最大已達(dá)400?kg)，信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便，控制方式靈活。驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)以及交流伺服電機(jī)，其中，交流伺服電機(jī)(AC)是目前主要的驅(qū)動(dòng)方式。由于電機(jī)速度高，通常須采用各種減速機(jī)構(gòu)，如諧波傳動(dòng)、RV擺線針輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和多桿機(jī)構(gòu)等。

1.3工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成與特點(diǎn)

1.3.1工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人是一種功能完整、可獨(dú)立運(yùn)行的典型機(jī)電一體化設(shè)備。它有自身的控制器、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和操作界面，可對(duì)其進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)操作及編程，它能依靠自身的控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)所需要的功能。廣義上的工業(yè)機(jī)器人是由圖1-9所示的機(jī)器人及相關(guān)附加設(shè)備組成的完整系統(tǒng)，總體可分為機(jī)械部件和電氣控制系統(tǒng)兩大部分。圖1-9工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成

工業(yè)機(jī)器人(以下簡(jiǎn)稱機(jī)器人)系統(tǒng)的機(jī)械部件包括機(jī)器人本體、末端執(zhí)行器、變位器等；電氣控制系統(tǒng)主要包括控制器、驅(qū)動(dòng)器、操作單元、上級(jí)控制器等。其中，機(jī)器人本體、末端執(zhí)行器以及控制器、驅(qū)動(dòng)器、操作單元是機(jī)器人必需的基本組成部件，所有機(jī)器人都必須配備。

1.機(jī)器人本體

機(jī)器人本體又稱操作機(jī)，是用來(lái)完成各種作業(yè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括機(jī)械部件及安裝在機(jī)械部件上的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、傳感器等。

機(jī)器人本體的形態(tài)各異，但絕大多數(shù)都是由若干關(guān)節(jié)(Jiont)和連桿(Link)連接而成。以常用的六軸垂直關(guān)節(jié)型(ViticialArticulated)工業(yè)機(jī)器人為例，其運(yùn)動(dòng)主要包括整體回轉(zhuǎn)(腰關(guān)節(jié))、下臂擺動(dòng)(肩關(guān)節(jié))、腕回轉(zhuǎn)和彎曲(腕關(guān)節(jié))等。本體的典型結(jié)構(gòu)如圖1-10所示，其主要組成包括手部、腕部、上臂、下臂、腰部、基座等。

圖1-10工業(yè)機(jī)器人本體的典型結(jié)構(gòu)．

2.變位器

變位器是用于機(jī)器人或工件整體移動(dòng)，進(jìn)行協(xié)同作業(yè)的附加裝置，它既可選配機(jī)器人生產(chǎn)廠家的標(biāo)準(zhǔn)部件，也可由用戶根據(jù)需要設(shè)計(jì)、制作。變位器的作用如圖1-11所示，通過(guò)選配變位器，可增加機(jī)器人的自由度和作業(yè)空間。此外，變位器還可實(shí)現(xiàn)作業(yè)對(duì)象或其他機(jī)器人的協(xié)同運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)機(jī)器人的功能和作業(yè)能力。簡(jiǎn)單機(jī)器人系統(tǒng)的變位器一般由機(jī)器人控制器直接控制，而多機(jī)器人復(fù)雜系統(tǒng)的變位器需要由上級(jí)控制器進(jìn)行集中控制。

圖1-11變位器的作用

通用型回轉(zhuǎn)變位器與數(shù)控機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)類似，常用的有圖1-12所示的單軸和雙軸兩類。單軸變位器可用于機(jī)器人或作業(yè)對(duì)象的垂直(立式)或水平(臥式)360°回轉(zhuǎn)，配置單軸變位器后，機(jī)器人可以增加1個(gè)自由度。雙軸變位器可實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的360°回轉(zhuǎn)和另一方向的局部擺動(dòng)；配置雙軸變位器后，機(jī)器人可以增加2個(gè)自由度。

圖1-12回轉(zhuǎn)變位器

通用型直線變位器與數(shù)控機(jī)床的移動(dòng)工作臺(tái)類似，它多用于機(jī)器人本體的大范圍直線運(yùn)動(dòng)。圖1-13所示為常用的水平移動(dòng)直線變位器，但也可以根據(jù)實(shí)際需要，選擇垂直方向移動(dòng)的變位器或雙軸十字運(yùn)動(dòng)、三軸空間運(yùn)動(dòng)的變位器。

圖1-13水平移動(dòng)直線變位器

3.電氣控制系統(tǒng)

