第五部分 机器人应用之一工业机器人

1、工业机器人定义工业机器人定义和和特点特点工业机器人结构与组成工业机器人结构与组成工业机器人种类及应用工业机器人种类及应用1 1）工业机器人的定义和特点）工业机器人的定义和特点 定义：工业机器人是一种在自动控制下，能够重定义：工业机器人是一种在自动控制下，能够重复编程完成某些操作或移动作业的多功能、多自复编程完成某些操作或移动作业的多功能、多自由度的机械装置，可以在无人参与下自动的执行由度的机械装置，可以在无人参与下自动的执行搬运搬运 、装配、焊接和喷涂等多种操作和移动功能、装配、焊接和喷涂等多种操作和移动功能的自动化装置的自动化装置 。特点：特点： 工业机器人工业机器人是机电一体化的工业生产用

2、自动化是机电一体化的工业生产用自动化装置。工业机器人是为工业大生产而设计的装置。工业机器人是为工业大生产而设计的, ,为了适为了适应各种不同的生产应用应各种不同的生产应用, ,其形状多种多样其形状多种多样, ,但但根本没根本没有一点人模样有一点人模样, ,它具有如下特点：它具有如下特点：(1)(1)能高强度能高强度地、地、持久地在各种生产和工作环境中从持久地在各种生产和工作环境中从事单调重复的劳动，使人类从繁重体力劳动中解放事单调重复的劳动，使人类从繁重体力劳动中解放出来。出来。(2)(2)对工作环境有很强适应能力，能代替人在有害场对工作环境有很强适应能力，能代替人在有害场所从事危险工作所从事

3、危险工作。特点：特点： (3)(3)具有很广泛的通用性，比一般自动化设备有更具有很广泛的通用性，比一般自动化设备有更广的使用，既能满足大批量生产的需要，又能满足广的使用，既能满足大批量生产的需要，又能满足产品灵活多变的中、小批量的生产作业。产品灵活多变的中、小批量的生产作业。( (4)4)具有独特的柔性，它可以通过软件调整等手段具有独特的柔性，它可以通过软件调整等手段加工多种零件，可以灵活加工多种零件，可以灵活 、迅速实现多品种、小、迅速实现多品种、小批量的生产。批量的生产。(5)(5)动作准确性高，可保证产品质量的稳定性。动作准确性高，可保证产品质量的稳定性。(6)(6)能显著地提高生产率和

4、大幅度降低产品成本能显著地提高生产率和大幅度降低产品成本工业机器人的基本组成工业机器人的基本组成工业机器人通常由工业机器人通常由执行机构执行机构、驱动系统驱动系统、控制系统控制系统和和传感系统传感系统四部分组成四部分组成。工业机器人各组成部分之间的相互作用关系如图工业机器人各组成部分之间的相互作用关系如图：执行机构执行机构执行机构是机器人赖以完成工作任执行机构是机器人赖以完成工作任务的实体务的实体。通常由一系列连杆、关节或其他形通常由一系列连杆、关节或其他形式的运动副所组成。式的运动副所组成。从功能的角度可分为：手部、腕部、从功能的角度可分为：手部、腕部、臂部、腰部和机座臂部、腰部和机座。 驱

5、动系统驱动系统工业机器人的驱动系统是向执行系统各部件提供工业机器人的驱动系统是向执行系统各部件提供动力的装置，包括驱动器和传动机构两部分，它们动力的装置，包括驱动器和传动机构两部分，它们通常与执行机构联成一体。通常与执行机构联成一体。驱动器通常有电动、液压、气动装置以及把它们驱动器通常有电动、液压、气动装置以及把它们结合起来应用的综合系统。结合起来应用的综合系统。控制系统控制系统控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构完成固定的运动和功能。完成固定的运动和功能。

6、若工业机器人不具备信息反馈特征，则为若工业机器人不具备信息反馈特征，则为开环开环控制系统；控制系统； 若具备信息反馈特征，则为若具备信息反馈特征，则为闭环闭环控制系统。控制系统。传感系统传感系统 传感系统是机器人的重要组成部分，按其采集信息传感系统是机器人的重要组成部分，按其采集信息的位置，一般可分为内部和外部两类传感器。的位置，一般可分为内部和外部两类传感器。 内部传感器内部传感器：完成机器人运动控制所必须的传感器，完成机器人运动控制所必须的传感器，如位置、速度传感器等，用于采集机器人内部信息，是如位置、速度传感器等，用于采集机器人内部信息，是构成机器人不可缺少的基本元件。构成机器人不可缺少

