工业机器人操作与运维流程 课件 ch02 工业机器人基础与典型应用

工业机器人基础与典型应用第二章工业机器人操作与运维教程1+X证书制度试点培训用书掌握工业机器人系统的构成。了解搬运码垛工作站、抛光打磨工作站、焊接工作站的应用场景。知识目标了解工业机器人的分类及应用。熟悉搬运码垛工作站、抛光打磨工作站、焊接工作站的构成。工业机器人基础与典型应用学习内容工业机器人基础与典型应用01认识工业机器人工业机器人关节机构工业机器人关节：在工业机器人机构中，2个相邻连杆的连接位置有1条公共的轴线，此连接位置允许2个相邻连杆沿该轴线进行相对移动或绕该轴线进行相对转动，构成1个运动副，也称为关节。工业机器人关节的类型决定了工业机器人的运动自由度，移动关节、转动关节、球面关节和虎克铰关节是工业机器人机构中经常使用的关节类型。认识工业机器人移动关节用字母P表示，它允许2个相邻连杆沿关节轴线进行相对移动，这种关节有1个自由度，如图2-1（a）所示。认识工业机器人转动关节用字母R表示，它允许2个相邻连杆绕关节轴线进行相对转动，这种关节有1个自由度，如图2-1（b）所示。认识工业机器人球面关节用字母S表示，它允许2个连杆之间进行3个独立的相对转动，这种关节有3个自由度，如图2-1（c）所示。认识工业机器人

虎克铰关节用字母T表示，它允许2个连杆之间进行2个相对转动，这种关节有2个自由度，如图2-1（d）所示。认识工业机器人

工业机器人结构运动简图：多个关节组合构成了工业机器人的结构，工业机器人结构运动简图是指用结构与运动符号表示工业机器人的臂部、腕部和手部等结构及结构间的运动形式的简易图形符号，如表2-1所示。认识工业机器人工业机器人性能指标工业机器人自由度：工业机器人具有的独立的单位动作组合数称为自由度。是工业机器人的技术指标，可以反映工业机器人动作的灵活性，用轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目表示，不包括末端执行器的动作。认识工业机器人常见工业机器人的自由度数量如表2-2所示，下面详细介绍各类工业机器人的自由度。认识工业机器人其他技术参数工业机器人的技术参数反映了工业机器人的适用范围和工作性能，是在设计、选择、应用工业机器人时必须考虑的问题。工业机器人的主要技术参数有自由度、工作精度、工作空间、最大工作速度、工作载荷、分辨率等。认识工业机器人典型工业机器人技术参数实例：不同型号的工业机器人的技术参数均可通过查询生产厂商给出的技术手册来得知，以汽车冲压行业中常用的工业机器人为例，其技术参数如表2-4所示。认识工业机器人典型工业机器人技术参数实例：不同型号的工业机器人的技术参数均可通过查询生产厂商给出的技术手册来得知，以汽车冲压行业中常用的工业机器人为例，其技术参数如表2-4所示。认识工业机器人工业机器人分类工业机器人的种类有很多，它们的功能、特征、驱动方式、应用场合等不尽相同。关于工业机器人的分类，国际上没有制定统一的标准。从不同的角度，会有不同的分类方法。认识工业机器人工业机器人的位姿与坐标系工业机器人的位姿：工业机器人的位姿是指工业机器人的位置和姿态。运动学研究的主要内容是工业机器人的手部在空间的位姿与运动之间的关系，以及各关节的位姿与运动之间的关系，而动力学研究的主要内容是这些运动和作用力之间的关系。认识工业机器人坐标系的分类：直角坐标系：如图2-20所示，取3条相互垂直的具有一定方向和度量单位的直线组成的坐标系，将其称为三维直角坐标系R3或空间直角坐标系OXYZ，也称右手坐标系（见图2-21）。认识工业机器人工业机器人坐标系工业机器人运动实质是根据不同作业任务和运动轨迹的要求，在各种坐标系下的运动。为了精确描述各连杆或物体之间的位姿关系，先定义一个固定的坐标系，并以它作为参考坐标系，所有静止或运动的物体就可以统一在同一个参考坐标系中进行比较。认识工业机器人02工业机器人系统构成工业机器人结构串联机器人结构：垂直串联结构是工业机器人中最常见的结构形式，六轴关节机器人是典型的垂直串联机器人。它是由关节和连杆依次串联而成的，而每个关节都由一台伺服电动机驱动。工业机器人系统构成平面关节机器人结构SCARA结构是日本山梨大学在1978年发明的一种建立在圆柱坐标上的特殊机器人的结构形式。