用微課學(xué)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù) 課件 學(xué)習(xí)情境3 走近工業(yè)機(jī)器人

用微課學(xué)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)高等職業(yè)教育精品工程系列教材走近工業(yè)機(jī)器人學(xué)習(xí)情境3工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)任務(wù)1工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)關(guān)于工業(yè)機(jī)器人，國(guó)際上有多種分類(lèi)方式，如可按機(jī)構(gòu)特征、輸入信息的方式、驅(qū)動(dòng)方式、負(fù)載、控制方式、自由度、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域等分類(lèi)。工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)1.按機(jī)構(gòu)特征分類(lèi)1)直角坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人直角坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人具有空間上相互垂直的3個(gè)直線移動(dòng)軸，即有3個(gè)可移動(dòng)的關(guān)節(jié)，可使其手部實(shí)現(xiàn)3個(gè)方向的獨(dú)立位移。這種工業(yè)機(jī)器人定位精度較高，空間軌跡規(guī)劃與求解相對(duì)容易，計(jì)算機(jī)控制相對(duì)簡(jiǎn)單。它的缺點(diǎn)是空間尺寸較大，運(yùn)動(dòng)的靈活性較差，其動(dòng)作空間僅為一個(gè)長(zhǎng)方體，且運(yùn)動(dòng)速度較低。直角坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人常用于生產(chǎn)設(shè)備的上下料，以及高精度的裝配和檢測(cè)作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)1.按機(jī)構(gòu)特征分類(lèi)2)圓柱面坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人圓柱面坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人由旋轉(zhuǎn)基座、升降移動(dòng)軸和水平移動(dòng)軸構(gòu)成，具有兩個(gè)平行移動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。手部的安裝軸線位姿用(z,r,θ)坐標(biāo)表示。這種工業(yè)機(jī)器人空間尺寸較小，工作范圍較大，動(dòng)作空間呈圓柱體，末端操作器可獲得較高的運(yùn)動(dòng)速度。它的缺點(diǎn)是末端操作器離z軸越遠(yuǎn)，其切向線位移的分辨精度就越低。工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)1.按機(jī)構(gòu)特征分類(lèi)3)球面坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人球面坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)，其空間位置分別由旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)和平移3個(gè)自由度確定。手部的安裝軸線位姿用(0,βr)坐標(biāo)表示。這種工業(yè)機(jī)器人空間尺寸較小，工作范圍較大，動(dòng)作空間為球面的一部分。4)多關(guān)節(jié)坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人多關(guān)節(jié)坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人顧名思義有多個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，由多個(gè)旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。這種工業(yè)機(jī)器人又可分為垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人和水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)(1)垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人由垂直于地面的腰部旋轉(zhuǎn)軸、帶動(dòng)小臂旋轉(zhuǎn)的肘部旋轉(zhuǎn)軸及小臂前端的手腕等組成。這種工業(yè)機(jī)器人可模擬人手臂的功能，空間尺寸較小，工作范圍較大，動(dòng)作空間近似為一個(gè)球體，機(jī)構(gòu)各軸必須獨(dú)立控制，并且需要搭配編碼器與傳感器以提高機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)的精確度，是目前應(yīng)用較多的一種機(jī)型。(2)水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人是由動(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)鏈相連接而構(gòu)成，具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，并且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的一種閉環(huán)機(jī)構(gòu)。這種工業(yè)機(jī)器人不易產(chǎn)生動(dòng)態(tài)誤差，無(wú)累積誤差，精度較高，運(yùn)動(dòng)慣性小，熱變形量小，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性高。其工作速度很快，主要用于食品包裝行業(yè)，是后面發(fā)展起來(lái)的一種機(jī)型。工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)按輸入信息的方式分類(lèi)，工業(yè)機(jī)器人可分為操作機(jī)械手固定程序工業(yè)機(jī)器人可編程型工業(yè)機(jī)器人程序控制型工業(yè)機(jī)器人示教型工業(yè)機(jī)器人智能型工業(yè)機(jī)器人。2.