機(jī)電集成技術(shù)（初級(jí)）課件 12.工業(yè)機(jī)器人概述

工業(yè)機(jī)器人概述——課證融通課程工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人121/27

1.工業(yè)機(jī)器人2/27工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它能自動(dòng)執(zhí)行工作，是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行。幾種常見(jiàn)品牌的工業(yè)機(jī)器人

1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史1954年，喬治·迪沃申請(qǐng)了第一個(gè)機(jī)器人的專利（于1961年授予），制作機(jī)器人的第一家公司是Unimation，Unimation機(jī)器人也被稱為可編程移機(jī)。1969年，維克多·沙因曼在斯坦福大學(xué)發(fā)明了斯坦福大學(xué)的手臂。1973年，庫(kù)卡機(jī)器人建立了自己的第一個(gè)機(jī)器人，被稱為FAMULUS。3/27

1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史1990年10月，國(guó)際機(jī)器人工業(yè)人士在丹麥?zhǔn)锥几绫竟匍_(kāi)了一次工業(yè)機(jī)器人國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大會(huì)，并在這次大會(huì)上通過(guò)了一個(gè)文件，把工業(yè)機(jī)器人分為四類：順序型、沿軌跡作業(yè)型、遠(yuǎn)距作業(yè)型和智能型。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于上世紀(jì)1970年初期，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個(gè)階段：70年代的萌芽期，80年代的開(kāi)發(fā)期和90年代的適用化期。4/27

1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史5/27工業(yè)機(jī)器人正向著智能化方向發(fā)展，而智能工業(yè)機(jī)器人將成為未來(lái)的技術(shù)制高點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。我國(guó)要想跟上未來(lái)工業(yè)發(fā)展，首要任務(wù)是提高工業(yè)機(jī)器人的智能化技術(shù)。智能化技術(shù)可以提高機(jī)器人的工作能力和使用性能。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的代表。智能化技術(shù)的發(fā)展將推動(dòng)著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)智能化水平將標(biāo)志著機(jī)器人的水平，雖然目前還有很多問(wèn)題需要解決，但隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，會(huì)逐漸改進(jìn)發(fā)展。

1.2行業(yè)應(yīng)用6/27勞動(dòng)力成本的逐年上漲，將刺激第二產(chǎn)業(yè)對(duì)機(jī)器人的需求。目前，汽車行業(yè)使用工業(yè)機(jī)器人最多，醫(yī)藥等行業(yè)的增長(zhǎng)需求甚至達(dá)到100%以上，2013年全球機(jī)器人銷量16.8萬(wàn)臺(tái)。

工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套裝備是生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵設(shè)備，可用于制造、安裝、檢測(cè)、物流等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并廣泛應(yīng)用于汽車整車及汽車零部件、工程機(jī)械、軌道交通、低壓電器、電力、IC裝備、軍工、煙草、金融、醫(yī)藥、冶金及印刷出版等眾多行業(yè)，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。在中國(guó)，50%的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于汽車制造業(yè)，其中50%以上為焊接機(jī)器人。在發(fā)達(dá)國(guó)家，汽車工業(yè)機(jī)器人占機(jī)器人總保有量的53%以上。中國(guó)正由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，需要提升加工手段，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，這一切都預(yù)示機(jī)器人的發(fā)展前景巨大。7/271.2行業(yè)應(yīng)用