在機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)中，上級(jí)控制器僅用于復(fù)雜系統(tǒng)各種機(jī)電一體化設(shè)備的協(xié)同控制、運(yùn)行管理和調(diào)試編程，它通常以網(wǎng)絡(luò)通信的形式與機(jī)器人控制器進(jìn)行信息交換，因此，實(shí)際上屬于機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)的外部設(shè)備；而機(jī)器人控制器、操作單元、伺服驅(qū)動(dòng)器及輔助控制電路則是機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)必不可少的系統(tǒng)部件。

1)機(jī)器人控制器

機(jī)器人控制器是用于機(jī)器人坐標(biāo)軸位置和運(yùn)動(dòng)軌跡控制的裝置，輸出運(yùn)動(dòng)軸的插補(bǔ)脈沖，其功能與數(shù)控裝置(CNC)非常類似。機(jī)器人控制器的常用結(jié)構(gòu)有工業(yè)PC型和PLC(可編程序控制器)型兩種。

工業(yè)PC型機(jī)器人控制器的主機(jī)和通用計(jì)算機(jī)并無(wú)本質(zhì)的區(qū)別，但機(jī)器人控制器需要增加傳感器、驅(qū)動(dòng)器接口等硬件，這種控制器的兼容性好、軟件安裝方便、網(wǎng)絡(luò)通信容易。PLC型控制器以類似PLC的CPU模塊作為中央處理器，然后通過(guò)選配各種PLC功能模塊，如測(cè)量模塊、軸控制模塊等來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制，這種控制器的配置靈活，模塊通用性好、可靠性高。

2)操作單元

工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)場(chǎng)編程一般通過(guò)示教操作實(shí)現(xiàn)，它對(duì)操作單元的移動(dòng)性能和手動(dòng)性能的要求較高，但其顯示功能一般不及數(shù)控系統(tǒng)。因此，機(jī)器人的操作單元以手持式為主，習(xí)慣上稱之為示教器。

傳統(tǒng)的示教器由顯示器和按鍵組成，操作者可通過(guò)按鍵直接輸入命令和進(jìn)行所需的操作。目前常用的示教器為菜單式，它由顯示器和操作菜單鍵組成，操作者可通過(guò)操作菜單選擇需要的操作。先進(jìn)的示教使用了與目前智能手機(jī)相同的觸摸屏和圖標(biāo)界面，這種示教器的最大優(yōu)點(diǎn)是可直接通過(guò)Wi-Fi連接控制器和網(wǎng)絡(luò)，從而省略了示教器和控制器間的連接電纜。智能手機(jī)型操作單元使用靈活、方便，是適合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用的新型操作單元。

3)驅(qū)動(dòng)器

驅(qū)動(dòng)器實(shí)際上是用于控制器的插補(bǔ)脈沖功率放大的裝置，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)位置、速度、轉(zhuǎn)矩控制，它通常安裝在控制柜內(nèi)。驅(qū)動(dòng)器的形式?jīng)Q定于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的類型，伺服電動(dòng)機(jī)需要配套伺服驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則需要使用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。機(jī)器人目前常用的驅(qū)動(dòng)器以交流伺服驅(qū)動(dòng)器為主，它有集成式、模塊式和獨(dú)立型3種基本結(jié)構(gòu)形式。

集成式驅(qū)動(dòng)器的全部驅(qū)動(dòng)模塊集成一體，電源模塊可以獨(dú)立或集成，這種驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)成本低，是目前使用較為廣泛的結(jié)構(gòu)形式。模塊式驅(qū)動(dòng)器的電源模塊為公用，驅(qū)動(dòng)模塊獨(dú)立，驅(qū)動(dòng)器需要統(tǒng)一安裝。集成式、模塊式驅(qū)動(dòng)器不同控制軸間的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，調(diào)試、維修和更換相對(duì)比較麻煩。獨(dú)立型驅(qū)動(dòng)器的電源和驅(qū)動(dòng)電路集成一體，每一軸的驅(qū)動(dòng)器可獨(dú)立安裝和使用，因此，其安裝使用靈活、通用性好，調(diào)試、維修和更換也較方便。

4)輔助控制電路

輔助控制電路主要用于控制器、驅(qū)動(dòng)器電源的通斷控制和接口信號(hào)的轉(zhuǎn)換。由于工業(yè)機(jī)器人的控制要求類似，接口信號(hào)的類型基本統(tǒng)一，為了縮小體積、降低成本、方便安裝，輔助控制電路常被制成標(biāo)準(zhǔn)的控制模塊。

盡管機(jī)器人的用途、規(guī)格有所不同，但電氣控制系統(tǒng)的組成部件和功能類似，因此，機(jī)器人生產(chǎn)廠家一般將電氣控制系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)成如圖1-14所示的通用控制柜。

