用微课学工业机器人应用技术 课件 学习情境3 走近工业机器人

用微课学工业机器人应用技术高等职业教育精品工程系列教材走近工业机器人学习情境3工业机器人的分类任务1工业机器人的分类关于工业机器人，国际上有多种分类方式，如可按机构特征、输入信息的方式、驱动方式、负载、控制方式、自由度、结构、应用领域等分类。工业机器人的分类1.按机构特征分类1)直角坐标工业机器人直角坐标工业机器人具有空间上相互垂直的3个直线移动轴，即有3个可移动的关节，可使其手部实现3个方向的独立位移。这种工业机器人定位精度较高，空间轨迹规划与求解相对容易，计算机控制相对简单。它的缺点是空间尺寸较大，运动的灵活性较差，其动作空间仅为一个长方体，且运动速度较低。直角坐标工业机器人常用于生产设备的上下料，以及高精度的装配和检测作业。工业机器人的分类1.按机构特征分类2)圆柱面坐标工业机器人圆柱面坐标工业机器人由旋转基座、升降移动轴和水平移动轴构成，具有两个平行移动关节和一个旋转关节。手部的安装轴线位姿用(z,r,θ)坐标表示。这种工业机器人空间尺寸较小，工作范围较大，动作空间呈圆柱体，末端操作器可获得较高的运动速度。它的缺点是末端操作器离z轴越远，其切向线位移的分辨精度就越低。工业机器人的分类1.按机构特征分类3)球面坐标工业机器人球面坐标工业机器人具有两个旋转关节和一个移动关节，其空间位置分别由旋转、摆动和平移3个自由度确定。手部的安装轴线位姿用(0,βr)坐标表示。这种工业机器人空间尺寸较小，工作范围较大，动作空间为球面的一部分。4)多关节坐标工业机器人多关节坐标工业机器人顾名思义有多个旋转关节，由多个旋转和摆动机构组成。这种工业机器人又可分为垂直多关节机器人和水平多关节机器人。工业机器人的分类(1)垂直多关节机器人由垂直于地面的腰部旋转轴、带动小臂旋转的肘部旋转轴及小臂前端的手腕等组成。这种工业机器人可模拟人手臂的功能，空间尺寸较小，工作范围较大，动作空间近似为一个球体，机构各轴必须独立控制，并且需要搭配编码器与传感器以提高机构运动时的精确度，是目前应用较多的一种机型。(2)水平多关节机器人是由动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接而构成，具有两个或两个以上自由度，并且以并联方式驱动的一种闭环机构。这种工业机器人不易产生动态误差，无累积误差，精度较高，运动惯性小，热变形量小，结构紧凑，刚性高。其工作速度很快，主要用于食品包装行业，是后面发展起来的一种机型。工业机器人的分类按输入信息的方式分类，工业机器人可分为操作机械手固定程序工业机器人可编程型工业机器人程序控制型工业机器人示教型工业机器人智能型工业机器人。2.按输入信息的方式分类工业机器人的分类按驱动方式分类，工业机器人可以分为液压型工业机器人、电动型工业机器人和气压型工业机器人。3.按驱动方式分类工业机器人的技术指标工业机器人的技术指标反映工业机器人的适用范围和工作性能，是选择、使用工业机器人必须考虑的问题。尽管各厂商针对工业机器人所提供的技术指标不完全一样，工业机器人的结构、用途及用户的要求也不尽相同，但是其主要技术指标一般都包括自由度、额定负载、工作精度、工作空间和最大工作速度等。工业机器人的技术指标1.自由度自由度是指物体能够在坐标系中进行独立运动的数目，末端执行器的动作不包括手爪的动作，一个自由度需要一个电机驱动。自由度作为工业机器人的技术指标，反映工业机器人动作的灵活性，可用轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示。目前，焊接和喷涂工业机器人多有6或7个自由度，搬运、码垛和装配工业机器人多有4～6个自由度。工业机器人的技术指标2.额定负载额定负载也称持重，是指在正常操作条件下，作用于工业机器人手腕末端，不会使工业机器人性能降低的最大载荷。目前使用的工业机器人的额定负载范围为0.5～800kg。工业机器人的技术指标3.工作精度工作精度主要是指定位精度和重复定位精度。定位精度(也称绝对精度)是指工业机器人末端执行器实际到达位置与目标位置之间的差异。重复定位精度(简称重复精度)是指工业机器人重复定位其末端执行器于同一目标位置的能力。目前，工业机器人的重复精度可达±0.01～±0.5mm。根据作业任务和额定负载不同，工业机器人的重复精度不同。工业机器人的技术指标4.工作空间工作空间也称工作范围、工作行程，是指工业机器人在执行任务时，其手腕参考点所能掠过的空间，常用图形表示。目前，单体工业机器人本体的工作范围可达3.5m。工业机器人的技术指标5.最大工作速度最大工作速度是指在各轴联动的情况下，工业机器人手腕中心所能达到的最大线速度。在生产中，最大工作速度是影响生产效率的重要指标。最大工作速度越大，生产效率就越高，但对工业机器人的性能要求也越高。