汽車制造業(yè)1.2行業(yè)應(yīng)用8/27

電子電氣行業(yè)電子類的IC、貼片元器件，工業(yè)機(jī)器人在這些領(lǐng)域的應(yīng)用均較普遍。在手機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域，視覺(jué)機(jī)器人，例如分揀裝箱、撕膜系統(tǒng)、激光塑料焊接、高速四軸碼垛機(jī)器人等適用于觸摸屏檢測(cè)、擦洗、貼膜等一系列流程的自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用。專區(qū)內(nèi)機(jī)器人均由國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商根據(jù)電子生產(chǎn)行業(yè)需求所特制，小型化、簡(jiǎn)單化的特性實(shí)現(xiàn)了電子組裝高精度、高效的生產(chǎn)，滿足了電子組裝加工設(shè)備日益精細(xì)化的需求，而自動(dòng)化加工更是大大提升生產(chǎn)效益。1.2行業(yè)應(yīng)用9/27橡膠及塑料工業(yè)塑料工業(yè)的合作緊密而且專業(yè)化程度高：塑料的生產(chǎn)、加工和機(jī)械制造緊密相連。要躋身塑料工業(yè)需符合極為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。這對(duì)機(jī)器人來(lái)說(shuō)當(dāng)然毫無(wú)問(wèn)題。它不僅最佳適用于在凈室環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)下生產(chǎn)工具，而且也可在注塑機(jī)旁完成高強(qiáng)度作業(yè)。即使在高標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)環(huán)境下，它也將可靠地提高各種工藝的經(jīng)濟(jì)效益。因?yàn)闄C(jī)器人掌握了一系列操作、拾放和精加工作業(yè)。1.2行業(yè)應(yīng)用10/27鑄造行業(yè)在極端的工作環(huán)境下進(jìn)行多班作業(yè)—鑄造域的作業(yè)使工人和機(jī)器遭受沉重負(fù)擔(dān)。機(jī)器人以其模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、靈活的控制系統(tǒng)、專用的應(yīng)用軟件能夠滿足鑄造行業(yè)整個(gè)自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域的最高要求。它不僅防水，而且耐臟、抗熱。它甚至可以直接在注塑機(jī)旁、內(nèi)部和上方用于取出工件。此外它還可以可靠地將工藝單元和生產(chǎn)單元連接起來(lái)。另外在去毛邊、磨削或鉆孔等精加工作業(yè)以及進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)方面，機(jī)器人表現(xiàn)非凡。1.2行業(yè)應(yīng)用11/27食品行業(yè)目前人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的食品工業(yè)機(jī)器人有包裝罐頭機(jī)器人，自動(dòng)午餐機(jī)器人和切割牛肉機(jī)器人等。切割牛肉的機(jī)器人將要加工的牛的肢體與數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的以前的牛的肢體的切割信息進(jìn)行比較來(lái)加工每一頭牛，這樣就可以順著每刀切割所定的初始路線方向來(lái)確定刀的起點(diǎn)和終點(diǎn)，然后用機(jī)器人驅(qū)動(dòng)刀切入牛的身體里面。傳感器系統(tǒng)監(jiān)視切割時(shí)所用力量的大小，來(lái)確定刀是否是在切割骨頭，同時(shí)把信息反饋給機(jī)器人控制系統(tǒng)，以控制刀片只順著骨頭的輪廓移動(dòng)，從而避免損壞刀片。1.2行業(yè)應(yīng)用12/27化工行業(yè)化工行業(yè)是工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。目前應(yīng)用于化工行業(yè)的主要潔凈機(jī)器人及其自動(dòng)化設(shè)備有大氣機(jī)械手、真空機(jī)械手、潔凈鍍膜機(jī)械手、潔凈AGV、RGV及潔凈物流自動(dòng)傳輸系統(tǒng)等。很多現(xiàn)代化工業(yè)品生產(chǎn)要求精密化、微型化、高純度、高質(zhì)量和高可靠性，在產(chǎn)品的生產(chǎn)中要求有一個(gè)潔凈的環(huán)境，潔凈度的高低直接影響產(chǎn)品的合格率，潔凈技術(shù)就是按照產(chǎn)品生產(chǎn)對(duì)潔凈生產(chǎn)環(huán)境的污染物的控制要求、控制方法以及控制設(shè)施的日益嚴(yán)格而不斷發(fā)展。1.2行業(yè)應(yīng)用13/27家用電器行業(yè)使用機(jī)器人可以更經(jīng)濟(jì)有效地完成白色家電生產(chǎn)、加工、搬運(yùn)、測(cè)量和檢驗(yàn)工作。原因是多方面的：因其具有最高的生產(chǎn)率、重復(fù)性的高精確度、很高的可靠性以及光學(xué)和觸覺(jué)性能，機(jī)器人幾乎可以運(yùn)用到家用電器生產(chǎn)工藝流程的所有方面。1.2行業(yè)應(yīng)用14/27治金行業(yè)無(wú)論是輕金屬、彩色金屬、貴金屬、特殊金屬，還是鋼金屬工業(yè)離不開(kāi)鑄造廠和鋼金屬加工。而且如果沒(méi)有自動(dòng)化和多班作業(yè)，就無(wú)法確保生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)力并減輕員工繁重的工作。工業(yè)機(jī)器人在冶金行業(yè)的主要工作范圍包括鉆孔、銑削或切割以及折彎和沖壓等加工過(guò)程。此外它還可以縮短焊接、安裝、裝卸料過(guò)程的工作周期并提高生產(chǎn)率。1.2行業(yè)應(yīng)用15/27煙草行業(yè)工業(yè)機(jī)器人在煙草行業(yè)的應(yīng)用我國(guó)煙草行業(yè)多年來(lái)不斷加強(qiáng)技術(shù)改造，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，重點(diǎn)卷煙企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備已達(dá)到國(guó)際90年代初期水平。但是，先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備必須配備與之相應(yīng)的管理方法和后勤保障系統(tǒng)，才能真正發(fā)揮設(shè)備的高效益，如卷煙原、輔料的配送，就需要先進(jìn)的自動(dòng)化物流系統(tǒng)來(lái)完成，傳統(tǒng)的人工管理，人工搬運(yùn)極易出錯(cuò)，又不準(zhǔn)時(shí)，已不能適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要。精準(zhǔn)的工業(yè)機(jī)器人被應(yīng)用于這個(gè)領(lǐng)域。

