《KEBA機器人控制系統(tǒng)基礎操作與編程應用》課件 1.2工業(yè)機器人系統(tǒng)組成

工業(yè)機器人系統(tǒng)組成KEBA機器人控制系統(tǒng)基礎操作與編程應用首頁任務描述任務目標知識儲備任務實施目錄Contents01020304本節(jié)課介紹工業(yè)機器人的系統(tǒng)組成等知識，了解工業(yè)機器人系統(tǒng)的各個部分，各部分的功能和作用。任務描述了解工業(yè)機器人系統(tǒng)的組成各部分。熟悉控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、感知系統(tǒng)的功能作用。了解伺服驅動器的控制方式。了解驅動系統(tǒng)的3種動力裝置和傳動機構。熟悉工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)。工業(yè)機器人系統(tǒng)組成一、控制系統(tǒng)機器人控制系統(tǒng)是機器人的大腦，是決定機器人功用和功能的主要要素?？刂葡到y(tǒng)是按照輸入的程序對驅動系統(tǒng)和執(zhí)行機構收回指令信號，并進行控制。工業(yè)機器人控制技術的主要任務便是控制工業(yè)機器人在工作空間中的活動范圍、姿勢和軌跡、動作的時間等。控制器機器人控制系統(tǒng)是機器人的重要組成部分，用于對操作機的控制，以完成特定的工作任務，其基本功能如下:1)記憶功能:指存儲作業(yè)順序、運動路徑、運動方式、運動速度和與生產工藝有關的信息。2)示教功能:指離線編程、在線示教和間接示教。在線示教包括示教器和導引示教兩種。3)與外圍設備聯系功能。此功能需要的接口有輸人和輸出接口、通信接口、網絡接口和同步接口。4)坐標設置功能:有關節(jié)坐標系、絕對坐標系、工具坐標系、用戶自定義坐標系四種。5)人機接口:有示教器接口，操作面板接口及顯示屏接口。6)傳感器接口:有多種傳感器(如位置傳感器，視覺傳感器、觸覺傳感器、力覺傳感器)接口。7)位置何服功能:包括機器人多軸聯動，運動控制、速度和加速度控制、動態(tài)補償等。一、控制系統(tǒng)示教器示教器是指進行機器人的手動操縱、程序編寫、參數配置以及監(jiān)控用的手持裝置，是常用于機器人的控制。伺服驅動器伺服驅動器（ServoDrives）又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機（有的資料也把電機稱為馬達）進行控制，實現高精度的傳動系統(tǒng)定位。一、控制系統(tǒng)二、驅動系統(tǒng)工業(yè)機器人的驅動系統(tǒng)是驅使執(zhí)行機構（機械系統(tǒng)）運動的裝置，它將電能或流體能等轉換成機械能，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使工業(yè)機器人完成指定的工作任務。動力裝置工業(yè)機器人動力裝置，按照動力源不同，可以分為液壓動力系統(tǒng)、氣動動力系統(tǒng)和電動動力系統(tǒng)三大類。1、液壓動力系統(tǒng)是利用存儲在也體內的勢能驅動工業(yè)機器人運動的系統(tǒng)，主要包括直線位移或旋轉式活塞、液壓伺服系統(tǒng)。液壓伺服系統(tǒng)是利用伺服閥改變液流截面，與控制信號成比例地調節(jié)流速的一種方式。液壓驅動的特點是動力大，力或力矩慣量比大，響應快速，易于實現直接驅動等，故適于在承載能力大、慣量大、防爆環(huán)境條件下使用。但由于要進行電能轉換為液壓能的能量轉換，速度控制多采用節(jié)流調速，效率比電動驅動要低，液壓系統(tǒng)液體泄漏會對環(huán)境造成污染，工作噪聲較高，一般中低負載的機器人動力驅動系統(tǒng)多采用電動系統(tǒng)。動力裝置工業(yè)機器人動力裝置，按照動力源不同，可以分為液壓動力系統(tǒng)、氣動動力系統(tǒng)和電動動力系統(tǒng)三大類。2、氣動動力系統(tǒng)是利用氣動壓力驅動工業(yè)機器人運動的系統(tǒng)，一般由活塞和控制閥組成。其特點是速度快，系統(tǒng)結構簡單，維修方便，價格低廉，適于中小負荷機器人使用。但實現伺服控制困難，多用于程序控制的機器人中，如上下料、沖壓等。動力裝置工業(yè)機器人動力裝置，按照動力源不同，可以分為液壓動力系統(tǒng)、氣動動力系統(tǒng)和電動動力系統(tǒng)三大類。3、電動動力系統(tǒng)有步進電動機驅動、直流伺服電動機驅動和交流伺服電動機驅動等方式。近十年來，低慣量、大轉矩交直流伺服電動機及其配套的伺服驅動器廣泛用于各類機器人中。其特點是:不需能量轉換，使用方便，噪聲較低，控制靈活。大多數電動機后面需裝精密的傳動機構，直流有刷電動機不能用于要求防爆的環(huán)境中。