工业机器人的系统组成任务2工业机器人的系统组成第一代工业机器人主要由操作机、示教器和控制器组成。第二代及第三代工业机器人还包括感知系统和分析决策系统，分别由各种传感器及软件实现。概括来说，工业机器人由三大部分6个系统组成。R-30iB工业机器人是由日本发那科开发的工业用途的机器人，其组成如图3-7所示。R-30iB广泛应用于浇铸、焊接、涂胶、取放、水刀切割、灌注、堆叠等工业领域。它有6个自由度，使用高精度伺服电机驱动，在一定工作范围内可以像人的手臂一样灵活、准确地运动。工业机器人的系统组成1.机器人本体机器人本体是工业机器人的机械主体，是用来完成各种作业的执行机构。它主要由机械臂、驱动装置、传动单元及内部传感器等部分组成。工业机器人的系统组成1.机器人本体1)机械臂关节式工业机器人的机械臂是由关节连在一起的许多机械连杆的集合体。(1)基座。基座是机器人本体的基础部分，可用螺栓将机器人本体固定在地面上，起支承作用。(2)腰部。腰部是机器人本体手臂的支承部分。(3)手臂。手臂是连接机身和手腕的部分，是执行结构中的主要运动部件，也称主轴，主要用于改变手腕和末端执行器的空间姿态。(4)手腕。手腕是连接末端执行器和手臂的部分，也称次轴，主要用于改变末端执行器的空间姿态。工业机器人的系统组成1.机器人本体2)驱动装置驱动装置是驱使工业机器人机械臂运动的机构。它按照控制系统发出的指令信号，借助动力元件使工业机器人产生动作，相当于人的肌肉、筋络。工业机器人常用的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动和电气驱动三种基本类型。目前，除个别运动精度不高、重负载或有防爆要求的工业机器人采用液压、气压驱动以外，大多数工业机器人采用电气驱动，其中交流伺服电机应用最广，并且驱动器布置大都采用一个关节一个驱动器。工业机器人的核心技术是运动控制技术。目前工业机器人采用的电气驱动主要有步进电机驱动和伺服电机驱动两类。工业机器人的系统组成1.机器人本体(1)步进电机。步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的开环控制精密驱动仪器，可分为反应式步进电机、永磁式步进电机和混合式步进电机三类。其中，混合式步进电机的应用最为广泛，是一种精度高、控制简单、成本低廉的步进电机。(2)伺服电机。伺服电机在自动控制系统中用作执行元件，把接收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出，可分为直流伺服电机和交流伺服电机两大类。与步进电机相比，当信号电压为零时伺服电机无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。工业机器人的系统组成1.机器人本体3)传动单元目前减速器是工业机器人广泛采用的机械传动单元，应用在关节式工业机器人中的减速器主要有两类：RV减速器和谐波减速器。一般将RV减速器放置在基座、腰部、大臂等负载重的位置(主要用于20kg以上的工业机器人关节),将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部等负载轻的位置(主要用于20kg以下的工业机器人关节)。此外，工业机器人还采用齿轮传动单元、链条(带)传动单元、皮带传动单元等。工业机器人的系统组成2.示教器示教器也称示教编程器或示教盒，主要由显示屏和TP操作键盘组成，可由操作人员手持移动。示教器是工业机器人的人机交互接口，对工业机器人的所有操作，如移动工业机器人、编写工业机器人程序、试运行程序、生产运行、查看工业机器人状态等，基本上都是通过它来完成的。示教器实质上是一个专用的智能终端，示教器背面左右两端各有一个DEADMAN开关，当TP有效时，只有此开关被按到适中的位置，工业机器人才能运动；一旦松开或按紧此开关，工业机器人立即停止运动，并发出报警。工业机器人的系统组成3.控制器控制器是工业机器人的“大脑”,可根据指令及传感信息控制工业机器人完成一定动作或作业任务，是决定工业机器人功能和性能的主要因素，也是工业机器人系统中更新和发展最快的部分。控制器的组成部分主要有操作面板及其电路板、主板、I/O板、伺服放大器等，其基本功能包括示教功能、记忆功能、位置伺服功能、坐标设定功能、与外部设备联系功能、传感器接口功能、故障诊断及安全保护功能等。R-30iB工业机器人控制器最多能控制40根轴，可分多个组控制，每个组最多可以控制9根轴。工业机器人的系统组成工业机器人的开关机工业机器人是一种比较复杂的设备，由多个部分组成，断电、通电也有很多需要操作人员注意的地方。1.断电(1)通过TP操作键盘或控制器操作面板上的暂停键或紧急停止按钮停止工业机器人。(2)将控制器操作面板上的电源开关置于OFF。注意如果有外部设备，如打印机、软盘驱动器、视觉系统等和工业机器