用微课学工业机器人应用技术 课件全套 学习情境1-6 安全与防护、初识工业机器人- 维护与保养

高等职业教育精品工程系列教材安全与防护学习情境1用微课学工业机器人应用技术控制柜安全与系统防护任务1工业机器人和其他设备有很大的不同，主要在于工业机器人能以很快的速度移动很远的距离。因此，工业机器人的安全与防护更加重要。工业机器人程序的设计者，或系统的设计和调试者、安装者及操作者，应熟悉工业机器人的编程方式和系统应用安装。同时必须熟知各项安全条款，并严格遵守安全规定，规范操作，对自己及他人的安全负责。控制柜安全警告在工业机器人系统的导电部件上作业前必须将主开关关闭并采取措施以防重新接通电源，之后必须确定其无电压。警告在工业机器人系统的导电部件上作业前不允许只触发紧急停止、安全停止或关断驱动装置。警告因为在这种情况下新一代的驱动系统并不会关断工业机器人系统的电源，有些部件仍带电，会因此造成严重身体伤害甚至死亡。控制柜安全在操作工业机器人时应采取的安全措施如下。(1)必须将工业机器人控制系统关机，并且采取合适措施(如用挂锁锁住)防止未经许可的重启。小心如果要在工业机器人控制系统停止运行后立即进行拆卸，则必须考虑到散热器表面温度可能会导致烫伤。因此，要戴防护手套。控制柜安全在操作工业机器人时应采取的安全措施如下。(2)必须切断电源线的电压。警告即使在主开关关闭的情况下，白色导线也带有电源电压，在接触该导线时此电源电压可造成致命伤害。控制柜安全(3)等待5min,直至中间回路完全放电。(4)如果必须在工业机器人控制系统启动状态下进行作业，则只允许在手动慢速测试运行方式下进行。(5)在设备上悬挂标牌用以表示正在进行的作业。在暂停或终止作业时也应将此标牌留在原位。(6)紧急停止装置必须处于激活状态。若因保养或维修作业需要将安全功能或防护装置暂时关闭，在此之后必须立即重启。(7)在拆卸片状零件时须穿戴劳保手套，以防锐边刮伤。(8)在进行清洁保养时必须按照操作步骤完成。系统防护工业机器人系统必须始终装备相应的安全设备。例如，隔离性防护装置(如防护栅、防护门)、紧急停止按钮、失知制动装置、轴范围限制装置等。图1-1所示为操作间。系统防护危险在安全防护装置功能不完善的情况下，工业机器人系统可能会导致人员受伤或财产损失。在安全防护装置被拆下或关闭的情况下，不允许运行工业机器人系统。1.紧急停止装置工业机器人的紧急停止装置是位于控制面板上的紧急停止按钮。在出现危险情况或紧急情况时必须按下此按钮。按下紧急停止按钮后，机械手及附加轴(选配)以安全停止1的方式停机。若欲继续运行，则必须旋转紧急停止按钮以将其复位，并且对接着出现的信息提示进行确认。系统防护2.外部紧急停止装置在每个可能引发工业机器人运动或其他可能带来危险的工位上，都必须有紧急停止装置可供使用。至少要安装一个外部紧急停止装置，以确保即使在控制面板已被拔出的情况下也有紧急停止装置可供使用。注意外部紧急停止装置通过客户接口连接。外部紧急停止装置不包括在工业机器人的供货范围中。系统防护3.操作人员防护装置操作人员防护装置信号用于锁闭隔离性防护装置，如防护门。如果没有此信号，就无法使用自动运行方式。如果在自动运行期间出现信号缺失的情况,则机械手将以安全停止1的方式停机。在手动慢速测试运行方式和手动快速测试运行方式下，操作人员防护装置不启用。警告在出现信号缺失后，只有操作人员防护装置已重新关闭且关闭过程得到了确认，才可以继续进行自动运行。该确认可以避免当危险区域中有人员停留时因疏忽(如防护门意外闭合)而继续进行自动运行。确认必须被设置为可事先对危险区域进行实际检查的形式，其他形式的确认是不被允许的。系统防护安全停止安全停止可通过客户接口上的输入端触发。当外部信号为FALSE时，一直保持该状态。当外部信号为TRUE时，机械手可以重新被移动。此处无须确认。安全停止1和安全停止2可通过客户接口上的输入端触发。当外部信号为FALSE时，一直保持该状态。当外部信号为TRUE时，机械手可以重新被移动。此处无须确认。04操作规程任务2EGB规定发展规划EGB(易受静电危害的电子元器件)规定在处理任何组件时均须遵守。工业机器人系统主件内嵌装了许多对于静电放电(ESD)敏感的电子元器件。静电放电不仅可导致电子元器件彻底损坏，还可导致集成电路或电子元器件局部受损，进而缩短设备使用寿命或偶尔干扰其他无损电子元器件的正常运行。