工业机器人课件

学习情境4：设备应用

主讲：钟绵章学习情境4：设备应用主讲：钟绵章1定义：工业机器人是一种能自动定位控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机。功能：能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业。特点：工业机器人不同于机械手。工业机器人具有独立的控制系统，可以通过编程实现动作程序的变化；而机械手只能完成简单的搬运、抓取及上下料工作，它一般作为自动机或自动线上的附属装置，工作程序固定不变。

工业机器人工业机器人2一、工业机器人的组成和分类（一）工业机器人的组成工业机器人一般由操作机、驱动装置、控制系统和传感器系统等部分组成。一、工业机器人的组成和分类（一）工业机器人的组成3工业机器人ppt课件41、操作机。操作机也称执行机构，由末端执行器、手腕、手臂和机座组成。末端执行器又称手部，是操作机直接执行操作的装置。其上可安装夹持器、工具、传感器等。夹持器分为机械夹紧、磁力夹紧、液压张紧和真空抽吸四种。1、操作机。操作机也称执行机构，由末端执行器、手腕、5

手腕是连接手臂和末端执行器的部件，用来支承末端执行器并调整其姿态。有弯转式和旋转式两种。手臂用于支撑调整手腕和末端执行器，有连接杆件和关节组成，包括肘关节和肩关节。机座是承力部件，可分为固定式机座和移动式机座。移动式机座的行走机构可以是滚轮和履带，分为有轨和无轨两种，步行机器人的行走机构多为连杆机构。手腕是连接手臂和末端执行器的部件，用来支承末端执行器6

2、驱动装置。驱动装置为操作机工作提供动力。按所采用的动力源分为电动、液动和气动三种类型。

3、控制系统。控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统，其功能是控制工业机器人按照要求动作。工业机器人多采用计算机控制，一般设计成二级计算机控制和三级计算机控制。

二级计算机控制系统的第一级完成系统的监控、作业管理、自诊断等。第二级用于各关节伺服系统的控制。三级计算机控制系统分为决策级、策略级和执行级。2、驱动装置。驱动装置为操作机工作提供动力。按所采用的7

4、传感器系统机器人的准确操作决定于对其自身状态、操作对象及作业环境的准确认识，这主要依赖与传感器。机器人传感器分为：①用于测量机器人自身运动速度、位姿及加速度的传感器，称为内部传感器，包括速度传感器、加速度传感器、位置传感器和姿态传感器。②用于感受和测量外部环境信息和作业对象工况的传感器，称为外部传感器，包括非接触传感器（例如视觉传感器、听觉传感器）和接触传感器（例如力传感器、压觉传感器、滑觉传感器、硬觉传感器）。4、传感器系统8（二）工业机器人的分类1、按坐标形式分类（1）直角坐标式（PPP）。机器人末端执行器（手部）空间位置的改变是通过三个互相垂直的坐标x、y、z轴的移动来实现的。（二）工业机器人的分类9（2）圆柱坐标式（RPP）。机器人末端执行器空间位置的改变是由两个移动坐标和一个旋转坐标实现的。（2）圆柱坐标式（RPP）。机器人末端执行器空间位置的改变10（3）球坐标式（RRP），又称极坐标式。机器人手臂的运动由一个直线运动和二个转动组成，即沿x轴的伸缩，绕y轴的俯仰和绕z轴的回转。（3）球坐标式（RRP），又称极坐标式。机器人手臂的运动由11（4）关节坐标式（RRR），又称回转坐标式，分为垂直关节坐标和平面（水平）关节坐标。（4）关节坐标式（RRR），又称回转坐标式，分为垂直关节坐标12

2、按驱动方式分类（1）电力驱动。使用最多，驱动元件可以是步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。目前交流伺服电动机是主流。（2）液压驱动。有很大的抓取能力（可抓取高达上千牛力），液压力可达7Mpa，液压传动平稳，防爆性好，动作也较灵敏，但对密封性要求高，对温度敏感。（3）气压驱动。结构简单、动作迅速、价格低，但由于空气可压缩而使工作速度稳定性差，气压一般为0.7MPa，抓取力小（几十牛力至一百牛力）。2、按驱动方式分类133、按控制方式分类（1）点位控制。只控制机器人末端执行器目标点的位置和姿态，对其轨迹不严格控制。适用于上下料、点焊、卸运等作业。（2）连续轨迹控制。不仅控制目标点的位置，而且还要对其轨迹进行控制。采用这种控制方式的机器人，常用于焊接、喷漆和检测等作业。3、按控制方式分类14二、工业机器人的特性参数和技术要求（一）特性参数