按輸入信息的方式分類(lèi)工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)按驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi)，工業(yè)機(jī)器人可以分為液壓型工業(yè)機(jī)器人、電動(dòng)型工業(yè)機(jī)器人和氣壓型工業(yè)機(jī)器人。3.按驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)反映工業(yè)機(jī)器人的適用范圍和工作性能，是選擇、使用工業(yè)機(jī)器人必須考慮的問(wèn)題。盡管各廠商針對(duì)工業(yè)機(jī)器人所提供的技術(shù)指標(biāo)不完全一樣，工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、用途及用戶(hù)的要求也不盡相同，但是其主要技術(shù)指標(biāo)一般都包括自由度、額定負(fù)載、工作精度、工作空間和最大工作速度等。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)1.自由度自由度是指物體能夠在坐標(biāo)系中進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，末端執(zhí)行器的動(dòng)作不包括手爪的動(dòng)作，一個(gè)自由度需要一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。自由度作為工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)，反映工業(yè)機(jī)器人動(dòng)作的靈活性，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。目前，焊接和噴涂工業(yè)機(jī)器人多有6或7個(gè)自由度，搬運(yùn)、碼垛和裝配工業(yè)機(jī)器人多有4～6個(gè)自由度。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)2.額定負(fù)載額定負(fù)載也稱(chēng)持重，是指在正常操作條件下，作用于工業(yè)機(jī)器人手腕末端，不會(huì)使工業(yè)機(jī)器人性能降低的最大載荷。目前使用的工業(yè)機(jī)器人的額定負(fù)載范圍為0.5～800kg。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)3.工作精度工作精度主要是指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度(也稱(chēng)絕對(duì)精度)是指工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異。重復(fù)定位精度(簡(jiǎn)稱(chēng)重復(fù)精度)是指工業(yè)機(jī)器人重復(fù)定位其末端執(zhí)行器于同一目標(biāo)位置的能力。目前，工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)精度可達(dá)±0.01～±0.5mm。根據(jù)作業(yè)任務(wù)和額定負(fù)載不同，工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)精度不同。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)4.工作空間工作空間也稱(chēng)工作范圍、工作行程，是指工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，其手腕參考點(diǎn)所能掠過(guò)的空間，常用圖形表示。目前，單體工業(yè)機(jī)器人本體的工作范圍可達(dá)3.5m。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)5.最大工作速度最大工作速度是指在各軸聯(lián)動(dòng)的情況下，工業(yè)機(jī)器人手腕中心所能達(dá)到的最大線速度。在生產(chǎn)中，最大工作速度是影響生產(chǎn)效率的重要指標(biāo)。最大工作速度越大，生產(chǎn)效率就越高，但對(duì)工業(yè)機(jī)器人的性能要求也越高。工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成任務(wù)2工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成第一代工業(yè)機(jī)器人主要由操作機(jī)、示教器和控制器組成。第二代及第三代工業(yè)機(jī)器人還包括感知系統(tǒng)和分析決策系統(tǒng)，分別由各種傳感器及軟件實(shí)現(xiàn)。概括來(lái)說(shuō)，工業(yè)機(jī)器人由三大部分6個(gè)系統(tǒng)組成。R-30iB工業(yè)機(jī)器人是由日本發(fā)那科開(kāi)發(fā)的工業(yè)用途的機(jī)器人，其組成如圖3-7所示。R-30iB廣泛應(yīng)用于澆鑄、焊接、涂膠、取放、水刀切割、灌注、堆疊等工業(yè)領(lǐng)域。它有6個(gè)自由度，使用高精度伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在一定工作范圍內(nèi)可以像人的手臂一樣靈活、準(zhǔn)確地運(yùn)動(dòng)。工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成1.機(jī)器人本體機(jī)器人本體是工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械主體，是用來(lái)完成各種作業(yè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它主要由機(jī)械臂、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)單元及內(nèi)部傳感器等部分組成。工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成1.機(jī)器人本體1)機(jī)械臂關(guān)節(jié)式工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂是由關(guān)節(jié)連在一起的許多機(jī)械連桿的集合體。(1)基座?；菣C(jī)器人本體的基礎(chǔ)部分，可用螺栓將機(jī)器人本體固定在地面上，起支承作用。(2)腰部。腰部是機(jī)器人本體手臂的支承部分。(3)手臂。手臂是連接機(jī)身和手腕的部分，是執(zhí)行結(jié)構(gòu)中的主要運(yùn)動(dòng)部件，也稱(chēng)主軸，主要用于改變手腕和末端執(zhí)行器的空間姿態(tài)。(4)手腕。手腕是連接末端執(zhí)行器和手臂的部分，也稱(chēng)次軸，主要用于改變末端執(zhí)行器的空間姿態(tài)。工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成1.