具有这种结构的机器人通过2~3个轴线相互平行的水平旋转关节串联实现平面定位，其垂直升降有执行器升降和手臂整体升降两种形式。工业机器人系统构成SCARA结构最开始应用于3C行业印刷电路板的器件装配和搬运作业。随后在光伏行业的LED、太阳能电池安装，以及塑料、汽车、药品、食品等行业的平面装配和搬运领域得到了较为广泛的应用。工业机器人系统构成并联机器人结构目前，实际产品中使用的并联机器人结构以Calvel发明的Delta机器人为主。Delta结构弥补了其他并联结构的诸多缺点，具有工作载荷大、运动耦合弱、力控制容易、驱动简单等优点。工业机器人系统构成从机械结构上说，当前实用型的Delta机器人可分为回转驱动型（RotaryActuatedDelta）Delta机器人和直线驱动型（LinearActuatedDelta）Delta机器人两大类，如图2-37所示。工业机器人系统构成工业机器人驱动系统驱动系统（也称驱动器）在工业机器人中的作用相当于“人体的肌肉”。如果把连杆及关节看作工业机器人的骨骼，那么驱动器与肌肉的作用相同，通过移动或转动连杆改变工业机器人的构型。工业机器人系统构成驱动器必须具有足够的功率对连杆进行加速或减速并带动负载，同时，驱动器自身必须轻便、经济、精确、灵敏、可靠及便于维护。不同驱动器可以满足不同工业机器人的工作要求，根据能量转换方式的不同，可将驱动器划分为液压驱动、气压驱动、电气驱动及新型驱动类型。工业机器人系统构成前3种驱动系统的性能对比如表2-5所示。工业机器人系统构成工业机器人末端执行器末端执行器的定义：工业机器人在执行作业任务时，需要根据作业内容的不同，在工业机器人末端安装相应的装置完成作业任务。实现抓取的一系列装置被称为工业机器人末端执行器。工业机器人系统构成末端执行器的特点工业机器人的末端执行器既是主动感知工作环境信息的感知器。又是最后的执行器，是一个高度集成的、具有多种感知功能和智能化的机电系统。工业机器人系统构成涉及机构学、仿生学、自动控制、传感器技术、计算机技术、人工智能、通信技术、微电子学、材料学等多个研究领域。工业机器人的末端执行器正由简单向复杂发展；由笨拙向灵巧发展。其中，仿人灵巧手已经发展到了可以与人手相媲美的程度。工业机器人系统构成末端执行器的分类由于工业机器人的用途不同，所以要求末端执行器结构和性能也不相同。按其功能，末端执行器可分成两大类，即手爪类和工具类。工业机器人系统构成手爪类末端执行器：夹持式手爪与人手相似，是工业机器人常用的一种手部形式。一般由手指、驱动装置、传动机构和承接支架组成，如图2-51所示，可以通过控制手爪的开闭实现对工件的夹持。工业机器人系统构成吸附式手爪：吸附式手爪通过吸附力取料，根据吸附力的不同，其可分为气吸附手爪和磁吸附手爪。吸附式手爪适用于抓取大平面（单面接触无法抓取）、易碎（玻璃、磁盘）、微小（不易抓取）的物体。工业机器人系统构成仿人式手爪：仿人式手爪是针对特殊外形工件设计的一类手爪，主要包括柔性手和多指灵巧手。柔性手具有多关节柔性腕部，它的每根手指都由多个关节链、摩擦轮和牵引线组成，在工作时通过一根牵引线收紧，另一根牵引线放松实现抓取，抓取工件多为不规则、圆形等轻便工件。工业机器人系统构成工业机器人控制系统工业机器人控制系统是工业机器人的重要组成部分。其主要作用是根据操作人员的指令操作和控制工业机器人的执行机构使其完成作业任务的动作要求。工业机器人系统构成整个工业机器人系统的性能主要取决于控制系统的性能。一个良好的控制系统要有便捷、灵活的操作方式，多种形式的运动控制方式和安全可靠的运行模式。工业机器人系统构成工业机器人控制系统的要素如图2-57所示。工业机器人系统构成03搬运码垛工作站认知搬运码垛工作站基本构成搬运工作站的基本构成：搬运作业是指用一种设备握持工件，将工件从一个加工位置移动到另一个加工位置的工作。如果利用工业机器人完成这个任务，通过给搬运机器人安装不同的末端执行器，可以完成对不同形态和不同状态工件的搬运工作。搬运码垛工作站认知码垛工作站的基本构成：码垛作业就是把物体按照一定的模式码放，将零散物体集成化，这样可以使物体的存放、移动等物流活动变得简单、易于操作，进而提高生产效率。码垛工作站包括码垛机器人系统、末端执行器及码垛工作站外围系统。