1—急停按鈕；2—電源開(kāi)關(guān)；3—示教器

圖1-14電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.3.2工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)

1.基本特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、檢測(cè)、計(jì)算機(jī)、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的典型機(jī)電一體化設(shè)備。其主要技術(shù)特點(diǎn)如下。

(1)擬人化。在結(jié)構(gòu)形態(tài)上，大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人的本體有類似人類的腰轉(zhuǎn)、大臂、小臂、手腕、手爪等部件，并接受其控制器的控制。在智能工業(yè)機(jī)器人上，還安裝有模擬人類等生物的傳感器，例如，模擬感官的接觸傳感器、力傳感器、負(fù)載傳感器、光傳感器，模擬視覺(jué)的圖像識(shí)別傳感器，模擬聽(tīng)覺(jué)的聲傳感器、語(yǔ)音傳感器等。這樣的工業(yè)機(jī)器人具有類似人類的環(huán)境自適應(yīng)能力。

(2)柔性化。工業(yè)機(jī)器人有完整、獨(dú)立的控制系統(tǒng)，它可通過(guò)編程來(lái)改變其動(dòng)作和行為，此外，還可通過(guò)安裝不同的末端執(zhí)行器來(lái)滿足不同的應(yīng)用要求。因此，它具有適應(yīng)對(duì)象變化的柔性。

(3)通用性。除了部分專用工業(yè)機(jī)器人外，大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人都可通過(guò)更換工業(yè)機(jī)器人手部的末端操作器，如更換手爪、夾具、工具等來(lái)完成不同的作業(yè)。因此，它具有一定的、執(zhí)行不同作業(yè)任務(wù)的通用性。

工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、機(jī)械手三者在結(jié)構(gòu)組成、控制方式、行為動(dòng)作等方面有許多相似之處，以至于非專業(yè)人士很難區(qū)分，有時(shí)會(huì)引起誤解。以下通過(guò)三者的比較，介紹相互之間的區(qū)別。

2.工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床

世界首臺(tái)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)于1952年，它由美國(guó)麻省理工學(xué)院率先研發(fā)，其誕生比工業(yè)機(jī)器人早7年，因此，工業(yè)機(jī)器人的很多技術(shù)都來(lái)自于數(shù)控機(jī)床。

GeorgeDevol(喬治·德沃爾)最初設(shè)想的機(jī)器人實(shí)際就是工業(yè)機(jī)器人，他所申請(qǐng)的專利就是利用數(shù)控機(jī)床的伺服軸驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，然后通過(guò)操縱、控制器對(duì)伺服軸的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的功能。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的定義，工業(yè)機(jī)器人是“具有自動(dòng)定位控制、可重復(fù)編程的多功能、多自由度的操作機(jī)”，這點(diǎn)也與數(shù)控機(jī)床十分類似。

因此，工業(yè)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)類似，它們都有控制面板、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器等基本部件，操作者可利用控制面板對(duì)它們進(jìn)行手動(dòng)操作或進(jìn)行程序自動(dòng)運(yùn)行、程序輸入與編輯等操作控制。但是，由于工業(yè)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床的研發(fā)目的有著本質(zhì)的區(qū)別，因此，其地位、用途、結(jié)構(gòu)、性能等各方面均存在較大的差異。圖1-15所示是數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人的功能比較。總體而言，兩者的區(qū)別主要有以下幾點(diǎn)。

圖1-15工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的功能比較．

1)作用和地位

機(jī)床是用來(lái)加工機(jī)器零件的設(shè)備，是制造機(jī)器的機(jī)器，故稱為工作母機(jī)。沒(méi)有機(jī)床就幾乎不能制造機(jī)器，沒(méi)有機(jī)器就不能生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品。因此，機(jī)床被稱為國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，在現(xiàn)有的制造模式中，它仍處于制造業(yè)的核心地位。工業(yè)機(jī)器人盡管發(fā)展速度很快，但目前絕大多數(shù)還只是用于零件搬運(yùn)、裝卸、包裝、裝配的生產(chǎn)輔助設(shè)備，或是進(jìn)行焊接、切割、打磨、拋光等簡(jiǎn)單粗加工的生產(chǎn)設(shè)備，它在機(jī)械加工自動(dòng)生產(chǎn)線上(焊接、涂裝生產(chǎn)線除外)所占的價(jià)值一般只有15%左右。