7、的基本元件。 外部传感器外部传感器：检测机器人所处环境、外部物体状态检测机器人所处环境、外部物体状态或机器人与外部物体的关系。常用的外部传感器有力觉或机器人与外部物体的关系。常用的外部传感器有力觉传感器、触觉传感器、接近觉传感器、视觉传感器等。传感器、触觉传感器、接近觉传感器、视觉传感器等。一些特殊领域应用的机器人还可能需要具有温度、湿度、一些特殊领域应用的机器人还可能需要具有温度、湿度、压力、滑动量、化学性质等感觉能力方面的传感器。压力、滑动量、化学性质等感觉能力方面的传感器。工业机器人的种类及应用工业机器人的种类及应用焊接机器人焊接机器人 在工业机器人的末轴法兰上装接焊钳或焊（割）枪，在工

8、业机器人的末轴法兰上装接焊钳或焊（割）枪，使之能进行焊接的机器人。使之能进行焊接的机器人。 目前焊接机器人是最大的工业机器人应用领域，占目前焊接机器人是最大的工业机器人应用领域，占工业机器人总数的工业机器人总数的25%左右。左右。焊接机器人系统组成焊接机器人系统组成 完整的焊接机器人系统一般由如下几部分组成：机完整的焊接机器人系统一般由如下几部分组成：机械手、变位机、控制器、焊接系统（专用焊接电源、械手、变位机、控制器、焊接系统（专用焊接电源、焊枪或焊钳等）、焊接传感器、中央控制计算机和相焊枪或焊钳等）、焊接传感器、中央控制计算机和相应的安全设备等应的安全设备等焊接机器人系统组成点焊机器人点焊

9、机器人 用于点焊自动作业的工业机器人。用于点焊自动作业的工业机器人。点焊机器人的组成和基本功能点焊机器人的组成和基本功能 点焊机器人由机器人本体、计算机控制系统、示教盒点焊机器人由机器人本体、计算机控制系统、示教盒和点焊焊接系统几部分组成。和点焊焊接系统几部分组成。 点焊作业对所用机器人的要求不是很高。因为点焊点焊作业对所用机器人的要求不是很高。因为点焊只只需点位控制需点位控制，至于焊钳在点与点之间的移动轨迹没有严，至于焊钳在点与点之间的移动轨迹没有严格要求，这也是机器人最早只能用于点焊的原因。点焊格要求，这也是机器人最早只能用于点焊的原因。点焊机器人需要有足够的负载能力，而且在点与点之间移位

10、机器人需要有足够的负载能力，而且在点与点之间移位时速度要快捷，动作要平稳，定位要准确，以减少移位时速度要快捷，动作要平稳，定位要准确，以减少移位的时间，提高工作效率。的时间，提高工作效率。点焊机器人的组成1机械臂 2进水、出水管线 3焊钳 4电极修整装置 5气管6控制电缆 7点焊定时器 8机器人控制柜 9安全围栏点焊机器人的应用点焊机器人的应用 引入点焊机器人可引入点焊机器人可以取代笨重、单调、重以取代笨重、单调、重复的体力劳动；能更好复的体力劳动；能更好地保证焊点质量；可长地保证焊点质量；可长时间重复工作，提高工时间重复工作，提高工作效率作效率30%以上；可以以上；可以组成柔性自动生产系统，

11、组成柔性自动生产系统，特别适合新产品开发和特别适合新产品开发和多品种生产，增强企业多品种生产，增强企业应变能力。应变能力。Fanuc S-420点焊机器人应用实例弧焊机器人弧焊机器人 用于进行自动弧焊的工业机器人。用于进行自动弧焊的工业机器人。弧焊机器人的组成和基本功能弧焊机器人的组成和基本功能弧焊机器人一般由示教盒、控制盘、机器人本体及自动送弧焊机器人一般由示教盒、控制盘、机器人本体及自动送丝装置、焊接电源等部分组成。丝装置、焊接电源等部分组成。弧焊过程比点焊过程要复杂得多，焊丝端头的运动轨迹、弧焊过程比点焊过程要复杂得多，焊丝端头的运动轨迹、焊枪姿态、焊接参数都要求精确控制。所以，弧焊机器

12、人焊枪姿态、焊接参数都要求精确控制。所以，弧焊机器人应能实现应能实现连续轨迹连续轨迹控制，并可以利用直线插补和圆弧插补控制，并可以利用直线插补和圆弧插补功能焊接由直线及圆弧所组成的空间焊缝，还应具备不同功能焊接由直线及圆弧所组成的空间焊缝，还应具备不同摆动样式的软件功能，供编程时选用，以便作摆动焊，而摆动样式的软件功能，供编程时选用，以便作摆动焊，而且摆动在每一周期中的停顿点处，机器人也应自动停止向且摆动在每一周期中的停顿点处，机器人也应自动停止向前运动，以满足工艺要求前运动，以满足工艺要求。弧焊机器人组成1机械手 2工作台 3焊枪 4防撞传感器 5送丝机 6焊丝盘7气瓶 8焊接电源 9电源