2.工業(yè)機(jī)器人的組成16/27工業(yè)機(jī)器人通常由機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、和控制系統(tǒng)三部分組成。

工業(yè)機(jī)器人1-機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2-驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3-控制系統(tǒng)

2.工業(yè)機(jī)器人的組成17/27（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要由末端執(zhí)行器、手腕、手臂、腰部和基座組成。末端執(zhí)行器手腕手臂腰部基座機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)——末端執(zhí)行器末端執(zhí)行器是機(jī)器人直接用于抓取和握緊（或吸附）工件或夾持專用工具（如噴槍、扳手、焊接工具）進(jìn)行操作的部件，它具有模仿人手動(dòng)作的功能，并安裝于機(jī)器人手臂的前端。末端執(zhí)行器大致可分為以下幾類：夾鉗式取料手、吸附式取料手、專用操作器及轉(zhuǎn)換器、仿生多指靈巧手。18/272.工業(yè)機(jī)器人的組成手腕是連接末端執(zhí)行器和手臂的部件。它的作用是調(diào)整或改變工件的方位，因而它具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)器人末端執(zhí)行器適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。19/272.工業(yè)機(jī)器人的組成機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)——手腕20/272.工業(yè)機(jī)器人的組成手臂是機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)中重要的部件，它的作用是將被抓取的工件運(yùn)送到給定的位置上。機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)——手臂腰部又稱立柱，是支撐手臂的部件，其作用是帶動(dòng)臂部運(yùn)動(dòng)，可以在基座上轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以與基座制成一體。與臂部運(yùn)動(dòng)結(jié)合，把腕部傳遞到需到的工作位置。21/272.工業(yè)機(jī)器人的組成機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)——腰部和基座基座是機(jī)器人的基礎(chǔ)支持部分，起支撐作用。整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置都是安裝在基座上的，有固定式和移動(dòng)式兩種。所以該部件必須具有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。22/272.工業(yè)機(jī)器人的組成機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)——腰部和基座傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有：諧波減速器、滾珠絲桿、鏈、帶以及各種齒輪系。

2.工業(yè)機(jī)器人的組成23/27（2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分。它們通常與機(jī)械結(jié)構(gòu)連成機(jī)器人本體。24/27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)械機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)指令，借助動(dòng)力元件使機(jī)器人產(chǎn)生動(dòng)作，作用就相當(dāng)于人類的肌肉、筋絡(luò)通常有：電機(jī)驅(qū)動(dòng)，包括直流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)，液壓驅(qū)動(dòng)和氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。2.工業(yè)機(jī)器人的組成示教再現(xiàn)功能示教再現(xiàn)功能是指在執(zhí)行新的任務(wù)之前，預(yù)先將作業(yè)的操作過(guò)程示教給工業(yè)機(jī)器人，然后讓工業(yè)機(jī)器人再現(xiàn)示教的內(nèi)容，以完成作業(yè)任務(wù)。

2.工業(yè)機(jī)器人的組成25/27（3）控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)，相當(dāng)于機(jī)器人的“大腦”，要有效地控制工業(yè)機(jī)器人，它的控制系統(tǒng)就必須具備以下兩種功能，也是工業(yè)機(jī)器人