搬运码垛工作站认知搬运码垛工作站应用场景搬运码垛机器人的应用范围非常广泛。适用于化工、饮料、食品、啤酒、塑料、空调等生产企业对纸箱、袋装、罐装、盒装、瓶装等各种形状的物体进行搬运和码垛。搬运码垛工作站认知04抛光打磨工作站认知抛光打磨工艺抛光打磨是一种表面改性技术，一般指借助粗糙物体（含有较高硬度颗粒的砂纸等）通过摩擦改变材料表面物理性能的加工方法，其主要目的是获取特定表面粗糙度。根据目前对抛光打磨工艺的要求，抛光打磨工序可分为粗抛光打磨和精抛光打磨两个不同等级。抛光打磨工作站认知粗抛光打磨粗抛光打磨常用于铸件去毛刺、分模线等工作。根据产品的公差尺寸和要求，抛光打磨机器人按照设定轨迹工作，对产品表面进行粗抛光打磨处理。抛光打磨工作站认知精抛光打磨根据工艺的要求，抛光打磨机器人对工件表面粗糙度进行加工。抛光打磨机器人以恒定的抛光打磨速度，根据抛光打磨表面接触力的大小，实时改变抛光打磨轨迹，使抛光打磨轨迹适应工件表面的曲率，很好地控制了材料除去量。抛光打磨工作站认知抛光打磨工作站认知抛光打磨工作站构成：抛光打磨工作站的基本构成：抛光打磨工作站一般由抛光打磨机器人、打磨机具、力控制设备、末端执行器等外围设备、硬件系统和抛光打磨机器人力矩等软件系统组成，如图2-78所示。抛光打磨工作站认知抛光打磨的方式：抛光打磨主要有两种方式，一种是抛光打磨机器人末端执行器夹持打磨工具，主动接触工件，工件相对位置不动，因此这种抛光打磨机器人称为工具主动型机器人，如图2-79所示。抛光打磨工作站认知另一种是抛光打磨机器人末端执行器夹持工件，工件主动接触打磨工具，打磨工具的相对位置不动，因此这种抛光打磨机器人也称为工件主动型机器人，如图2-80所示。抛光打磨工作站认知抛光打磨工作站应用场景随着工业机器人的发展及抛光打磨车间的恶劣环境，抛光打磨机器人可以让生产工人远离有害的工作环境。同时也有利于工厂提高抛光打磨工序的生产效率、降低工作强度、提升工厂的竞争力、提高产品的质量、促进产业转型和升级，更有助于提高整个社会生产水平的自动化水平。抛光打磨工作站认知目前抛光打磨机器人在各大行业都有广泛应用，如汽车制造业、卫浴用品、厨房用品、五金家具、3C产业等，如图2-81、图2-82和图2-83所示。抛光打磨工作站认知目前抛光打磨机器人在各大行业都有广泛应用，如汽车制造业、卫浴用品、厨房用品、五金家具、3C产业等，如图2-81、图2-82和图2-83所示。抛光打磨工作站认知05焊接工作站认知常见焊接工艺焊接工艺的基本概念：焊接工艺是根据产品的生产性质、图样和技术要求，结合现有条件。运用现代焊接技术知识和先进生产经验，确定出的产品加工方法和程序，是焊接过程中的一整套技术规定。焊接工作站认知焊接过程包括焊前准备、焊接材料、焊接设备、焊接方法、焊接顺序、焊接操作的最佳选择，以及焊后处理等。制定焊接工艺是焊接生产的关键环节，其合理与否会直接影响产品质量、劳动生产效率和制造成本，而且是管理生产、设计焊接工装和焊接车间的主要依据。焊接工作站认知各焊接工艺的对比，如表2-9所示。焊接工作站认知常见焊接参数焊接电流：当其他参数保持恒定时，焊接电流与送丝速度或熔化速度以非线性关系变化。当送丝速度增加时，焊接电流也随之增大。不同直径的焊丝在低电流时的曲线接近于线性，但是在高电流时，特别是当焊丝为细焊丝时，曲线变为非线性。焊接工作站认知极性极性描述的是焊枪与直流电源输出端子的电气连接方式。当焊枪接正极端子时表示为直流电极正（DCEP），称为反接。相反，当焊枪接负极端子时表示为直流电极负（DCEN），称为正接。焊接工作站认知电弧电压（弧长）电弧电压和弧长经常被相互替代。需要指出的是，尽管这两个术语有关系，却是不同的。对于熔化极气体保护电弧焊，弧长的选择范围很窄，必须小心控制。例如，在MIG焊的喷射过渡工艺中，如果弧长太短，就会造成瞬时短路，这会影响气体的保护效果。焊接工作站认知焊丝伸出长度焊丝伸出长度是指导电嘴端头到焊丝端头之间的距离。焊丝尺寸对不同成分和直径的焊丝都有一定的可用电流范围。焊接速度焊接速度是指电弧沿焊接接头运动的线速度。焊枪角度与所有的电弧焊方法相同，焊枪相对于焊接接头的方向影响着焊道的形状和熔深。焊接工作站认知焊接工作站构成焊接机器人的分