2)目的和用途

研發(fā)數(shù)控機(jī)床的根本目的是解決輪廓加工的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡控制問(wèn)題，而研發(fā)工業(yè)機(jī)器人的根本目的是用來(lái)協(xié)助或代替人類完成那些單調(diào)、重復(fù)、頻繁或長(zhǎng)時(shí)間、繁重的工作或進(jìn)行高溫、粉塵、有毒、易燃、易爆等危險(xiǎn)環(huán)境下的作業(yè)。由于兩者研發(fā)目的不同，因此其用途也有根本的區(qū)別。簡(jiǎn)言之，數(shù)控機(jī)床是直接用來(lái)加工零件的生產(chǎn)設(shè)備，而大部分工業(yè)機(jī)器人則是用來(lái)替代或部分替代操作者進(jìn)行零件搬運(yùn)、裝卸、裝配、包裝等作業(yè)的生產(chǎn)輔助設(shè)備，兩者目前尚無(wú)法相互完全替代。

3)結(jié)構(gòu)形態(tài)

工業(yè)機(jī)器人需要模擬人的動(dòng)作和行為，在結(jié)構(gòu)上以回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸為主、直線軸為輔(可能無(wú)直線軸)，多關(guān)節(jié)串聯(lián)、并聯(lián)軸是其常見(jiàn)的形態(tài)；部分機(jī)器人(如無(wú)人搬運(yùn)車等)的作業(yè)空間也是開(kāi)放的。數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)以直線軸為主、回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸為輔(可能無(wú)回轉(zhuǎn)擺動(dòng)軸)，絕大多數(shù)都采用直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)；其作業(yè)空間(加工范圍)局限于設(shè)備本身。

但是，隨著技術(shù)的發(fā)展，兩者的結(jié)構(gòu)形態(tài)也在逐步融合，如機(jī)器人有時(shí)也采用直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，采用并聯(lián)虛擬軸結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床也已有實(shí)用化的產(chǎn)品等。

4)技術(shù)性能

數(shù)控機(jī)床是用來(lái)加工零件的精密加工設(shè)備，其輪廓加工能力、定位精度和加工精度等是衡量數(shù)控機(jī)床性能最重要的技術(shù)指標(biāo)。高精度數(shù)控機(jī)床的定位精度和加工精度通常需要達(dá)到0.01

mm或0.001?mm的數(shù)量級(jí)，甚至更高，且其精度檢測(cè)和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的要求高于機(jī)器人。數(shù)控機(jī)床的輪廓加工能力決定于工件要求和機(jī)床結(jié)構(gòu)，通常而言，能同時(shí)控制五軸(五軸聯(lián)動(dòng))的機(jī)床，就可滿足幾乎所有零件的輪廓加工要求。

3.工業(yè)機(jī)器人與機(jī)械手

用于零件搬運(yùn)、裝卸、碼垛、裝配的工業(yè)機(jī)器人功能和自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備中的輔助機(jī)械手類似。例如，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)將工業(yè)機(jī)器人定義為“自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手”；日本機(jī)器人協(xié)會(huì)(JRA)將工業(yè)機(jī)器人定義為“能夠執(zhí)行人體上肢(手和臂)類似動(dòng)作的多功能機(jī)器”，表明兩者的功能存在很大的相似之處。但是，工業(yè)機(jī)器人與生產(chǎn)設(shè)備中的輔助機(jī)械手的控制系統(tǒng)、操作編程、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均有明顯的不同。工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械手的比較，兩者的主要區(qū)別如圖1-16所示。

圖1-16工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械手的比較

1)控制系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人需要有獨(dú)立的控制器、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、操作界面等，可對(duì)其進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)操作和編程，因此，它是一種可獨(dú)立運(yùn)行的完整設(shè)備，能依靠自身的控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)所需要的功能。機(jī)械手只是用來(lái)實(shí)現(xiàn)換刀或工件裝卸等操作的輔助裝置，其控制一般需要通過(guò)設(shè)備的控制器(如CNC、PLC等)來(lái)實(shí)現(xiàn)，它沒(méi)有自身的控制系統(tǒng)和操作界面，故不能獨(dú)立運(yùn)行。

2)操作編程

工業(yè)機(jī)器人具有適應(yīng)動(dòng)作和對(duì)象變化的柔性，其動(dòng)作是隨時(shí)可變的，如果需要，最終用戶可隨時(shí)通過(guò)手動(dòng)操作或編程來(lái)改變其動(dòng)作?，F(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人還可根據(jù)人工智能技術(shù)所制定的原則綱領(lǐng)自主行動(dòng)。但是，輔助機(jī)械手的動(dòng)作和對(duì)象是固定的，其控制程序通常由設(shè)備生產(chǎn)廠家編制，即使在調(diào)整和維修時(shí)，用戶通常也只能按照設(shè)備生產(chǎn)廠家的規(guī)定進(jìn)行操作，而不能改變其動(dòng)作的位置與次序。