機(jī)器人本體2)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置是驅(qū)使工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。它按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)，借助動(dòng)力元件使工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)生動(dòng)作，相當(dāng)于人的肌肉、筋絡(luò)。工業(yè)機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)三種基本類(lèi)型。目前，除個(gè)別運(yùn)動(dòng)精度不高、重負(fù)載或有防爆要求的工業(yè)機(jī)器人采用液壓、氣壓驅(qū)動(dòng)以外，大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人采用電氣驅(qū)動(dòng)，其中交流伺服電機(jī)應(yīng)用最廣，并且驅(qū)動(dòng)器布置大都采用一個(gè)關(guān)節(jié)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。工業(yè)機(jī)器人的核心技術(shù)是運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)。目前工業(yè)機(jī)器人采用的電氣驅(qū)動(dòng)主要有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩類(lèi)。工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成1.機(jī)器人本體(1)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的開(kāi)環(huán)控制精密驅(qū)動(dòng)儀器，可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁式步進(jìn)電機(jī)和混合式步進(jìn)電機(jī)三類(lèi)。其中，混合式步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，是一種精度高、控制簡(jiǎn)單、成本低廉的步進(jìn)電機(jī)。(2)伺服電機(jī)。伺服電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，把接收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸上的角位移或角速度輸出，可分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)兩大類(lèi)。與步進(jìn)電機(jī)相比，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)伺服電機(jī)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成1.機(jī)器人本體3)傳動(dòng)單元目前減速器是工業(yè)機(jī)器人廣泛采用的機(jī)械傳動(dòng)單元，應(yīng)用在關(guān)節(jié)式工業(yè)機(jī)器人中的減速器主要有兩類(lèi)：RV減速器和諧波減速器。一般將RV減速器放置在基座、腰部、大臂等負(fù)載重的位置(主要用于20kg以上的工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)),將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部等負(fù)載輕的位置(主要用于20kg以下的工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié))。此外，工業(yè)機(jī)器人還采用齒輪傳動(dòng)單元、鏈條(帶)傳動(dòng)單元、皮帶傳動(dòng)單元等。工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成2.示教器示教器也稱(chēng)示教編程器或示教盒，主要由顯示屏和TP操作鍵盤(pán)組成，可由操作人員手持移動(dòng)。示教器是工業(yè)機(jī)器人的人機(jī)交互接口，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的所有操作，如移動(dòng)工業(yè)機(jī)器人、編寫(xiě)工業(yè)機(jī)器人程序、試運(yùn)行程序、生產(chǎn)運(yùn)行、查看工業(yè)機(jī)器人狀態(tài)等，基本上都是通過(guò)它來(lái)完成的。示教器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)專(zhuān)用的智能終端，示教器背面左右兩端各有一個(gè)DEADMAN開(kāi)關(guān)，當(dāng)TP有效時(shí)，只有此開(kāi)關(guān)被按到適中的位置，工業(yè)機(jī)器人才能運(yùn)動(dòng)；一旦松開(kāi)或按緊此開(kāi)關(guān)，工業(yè)機(jī)器人立即停止運(yùn)動(dòng)，并發(fā)出報(bào)警。工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成3.控制器控制器是工業(yè)機(jī)器人的“大腦”,可根據(jù)指令及傳感信息控制工業(yè)機(jī)器人完成一定動(dòng)作或作業(yè)任務(wù)，是決定工業(yè)機(jī)器人功能和性能的主要因素，也是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中更新和發(fā)展最快的部分?？刂破鞯慕M成部分主要有操作面板及其電路板、主板、I/O板、伺服放大器等，其基本功能包括示教功能、記憶功能、位置伺服功能、坐標(biāo)設(shè)定功能、與外部設(shè)備聯(lián)系功能、傳感器接口功能、故障診斷及安全保護(hù)功能等。R-30iB工業(yè)機(jī)器人控制器最多能控制40根軸，可分多個(gè)組控制，每個(gè)組最多可以控制9根軸。工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成工業(yè)機(jī)器人的開(kāi)關(guān)機(jī)工業(yè)機(jī)器人是一種比較復(fù)雜的設(shè)備，由多個(gè)部分組成，斷電、通電也有很多需要操作人員注意的地方。1.斷電(1)通過(guò)TP操作鍵盤(pán)或控制器操作面板上的暫停鍵或緊急停止按鈕停止工業(yè)機(jī)器人。(2)將控制器操作面板上的電源開(kāi)關(guān)置于OFF。注意如果有外部設(shè)備，如打印機(jī)、軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、視覺(jué)系統(tǒng)等和工業(yè)機(jī)器