防止静电放电破坏的最佳措施是所有电位携带者都接地。必须按照下列的电子板卡处置方法进行处置。EGB规定操作人员穿着EGB防护鞋或EGB鞋接地带；操作人员佩戴一条EGB腕带，通过1MQ的安全电阻接地。01在接触电子板卡之前，操作人员必须通过触碰可导电且已接地的物体来泄放自己身体上的静电。02电子板卡不允许带到数据浏览器、监视器和电视机附件的位置。03EGB规定只有在测量仪已具备接地条件(如可借助接地导线接地),或者无电位式测量仪的测头在开始测量之前已经短暂放电(如基础控制系统机壳的金属光面)的条件下，才允许对电子板卡进行测量。04只有在必要时才解开电子元器件的包装并与其接触。05在包装EGB时，要注意采用导电且可抗静电的包装材料，如金属性或含有石墨的包装材料、抗静电的薄膜等。规范操作规程1.在示教和手动操作工业机器人过程中应该注意的规范操作规程(1)不要戴着手套操作示教器和操作面板。(2)在点动操作工业机器人时要采用较低的速度倍率，以增加对工业机器人的控制机会。(3)在按下示教器上的点动键之前要考虑到工业机器人的运动趋势。(4)要预先考虑好避让工业机器人的运动路线并确认该路线不受干涉。(5)工业机器人周围区域必须清洁，无油、水及杂质等。规范操作规程2.在生产运行过程中应该注意的规范操作规程(1)在开机运行前，必须知道工业机器人根据所编程序将要执行的全部任务。(2)必须知道所有可使工业机器人移动的开关、传感器和控制器的位置及状态。(3)必须知道工业机器人控制器和外围控制设备上的紧急停止按钮的位置，以便在紧急情况下使用这些按钮。(4)永远不要认为工业机器人没有移动其程序就已经运行完成。因为这时工业机器人很有可能正在等待让它继续移动的输入信号。感谢观看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初识工业机器人学习情境2工业机器人的概念任务1目前提到机器人大家脑海中浮现的估计就是科幻片中外表和人一样，但是没有思维的机器人。“机器人”这个词源于1920年捷克剧作家KarelCapek在他的科幻小说中写到的Robota一词。1959年，UNIMATION公司的第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。因为工业机器人正处于发展更新阶段，所以关于它的定义也有很多版本。何为工业机器人何为工业机器人美国工业机器人是指一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置，通过程带序动作来执行各种任务，并且具有编程能力的多功能操作机器。日本工业机器人是指一种带有存储器件和末端操作器的通用机械，它能够通过自动化的动作替代人类劳动。中国这种机器具备一些与人或其他生物相似的智能，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。何为工业机器人ISO工业机器人是指一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机器，能搬运材料、工件或操持工具来完成各种作业。不难看出，以上定义均指出工业机器人必须可以编程且动作灵敏，能够帮助人们完成一定的工作。因此，工业机器人应具有以下基本特性。①特定的机械机构。②通用性。③不同程度的智能。④独立性。何为工业机器人工业机器人的主要特色功能如下。①高性能碰撞检测功能，无须外加传感器，适用于各种场合。②软浮动功能，用于机床工件的安装和取出，有弹性机械手。工业机器人的品牌如图所示，从世界范围来看，对工业机器人的需求最大的是汽车工业，根据IFR的统计，汽车整车及零部件工业对工业机器人的需求合计占工业机器人下游总需求的60%左右。在亚洲，电子电气工业对工业机器人的需求仅次于汽车工业，排在第二位。在欧洲，橡胶及塑料工业是仅次于汽车工业的第二大工业机器人需求领域。工业机器人的品牌人们通常将工业机器人分为日系工业机器人和欧系工业机器人。日系工业机器人公司的主要代表有安川、OTC、松下、发那科、川崎等；欧系工业机器人公司的主要代表有德国的KUKA、CLOOS,瑞典的ABB,意大利的COMAU,奥地利的IGM等。工业机器人行业公认的四大巨头为ABB、KUKA、发那科和安川。下面对ABB、安川、KUKA的产品，以及国产工业机器人进行概述。