3)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人需要靈活改變位姿，絕大多數(shù)運(yùn)動(dòng)軸都需要有任意位置定位功能，需要使用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在無(wú)人搬運(yùn)車(AutomatedGuidedVehicle，AGV)等輸送機(jī)器人上，還需要配備相應(yīng)的行走機(jī)構(gòu)及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。而輔助機(jī)械手的安裝位置、定位點(diǎn)和動(dòng)作次序樣板都是固定不變的，大多數(shù)運(yùn)動(dòng)部件只需要控制起點(diǎn)和終點(diǎn)，因此較多地采用氣動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

1.4工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)

1.4.1關(guān)鍵參數(shù)由于機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、用途和要求不同，機(jī)器人的性能也有所不同。工業(yè)機(jī)器人選型中的主要技術(shù)參數(shù)包括自由度(控制軸數(shù))、工作空間、最大工作速度、定位精度、承載能力等參數(shù)；選型樣本手冊(cè)和說(shuō)明書(shū)中還包括外形尺寸、重量、安裝方式、防護(hù)等級(jí)、供電電源、安裝和運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)參數(shù)。

ABB公司的IRB120和三菱公司的RV-2FRL主要參數(shù)對(duì)比如表1-3所示。

1.4.2技術(shù)指標(biāo)定義

1.自由度

自由度是指機(jī)器人機(jī)構(gòu)能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)數(shù)目，是衡量機(jī)器人動(dòng)作靈活性的重要指標(biāo)，可用軸的直線移動(dòng)、擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的數(shù)目來(lái)表示。

工業(yè)機(jī)器人的多自由度最終用于改變末端在三維空間中的位姿。以通用的6自由度工業(yè)機(jī)器人為例，由第1～3軸驅(qū)動(dòng)的3個(gè)自由度用于調(diào)整末端執(zhí)行器的空間定位，由第4～6軸驅(qū)動(dòng)的3個(gè)自由度用于調(diào)整末端執(zhí)行器的空間姿態(tài)，如圖1-17所示。

圖1-17工業(yè)機(jī)器人的自由度

2.工作范圍

工作范圍是指機(jī)器人在未安裝末端執(zhí)行器時(shí)，其手腕參考點(diǎn)所能到達(dá)的空間。工作范圍是衡量機(jī)器人作業(yè)能力的重要指標(biāo)，工作范圍越大，機(jī)器人的作業(yè)區(qū)域也就越大。

作業(yè)范圍的大小決定于各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的極限范圍，不僅與機(jī)器人各構(gòu)件尺寸有關(guān)，還與它的總體構(gòu)形有關(guān)。在工作空間內(nèi)不僅要考慮各構(gòu)件自身的干涉，還要防止構(gòu)件與作業(yè)環(huán)境發(fā)生碰撞。因此，工作范圍的定義應(yīng)剔除機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可能產(chǎn)生自身碰撞的干涉區(qū)，實(shí)際工作范圍還應(yīng)剔除末端執(zhí)行器碰撞的干涉區(qū)。

如圖1-18所示，紅線內(nèi)部為機(jī)器人的工業(yè)空間，展示了工業(yè)機(jī)器人的最高、最低、最遠(yuǎn)和最近工作范圍。

圖1-18工業(yè)機(jī)器人工作范圍

3.最大工作速度

最大工作速度是指機(jī)器人在空載、穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)所能夠達(dá)到的最大穩(wěn)定速度，或者末端最大的合成速度。運(yùn)動(dòng)速度決定了機(jī)器人工作效率，它是反映機(jī)器人性能水平的重要參數(shù)。

4.定位精度

機(jī)器人的定位精度是指機(jī)器人定位時(shí)，末端執(zhí)行器實(shí)際到達(dá)的位置和目標(biāo)位置間的誤差值，它是衡量機(jī)器人作業(yè)性能的重要技術(shù)指標(biāo)。機(jī)器人樣本和說(shuō)明書(shū)中所提供的定位精度一般是各坐標(biāo)軸的重復(fù)定位精度(PositionRepeatability，RP)，在部分產(chǎn)品上還提供了軌跡重復(fù)精度(PathRepeatability，RT)。