表5—3业机器人的主要特性参数项目名称说明坐标形式常用的坐标形式有直角坐标、圆柱坐标、球坐标、关节坐标等运动自由度数自由度数表示机器人动作的灵活程度；机器人的自由度一般少于6个，也有多于6个的各自由度的动作范围自由度的动作范围是指各关节的活动范围；各关节的基本动作范围决定了机器人操作机工作空间的形状和大小各自由度的动作速度各自由度的动作速度是指各关节的极限速度额定负载额定负载是指在规定性能范围内，在手腕机械接口处所能承受的最大负载允许值精度精度主要包括位姿精度、位姿重复性、轨迹精度、轨迹重复性等二、工业机器人的特性参数和技术要求项目名称说明坐标形式常用15

（二）技术要求1、外观和结构。工业机器人要求布局合理、操作方便、造型美观、便于维修；无漏油、漏气现象；润滑冷却情况良好；机构运动灵活、平稳、可靠；整体美观协调无损伤。2、电气设备。动力线与信号线尽可能分开远离，信号线应采用屏蔽、双绞等抗干扰技术；在运动中突然停电后，恢复供电时不得自行接通；非接地处的绝缘电阻不得小于5MΩ；电子元器件一般应进行老化处理；控制柜应具有良好的通风、散热措施；电源电压波动允许±10%,频率允许50±1HZ。（二）技术要求16

3、可靠性。采用平均无故障工作时间（MTBF）及可维修时间（MTTR）作为衡量可靠性的指标。4、安全性。应满足《工业机器人安全规范》的规定。三、工业机器人的编程方式有两种编程方式，对于重复操作型机器人，一般采用示教编程方式编程。对于动作复杂、操作精度要求高的工业机器人（如装配机器人），采用工业机器人语言编程方式编程。（一）示教编程方式。示教编程分为手把手示教编程和示教盒示教编程。3、可靠性。采用平均无故障工作时间（MTBF）及可171、手把手示教编程。操作者利用示教手柄引导末端执行器沿所要求的位置移动，与此同时由传感器检测出工业机器人各关节所处的坐标位置，并由控制系统记录、存储。实际工作时工业机器人的控制系统就会重复再现示教后存储的轨迹和操作技能。这种编程方式主要用于喷漆、弧焊等要求连续轨迹控制的工业机器人中。也能实现点位控制，此时控制系统只记录轨迹终点，移动速度按各段轨迹对应的功能数据输入。1、手把手示教编程。182、示教盒示教编程。操作者利用示教盒上的各种功能按钮来驱动工业机器人的各关节（或轴），按作业需要的顺序单轴运动或多关节协调运动，从而完成位置和功能的示教编程。2、示教盒示教编程。19

（二）语言编程方式用工业机器人语言进行作业程序设计，方法与计算机编程相同，用程序指令来描述工业机器人的动作。根据工业机器人作业描述水平的高低，可将工业机器人语言分为三类，即动作级语言、对象级语言和任务级语言。（1）动作级语言是直接记述工业机器人手臂、手腕等动作的语言系统。（2）对象级语言主要面向作业对象和装配操作，是一种以描述操作物体间关系为中心的语言系统。（3）任务级语言允许使用者对任务目标直接下达指令，而不必规定任务细节，是比较高级的机器人语言。（二）语言编程方式20小结一、工业机器人的组成和分类组成：由操作机、驱动装置、控制系统和传感器系统等部分组成。分类：1、按坐标形式分类：直角坐标式（PPP）、圆柱坐标式（RPP）、球坐标式（RRP）和关节坐标式（RRR）

。2、按驱动方式分类：电力驱动、液压驱