13、10机器人控制柜 11示教盒弧焊机器人的应用弧焊机器人的应用 弧焊机器人的应用弧焊机器人的应用范围很广，除了汽车行范围很广，除了汽车行业之外，在通用机械、业之外，在通用机械、金属结构、航天、航空、金属结构、航天、航空、机车车辆及造船等行业机车车辆及造船等行业都有应用。都有应用。弧焊机器人实例搬运机器人搬运机器人 主要从事自动化搬运作业的工业机器人。所谓搬运作主要从事自动化搬运作业的工业机器人。所谓搬运作业是指用一种设备握持工件，从一个加工位置移到另一业是指用一种设备握持工件，从一个加工位置移到另一个加工位置。工件搬运和机床上下料是工业机器人的一个加工位置。工件搬运和机床上下料是工业机器人的一个

14、重要应用领域，在工业机器人的构成比例中占有较大个重要应用领域，在工业机器人的构成比例中占有较大的比重。的比重。搬运机器人系统组成搬运机器人系统组成 搬运机器人系统由搬运机械手和周边设备组成。搬运搬运机器人系统由搬运机械手和周边设备组成。搬运机械手可用于搬运重达机械手可用于搬运重达几公斤至几公斤至1吨吨以上以上的负载。微型机的负载。微型机械手可搬运轻至械手可搬运轻至几克甚至几毫克几克甚至几毫克的样品，用于传送超净的样品，用于传送超净实验室内的样品。周边设备包括工件自动识别装置、自实验室内的样品。周边设备包括工件自动识别装置、自动启动和自动传输装置等。动启动和自动传输装置等。搬运机器人的应用搬运机

15、器人的应用最早的搬运机器人出现最早的搬运机器人出现在在1960年的美国。年的美国。八十年代以来，工业发八十年代以来，工业发达国家在推广搬运码垛达国家在推广搬运码垛的自动化、机器人化方的自动化、机器人化方面得到了显著的进展。面得到了显著的进展。日本、德国等国家在大日本、德国等国家在大批量生产如机械、家电、批量生产如机械、家电、食品、水泥、化肥等行食品、水泥、化肥等行业广泛使用搬运机器人。业广泛使用搬运机器人。FUJIACE搬运机器人KUKA机器人在搬运玻璃板喷漆机器人喷漆机器人 用于喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人。用于喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人。喷漆机器人系统组成喷漆机器人系统组成 主要由机

16、器人本体、计算机和相应的控制系统组主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成，配有自动喷枪、供漆装置、变更颜色装置等喷成，配有自动喷枪、供漆装置、变更颜色装置等喷漆设备。漆设备。 喷漆机器人采用液压驱动较多。液压驱动的喷漆喷漆机器人采用液压驱动较多。液压驱动的喷漆机器人还包括液压油源，如油泵、油箱和电机等。机器人还包括液压油源，如油泵、油箱和电机等。 较先进的喷漆机器人腕部采用柔性手腕，既可向较先进的喷漆机器人腕部采用柔性手腕，既可向各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的手腕，各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的手腕，能方便地通过较小的孔伸入工件内部，喷涂其内表能方便地通过较小的孔伸入工件

17、内部，喷涂其内表面面，动作速度快、有良好的防爆性能。动作速度快、有良好的防爆性能。喷漆机器人系统组成1机械手 2液压站 3机器人控制柜 4，12防爆器 5传送带 6电动机 7测速电机 8喷枪 9高压静电发生器 10塑粉回收装置 11粉桶/高压静电发生器 13电源 14气源 15烘道喷漆机器人的应用喷漆机器人的应用计算机控制的喷漆机器人计算机控制的喷漆机器人早在早在1975年就投入运用。年就投入运用。由于能够代替人在危险和由于能够代替人在危险和恶劣环境下进行喷漆作业，恶劣环境下进行喷漆作业，所以喷漆机器人日益广泛所以喷漆机器人日益广泛应用于汽车车体、仪表、应用于汽车车体、仪表、家电产品、陶瓷和各种塑家电产品、陶瓷和各种塑料制品的喷涂作业。料制品的喷涂作业。MOTOMAN喷漆机器人在喷漆装配机器人装配机器人 为完成装配作业而设计的工业机器人。为完成装配作业而设计的工业机器人。 装配作业的主要操作是：垂直向上抓起零部件，装配作业的主要操作是：垂直向上抓起零部件，水平移动它，然后垂直放下插入。通常要求这些操水平移动它，然后垂直放下插入。通常要求这些操作进行得既快又平稳，因此，一种能够沿着水平和作进行得既快又平稳，因此，一种能够沿着水平和垂直方向移动，并能对工作平面施加压力的机器人垂直方