5.承載能力

承載能力(Payload)是指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)任意位姿所能承受的最大重量，其不僅取決于負(fù)載的質(zhì)量，還與機(jī)器人在運(yùn)行時(shí)的速度與加速度有關(guān)。它一般用質(zhì)量、搬運(yùn)、裝配、力轉(zhuǎn)矩等技術(shù)參數(shù)表示。對(duì)專用機(jī)械手來(lái)說(shuō)，其承載能力主要根據(jù)被抓取物體的質(zhì)量來(lái)定，其安全系數(shù)一般可在1.5～3.0之間選取。

為了能夠準(zhǔn)確反映負(fù)載重心的變化情況，機(jī)器人承載能力有時(shí)也可用允許轉(zhuǎn)矩(AllowableMoment)的形式表示，或者通過(guò)機(jī)器人承載能力隨負(fù)載重心位置變化圖來(lái)詳細(xì)表示承載能力參數(shù)。圖1-19所示為承載能力為3?kg的ABB公司的IRB120機(jī)器人承載能力圖。

圖1-19IRB120機(jī)器人承載能力圖

1.5典型的工業(yè)機(jī)器人

1.5.1焊接機(jī)器人弧焊機(jī)器人是指能將焊接工具按要求送到預(yù)定空間位置，并按要求軌跡及速度移動(dòng)焊接工具的工業(yè)機(jī)器人。焊接在工業(yè)制造的連接工藝過(guò)程中是最重要的應(yīng)用。手工焊接需要高技術(shù)的工人，因?yàn)楹附又谐霈F(xiàn)的一點(diǎn)小瑕疵都將導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。焊接機(jī)器人應(yīng)用如圖1-20所示。圖1-20焊接機(jī)器人應(yīng)用

為什么機(jī)器人能勝任這么關(guān)鍵的工作呢？現(xiàn)代的焊接機(jī)器人有以下特征：

(1)計(jì)算機(jī)控制使得任務(wù)序列編程、機(jī)器人運(yùn)作、外部驅(qū)動(dòng)裝置、傳感器以及和外部通信成為可能。

(2)對(duì)機(jī)器人位置/方向、參考系和軌跡進(jìn)行自由的定義和參數(shù)化。

(3)軌跡具有高度的可重復(fù)性和定位精度。典型的重復(fù)能力大約在?±0.1

mm，定位精度大約在?±1.0

mm。

(4)末端執(zhí)行器有高達(dá)8?m/s的高速度。

(5)典型情況下，關(guān)節(jié)機(jī)器人有6個(gè)自由度，這樣命令的方向和位置在其工作范圍內(nèi)都能觸及。通過(guò)將機(jī)器人放在一個(gè)線性軸上(7個(gè)自由度)對(duì)工作區(qū)間進(jìn)行延展是很常見(jiàn)的，尤其在焊接大型結(jié)構(gòu)上。

(6)典型的有效載荷是6～100?kg。

(7)先進(jìn)的可編程邏輯控制器(PLC)能力，比如高速輸入/輸出控制器和機(jī)器人單元內(nèi)部的協(xié)同動(dòng)作。

按焊接方式，焊接機(jī)器人分為點(diǎn)焊和弧焊。

點(diǎn)焊：將焊件壓緊在兩個(gè)柱狀電極之間，通電加熱，使焊件在接觸處熔化形成熔核，然后斷電，并在壓力下凝固結(jié)晶，形成組織致密的焊點(diǎn)。圖1-21所示為點(diǎn)焊機(jī)器人的應(yīng)用。

圖1-21點(diǎn)焊機(jī)器人的應(yīng)用

點(diǎn)焊對(duì)焊接機(jī)器人的要求不是很高。因?yàn)辄c(diǎn)焊只需點(diǎn)位控制，而且在點(diǎn)與點(diǎn)之間移動(dòng)時(shí)速度要快，至于焊鉗在點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動(dòng)軌跡沒(méi)有嚴(yán)格要求，這也是機(jī)器人最好用于點(diǎn)焊的原因。點(diǎn)焊機(jī)器人不僅要有足夠的負(fù)載能力，而且動(dòng)作要平穩(wěn)，定位要準(zhǔn)確，以減少移動(dòng)的時(shí)間?？傊c(diǎn)焊機(jī)器人的主要要求為：定位精度和焊接質(zhì)量。定位精度由機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)精度和控制器綜合決定，點(diǎn)焊質(zhì)量由焊接系統(tǒng)決定。點(diǎn)焊的焊槍形式如圖1-22所示。

圖1-22點(diǎn)焊的焊槍形式

弧焊：弧焊是利用電弧放電所產(chǎn)生的熱量熔化焊條和工件，冷卻凝結(jié)在一起的過(guò)程。

弧焊過(guò)程比點(diǎn)焊過(guò)程要復(fù)雜得多，焊絲端頭的運(yùn)動(dòng)軌跡、焊槍姿態(tài)、焊接參數(shù)都要求精度控制。圖1-23展示了弧焊的原理。