工业机器人的品牌1.ABBABB致力于研发、生产工业机器人已有40多年的历史，拥有全球超过200000套工业机器人的安装经验。ABB是研发工业机器人的先行者，以及世界领先的工业机器人制造厂商。ABB于1969年售出全球第一台喷涂工业机器人，并且拥有当今最多种类、最全面的工业机器人产品、技术和服务，以及最大的工业机器人装机量。工业机器人的品牌2.安川1977年，安川运用独特的运动控制技术开发生产出日本第一台全电气化工业机器人“莫托曼1号”,此后相继开发出焊接、装配、喷漆、搬运等各种用途的自动化机器人，并且一直引领着全球产业用机器人市场。截至2011年，安川累计出厂的机器人台数位居全球首位，并且种类多样化，可安川半拟人化双臂机器人如图2-3所示。工业机器人的品牌3.KUKA1973年，KUKA研发出其第一台工业机器人，并将其命名为FAMULUS。这是世界上第一台机电驱动的6轴机器人，如今KUKA的4轴和6轴机器人的有效载荷范围为3～1300kg,机械臂展范围为350～3700mm。由此开创了以软件、控制系统和机械设备完美结合为特征的、“真正的”机电一体化时代。KUKA开发的Robocoaster是世界上第一台客运工业机器人，如图2-4所示。该机器人可提供用于两名乘客的类似于过山车式的运动序列，其运行实现了程序化。目前进行的Robocoaster开发针对轨道行程，目的是实现过山车及其他沿预定轨道运行的目标。工业机器人的品牌4.国产工业机器人1977年，安川运用独特的运动控制技术开发生产出日本第一台全电气化工业机器人“莫托曼1号”,此后相继开发出焊接、装配、喷漆、搬运等各种用途的自动化机器人，并且一直引领着全球产业用机器人市场。截至2011年，安川累计出厂的机器人台数位居全球首位，并且种类多样化。工业机器人的发展任务2在美国加利福尼亚州弗里蒙特县的一个涂成全白的、宽敞明亮的汽车工厂里，工业机器人正在匆忙地执行工作任务。它们像外科医生一样围绕着一台尚未成型的车架，为其精确地执行点焊、铆接、胶合“手术”。在这里，如果此刻有一辆汽车从你身旁“滑”过，或者从你头顶“飞”过，都不要惊讶，因为这里正是特斯拉“超级工厂”

。工业机器人“入侵”工业机器人“入侵”“超级工厂”是特斯拉第二代电动汽车ModelS(家庭款四门轿车)的出生地。凭借着这款汽车的销售量，2013年5月特斯拉宣布其在当年第一季度实现了公司成立10年来的首次盈利，利润率高达25%。在成本压力日增的计算机周边设备行业中，雷柏彻底把自动化设备和工业机器人变成了工厂里的主角。据悉，雷柏的工人数量由2011年的3000人减少到2013年的1000人，产能却扩大了3倍。发那科对自动化生产线进行了改造，工业机器人能在无人监督形器人名为“武雄”,它们正在参加世界首次人机结合实验话剧表演，话剧剧本由日本剧作家平田织佐撰写。工业机器人“入侵”(2)“鹰爪3B”排雷机器人。2005年4月14日，在非洲吉布提举行的军事演习中，美国海军的“鹰爪3B”(Talon3B)排雷机器人慢慢靠近一座沙丘上的雷区，如图2-7所示。第4机动队的海军爆炸物处理人员利用该机器人携带的监控设备和视频设备，可以使它在安全地带活动。工业机器人“入侵”(3)手术机器人。2008年11月13日，在瑞士日内瓦的日内瓦大学附属医院内，外科医生在名为“达芬奇”的手术机器人帮助下进行了疝气手术，如图2-8所示。日内瓦大学附属医院于2008年开设了机器人手术系，每年这个系中来自世界各地的50～80名外科医生都有机会与“达芬奇”手术机器人一起接受培训。可以这样说，工业机器人的出现成功地把人类从繁重、简单、重复的劳动中解放出来。工业机器人应用主要有两种方式：一种是以工业机器人为单独工作单元；另一种是带工业机器人的生产线，这种方式已经成为工业机器人应用的主要方式。工业机器人最开始用于汽车的材料处理工作，随着工业机器人技术的发展，工业机器人可以做的工作也变得越来越多样化，如可以进行搬运、码垛、焊接、喷涂、装配等作业。工业机器人应用工业机器人应用1.搬运工业机器人搬运工业机器人用途很广，一般只需要对单个工件完成点位控制。被搬运工件无严格的运动轨迹要求，只要求始点和终点位姿准确。搬运工业机器人广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱的自动搬运等。2.