近幾年又開發(fā)了直接驅動電動機，使機器人能快速、高精度定位，已廣泛用于裝配機器人中。電動動力系統(tǒng)是目前主流的動力裝置。動力裝置工業(yè)機器人動力裝置，按照動力源不同，可以分為液壓動力系統(tǒng)、氣動動力系統(tǒng)和電動動力系統(tǒng)三大類。3、電動動力系統(tǒng)：伺服電機（ServoMotor）也稱為執(zhí)行電機，是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。在自動控制系統(tǒng)中，伺服電機是執(zhí)行元件，其作用是把接收到的電信號轉換成為電機轉軸上的角位移或角速度輸出。它的動作完全服從于控制信號：當控制信號到來之前，其轉子靜止不動；當控制信號到來時，其轉子立即轉動起來；當控制信號消失時，其轉子立即自動停轉。正是由于這種“伺服”性能，故而稱之為伺服電機。按使用電源類型的不同，伺服電機可分交流伺服電機和直流伺服電機兩大類。結合視頻《機器人核心部件》了解。傳動機構工業(yè)機器人的傳動機構（減速器）用來把動力裝置的動力傳遞到關節(jié)和動作部位。減速器將電機的反轉數減速到所要的反轉數，并得到較大轉矩的裝置，從而降低轉速，添加轉矩；當負載較大時，一味提升伺服電機的功率是很不劃算的，能夠在適宜的速率范疇內通過減速器來進步輸出扭矩。伺服電機在低頻運轉下容易發(fā)熱和出現低頻振動，長時間和重復性的工作不利于確保其準確性、牢靠地運轉。精細減速電機的存在使伺服電機在一個適宜的速率下運轉，加強機器體剛性的同時輸出更大的力矩。如今主流的減速器有兩種：諧波減速器和RV減速。（有的資料，比如ABB的操作手冊，也把減速器寫為齒輪箱）結合《諧波減速器》視頻了解。氣動動力系統(tǒng)傳動的機器人三、機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械系統(tǒng)由基座、臂部、腕部、末端執(zhí)行器（或手部）組成。對于6關節(jié)機器人的本體，J1（第一軸、肩部）、J2（第二軸、大臂）、J3（第三軸、小臂）的運動主要改變機器人的位置，稱為basejoints（基本關節(jié)）；J4（第四軸）、J5（第五軸）、J6（第六軸、腕部）的運動主要改變機器人的方向姿態(tài)，稱為wristjoints（腕關節(jié)）。結合《工業(yè)機器人本體結構》視頻了解?；I(yè)機器人的臂部是機器人的主要執(zhí)行部件，它的作用是支承腕部和末端執(zhí)行器，并帶腕部和末端執(zhí)行器進行運動，改變腕部和末端執(zhí)行器的空間位置，滿足機器人的作業(yè)空間，并將各種載荷傳遞到機身。臂部工業(yè)機器人的臂部是機器人的主要執(zhí)行部件，它的作用是支承腕部和末端執(zhí)行器，并帶腕部和末端執(zhí)行器進行運動，改變腕部和末端執(zhí)行器的空間位置，滿足機器人的作業(yè)空間，并將各種載荷傳遞到機身。腕部工業(yè)機器人的腕部作用是改變末端執(zhí)行器的空間方向和將載荷傳遞到臂部。末端執(zhí)行器機器人末端執(zhí)行器也稱為機器人工具或者機器人手部，他安裝在機器人腕部上（以六關節(jié)工業(yè)機器人為例，是安裝在第六軸法蘭盤上），直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。（1）夾爪式工具夾爪工具是工業(yè)機器人最常用的一種末端執(zhí)行器末端執(zhí)行器機器人末端執(zhí)行器也成為機器人工具或者機器人手部，他安裝在機器人腕部上（以六關節(jié)工業(yè)機器人為例，是安裝在第六軸法蘭盤上），直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。（2）吸附式工具A、氣吸附式工具氣吸附式工具是利用吸盤內的真空度吸取工件的，可分為真空吸附、氣流負壓氣吸和擠壓排氣負壓氣吸式幾種。A、氣吸附式工具末端執(zhí)行器機器人末端執(zhí)行器也成為機器人工具或者機器人手部，他安裝在機器人腕部上（以六關節(jié)工業(yè)機器人為例，是安裝在第六軸法蘭盤上），直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。（2）吸附式工具B、磁吸附式工具磁吸附式工具是利用電磁鐵通電后產生的電磁吸力吸取工件，因此只能對鐵磁物體起作用B、磁吸附式工具末端執(zhí)行器機器人末端執(zhí)行器也成為機器人工具或者機器人手部，他安裝在機器人腕部上（以六關節(jié)工業(yè)機器人為例，是安裝在第六軸法蘭盤上），直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。（3）專用工具如噴槍、扳手、焊接工具專用工具：焊接工具