圖1-23弧焊的原理

弧焊機(jī)器人的系統(tǒng)組成如圖1-24所示?；『笇?duì)機(jī)器人的主要要求如下：

(1)弧焊作業(yè)均采用連續(xù)路徑控制(CP)，其定位精度應(yīng)≤±0.5

mm。

(2)弧焊機(jī)器人可達(dá)到的工作空間大于焊接所需的工作空間。

(3)弧焊機(jī)器人應(yīng)具有防碰撞、焊槍矯正、焊縫自動(dòng)跟蹤、清槍焊絲等功能。

(4)弧焊機(jī)器人應(yīng)具有較高的抗干擾能力和可靠性，并有較強(qiáng)的故障自診斷功能。

(5)弧焊機(jī)器人示教記憶容量應(yīng)大于5000點(diǎn)。

(6)弧焊機(jī)器人的抓重一般為5～20?kg，經(jīng)常選用8?kg左右。

圖1-24弧焊機(jī)器人的系統(tǒng)組成

1.5.2噴涂機(jī)器人

噴涂機(jī)器人是指能自動(dòng)噴漆或噴涂其他涂料的工業(yè)機(jī)器人。

噴涂機(jī)器人最顯著的特點(diǎn)就是不受噴涂車間有害氣體環(huán)境的影響，可以重復(fù)進(jìn)行相同的操作動(dòng)作而不厭其煩，因此噴涂質(zhì)量比較穩(wěn)定；其次，機(jī)器人的操作動(dòng)作是由程序控制的，對(duì)于同樣的零件控制程序是固定不變的，因此可以得到均勻的表面涂層；再次，機(jī)器人的操作動(dòng)作控制程序是可以重新編制的，不同的程序針對(duì)不同的工件，所以可以適應(yīng)多種噴涂對(duì)象在同一條噴涂線上進(jìn)行噴涂。有鑒于此，噴涂機(jī)器人在噴涂領(lǐng)域越來(lái)越受到重視。

由于噴涂車間內(nèi)的漆霧是易燃易爆的，如果機(jī)器人的某個(gè)部件產(chǎn)生火花或溫度過(guò)高，就會(huì)引燃噴涂車間內(nèi)的易燃物質(zhì)，引起噴涂車間內(nèi)的大火，甚至引起爆炸。所以，防爆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)電動(dòng)噴涂機(jī)器人重要的一部分。其次，由于噴涂在工件表面的尤其是黏性流體介質(zhì)，需要干燥后才能固化，在噴涂過(guò)程中，機(jī)器人不得解除已噴涂的工件表面，否則將破壞表面噴涂質(zhì)量，因此噴槍輸漆管路等都不得在機(jī)器人手臂外部懸掛，而是從手臂中穿過(guò)，這在一定程度上影響機(jī)器人的關(guān)節(jié)角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。再次，噴涂機(jī)器人需配置流量控制系統(tǒng)與換色系統(tǒng)，以適應(yīng)不同色彩的需要。噴涂機(jī)器人系統(tǒng)組成如圖1-25所示。

圖1-25噴涂機(jī)器人系統(tǒng)組成

與其他工業(yè)機(jī)器人相比，噴涂機(jī)器人在適應(yīng)環(huán)境和動(dòng)作要求上有如下特點(diǎn)：

(1)工作環(huán)境包含易爆的噴涂劑蒸汽。

(2)沿軌跡高速運(yùn)動(dòng)，途經(jīng)各點(diǎn)均為作業(yè)點(diǎn)，屬于軌跡控制。

(3)多數(shù)機(jī)器人和被噴涂件都搭載在傳送帶上，邊移動(dòng)邊噴涂，所以它要具備一些特殊性能。

1.5.3碼垛機(jī)器人

碼垛機(jī)器人(如圖1-26所示)是典型的機(jī)電一體化高科技產(chǎn)品，它對(duì)企業(yè)提高生產(chǎn)效率、增加經(jīng)濟(jì)效益、保證產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動(dòng)條件、優(yōu)化作業(yè)布局的貢獻(xiàn)非常巨大，其應(yīng)用的數(shù)量和質(zhì)量標(biāo)志著企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的先進(jìn)水平。時(shí)至今日，機(jī)器人碼垛是工廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的關(guān)鍵，是工業(yè)大生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢(shì)，因而研制與推廣高速、高效、高智、可靠、節(jié)能的碼垛機(jī)器人具有重大意義。