码垛工业机器人码垛工业机器人应用于化工、饮料、食品、啤酒、塑料等生产企业，对纸箱装、袋装、罐装、瓶装等各种包装形状的产品都适用。工业机器人应用3.焊接工业机器人焊接工业机器人主要包括机器人和专业工艺焊接装备两大部分，其中专业工艺焊接装备又分为点焊装备和弧焊装备。焊接工业机器人最早应用在装配生产线上，开拓了一种柔性自动化生产方式，实现了在一条焊接工业机器人生产线上同时自动生产若干种焊件。4.喷涂工业机器人喷涂工业机器人多用于喷漆生产线，对重复位姿精度要求不高。但是由于漆雾易燃，因此一般采用液压驱动或交流伺服电机驱动。喷涂工业机器人广泛应用于汽车、铁路、家电、建材、机械等行业。工业机器人应用5.装配工业机器人装配工业机器人要有较高的位姿精度，手腕要具有较大的柔性，多应用于电器制造行业，完成流水线产品的安装、拆卸及修复等工作，具有高效、精确、不间断工作的特点。感谢观看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人相连，那么在断电前要先将这些外部设备的电源关掉，以免将其损坏。工业机器人的系统组成工业机器人的开关机2.通电(1)在通电前，检查工作区域内的设备，包括工业机器人、控制器等。检查所有的

安全设备是否正常。(2)将控制器操作面板上的电源开关置于ON。(3)将控制器操作面板和示教器上的紧急停止按钮打开，接下来就可以对工业机器人进行其他操作。但是需要注意控制器操作面板上模式开关的位置。感谢观看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操作工业机器人学习情境4工业机器人移动方式任务1工业机器人移动方式工业机器人移动主要分为点动和连续移动。(1)点动。点动只关心工业机器人末端执行器移动的起点和目标点位姿，不关心这两点之间的点动轨迹，一般主要用在示教时离目标位置较近的场合。点动通过点按/微动轴操作键移动工业机器人手臂的方式实现。每点按/微动轴操作键一次，工业机器人移动一段距离。(2)连续移动。连续移动不仅关心工业机器人末端执行器到达目标点的精度，而且必须保证工业机器人能沿所期望的轨迹在一定精度范围内重复移动，主要用在示教时离目标位置较远的场合。连续移动通过长按/拨动轴操作键移动工业机器人手臂的方式实现。工业机器人移动方式A为起点，B为终点，如果要求工业机器人末端执行器从起点A移动到终点B,那么工业机器人可任意选择一条路径移动，该方式可完成无障碍条件下的点焊、搬运等作业；如果要求从起点A直线移动到终点B,那么工业机器人只可以沿路径1移动，该方式可完成弧焊、喷涂等作业。手动移动工业机器人工业机器人的移动可以是点动的，也可以是连续的；可以是单轴独立的，也可以是多轴协调的。操作人员均可通过示教器来实现这些移动。手动移动工业机器人的基本操作流程可归纳为示教前的准备和手动移动工业机器人。需要注意的是，在手动移动工业机器人时，工业机器人的移动数据将不被保存。工业机器人运动轴R-30iB工业机器人为6轴关节式工业机器人，其操作机上有6个可活动的关节(轴),为机器人轴，也称本体轴。由图4-5可以看出，J1位于腰部，J2位于肩关节，J3、J4位于肘关节，J5、J6位于腕部。其中，定义J1、J2、J3为基本轴或主轴，用于保证末端执行器可到达工作空间的任意位置；定义J4、J5、J6为腕部轴或次轴，用于实现末端执行器的任意空间姿态。工业机器人运动轴工业机器人在实际生产中都需要配置相应的外部设备，如工件的工装夹具、旋转台、移动工件的移动台等。这些外部设备的移动和位置控制都要与工业机器人相配合，并且要具有相应的精度。一般将除机器人轴以外的基座轴和工装轴统称外部轴。基座轴是使工业机器人移动的轴的总称，主要是指行走轴(移动滑台或导轨);工装轴是使工件、工装夹具翻转和回转的轴，如回转台、反转台等。工业机器人坐标系坐标系是为确定工业机器人的位置而在工业机器人上或空间中设置的位置指标系统。对工业机器人进行示教或操作是在不同坐标系下进行的，即工业机器人的移动就是在各种坐标系下的移动。目前，大部分工业机器人系统主要使用关节坐标系(JOINT)、直角坐标系(WORLD)、工具坐标系(TOOL)和用户坐标系(USER),其中工具坐标系和用户坐标系同属于直角坐标系范畴。通过示教器上的COORD键可选择合适的坐标系。关节坐标系。在关节坐标系下，工业机器人各轴均可实现单独正向或反向运动。