圖1-26碼垛機(jī)器人

所謂機(jī)器人碼垛作業(yè)，就是按照集成化、單元化的思想，由機(jī)器人自動(dòng)將輸送線或傳送帶上源源不斷傳輸?shù)奈锛凑找欢ǖ亩逊拍Ｊ?，在預(yù)置貨盤上一件件地堆碼成垛，實(shí)現(xiàn)單元化物垛的搬運(yùn)、存儲(chǔ)、裝卸、運(yùn)輸?shù)任锪骰顒?dòng)。碼垛機(jī)器人是一種專門用于自動(dòng)化搬運(yùn)碼垛的工業(yè)機(jī)器人，替代人工搬運(yùn)與碼垛，能迅速提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)量，同時(shí)還能顯著減少人工搬運(yùn)造成的差錯(cuò)。它可全天候作業(yè)，可廣泛應(yīng)用于化工、飲料、食品、啤酒、塑料等生產(chǎn)企業(yè)，對(duì)各種紙箱、啤酒箱、袋裝、罐裝、瓶裝物品都能適用。

碼垛機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1)智能化、網(wǎng)絡(luò)化的碼垛機(jī)器人控制器技術(shù)；

(2)碼垛機(jī)器人的故障診斷與安全維護(hù)技術(shù)；

(3)模塊化、層次化的碼垛機(jī)器人控制器軟件系統(tǒng)技術(shù)；

(4)碼垛機(jī)器人開(kāi)放性、模塊化的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)技術(shù)。

1.5.4檢測(cè)機(jī)器人

檢測(cè)機(jī)器人是機(jī)器人家族中的特殊成員，是專門用于檢查、測(cè)量等場(chǎng)合的機(jī)器人，按運(yùn)動(dòng)方式和應(yīng)用場(chǎng)合可分為多種類型，它們?cè)诓煌袠I(yè)或部門發(fā)揮著重要作用。

圖1-27所示為一種中央空調(diào)風(fēng)管檢測(cè)機(jī)器人，它能夠深入空調(diào)風(fēng)管內(nèi)部詳細(xì)檢測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)或情況，為后續(xù)處置方案的決定提供可靠資料。

圖1-27中央空調(diào)風(fēng)管檢測(cè)機(jī)器人

圖1-28所示為一種在零件加工現(xiàn)場(chǎng)使用的應(yīng)力檢測(cè)機(jī)器人，它能夠憑借所攜應(yīng)力檢測(cè)儀準(zhǔn)確檢測(cè)工件的應(yīng)力狀況，為加工合格產(chǎn)品提供有力幫助。

圖1-28應(yīng)力檢測(cè)機(jī)器人

圖1-29所示為一種視覺(jué)檢測(cè)機(jī)器人，它位于生產(chǎn)流水線旁，仔細(xì)查看每一個(gè)從它面前高速經(jīng)過(guò)的物品，準(zhǔn)確判斷其是否合格，為提高企業(yè)產(chǎn)品的良品率做出貢獻(xiàn)。

圖1-29視覺(jué)檢測(cè)機(jī)器人

圖1-30所示為一種輪式管道檢測(cè)機(jī)器人，個(gè)頭雖然小巧，卻是一個(gè)典型的機(jī)、電、儀一體化系統(tǒng)。該機(jī)器人攜帶著一種或多種傳感器及操作機(jī)械，在工作人員的遙控操作或計(jì)算機(jī)操控系統(tǒng)控制下沿細(xì)小管道內(nèi)部或外部自動(dòng)行走，進(jìn)行系列管道檢測(cè)作業(yè)。

圖1-30輪式管道檢測(cè)機(jī)器人

1.5.5裝配機(jī)器人

裝配機(jī)器人是柔性自動(dòng)化裝配系統(tǒng)的核心設(shè)備，常用的裝配機(jī)器人主要有可編程通用裝配操作手機(jī)器人(ProgrammableUniversalManipula-torforAssembly，PUMA)和平面雙關(guān)節(jié)型機(jī)器人(SelectiveComplianceAssemblyRobotArm，SCARA)兩種類型。與一般工業(yè)機(jī)器人相比，裝配機(jī)器人具有精度高、柔順性好、工作范圍小、能與其他系統(tǒng)配套使用等特點(diǎn)，主要用于各種電器的制造行業(yè)。圖1-31展示了裝配機(jī)器人的應(yīng)用。

圖1-31裝配機(jī)器人的應(yīng)用

裝配機(jī)器人、人工裝配、專用裝配機(jī)械的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1-4所示。

1.5.6輪式移動(dòng)機(jī)器人(AGV)

移動(dòng)