工业机器人坐标系直角坐标系。直角坐标系又称大地坐标系，其原点定义在工业机器人安装面与第一转动轴的交点处，X轴向前，Z轴向上，Y轴方向按右手法则确定。工具坐标系。工具坐标系的原点定义在TCP,并且假定工具的有效方向为X轴方向，Y轴、Z轴方向按右手法则确定。在进行相对工件不改变工具姿态的平移操作时，选用工具坐标系最为适宜。TCP为工具中心点，出厂时默认位于最后一个运动轴或连接法兰的中心，安装工具后将发生变化。为实现精确运动控制，当换装工具或发生工具碰撞时，都需要进行TCP标定。工业机器人坐标系在工具坐标系下，TCP将沿工具坐标系的X轴、Y轴、Z轴方向移动。值得关注的是，工具坐标系需要在编程前进行定义，并且用户最多可定义10个工具坐标系。如果未定义工具坐标系，则将由机械接口(机械手腕法兰)坐标系代替工具坐标系。用户坐标系。可根据需要定义用户坐标系。当工业机器人配备多个工作台时，选择用户坐标系可使操作更为简单。在用户坐标系中，TCP将沿用户自定义的坐标轴方向移动。工业机器人坐标系注意(1)不同的坐标系功能相同，即工业机器人在关节坐标系下完成的作业，同样可在其他坐标系下完成。(2)工业机器人在关节坐标系下的动作是单轴移动，而在直角坐标系下的动作是多轴联动。除关节坐标系以外，其他坐标系均可实现控制点不变动作。认识编程指令目前企业所使用的工业机器人仍然以第一代工业机器人为主，这种工业机器人属于示教-再现机器人。示教也称导引，即由操作人员直接或间接导引工业机器人，一步一步地按实际作业要求告知工业机器人应该完成的动作和作业的具体内容，工业机器人在导引过程中以程序的形式将其记忆下来，并存储在控制装置内。再现是指通过存储内容的回放，工业机器人就能在一定精度范围内按照程序展现所示教的动作和赋予的作业内容。程序是把工业机器人的作业内容用机器人语言加以描述的文件，用于保存示教操作中产生的示教数据和机器人指令。因此，需要先了解机器人指令的语言形式，程序语句一般由程序行标号、命令及附加项几部分组成。认识编程指令(1)动作类型。动作类型，即插补方式，是指当工业机器人再现时，从前一程序点移动到当前程序点的动作类型。(2)位置数据。位置数据有两类：一类是一般位置数据，如P[];另一类是位置寄存器数据，如PR[]。认识编程指令(3)速度单位。对应不同的动作类型，速度单位不同。(4)定位类型。定位类型有FINE和CNT(0～100)两类。通过对下面的程序进行分析，说明它们的区别。程序管理1.创建程序示教器上有一个SELECT键，当按下这个键时，列出已经编辑好的程序。如果想要新创建一个程序，则可按示教器上的F2键。移动光标选择程序命名方式，再使用功能键(F1～F5)输入程序名称。程序命名后按ENTER键确认，再按F3键(编辑),进入编辑界面。程序管理程序命名注意事项：(1)不可以空格作为程序名的开始字符。(2)不可以符号作为程序名的开始字符。(3)不可以数字作为程序名的开始字符。2.写入指令指令的写入有两种方法。方法一：(1)将图中的ON/OFF开关置于ON。(2)移动工业机器人到指定的位置。(3)按住SHIFT键，并按F1键。(4)编辑界面内容将生成动作指令。(1)将图3-12中的ON/OFF开关置于ON。(2)移动工业机器人到指定的位置。(3)按F1键，出现如图4-12(a)所示的画面。(4)移动光标选择合适的动作指令格式，按ENTER键确认，生成动作指令。程序管理方法二按SELECT键进入程序目录画面，移动光标选择需要编辑的程序，按ENTER键进入程序界面，按NEXT键切换功能键内容，使F5键对应“编辑”功能，按F5键会弹出程序编辑界面，可移动光标选择需要编辑的内容。程序管理3.编辑指令如果设计者对路径规划有误，就需要修改位置点，修改方法如下。(1)进入程序编辑界面。(2)移动光标到要修正的动作指令行号处。(3)示教工业机器人到指定的位置。(4)按住SHIFT键，并按F5(点修正)键，当该行出现@符号时，表示位置信息已更新。4.修改位置点程序管理5.执行程序程序的执行有两种方式：一种是手动操作；另一种是自动操作。手动操作主要用于程序编写调试、调试、试运行；自动操作是指程序调试好后，工作时启动一次即可。在线示教因简单直观、易于掌握成为工业机器人目前普遍采用的编程方式。由操作人员手持示教器引导，控制工业机器人运动，记录工业机器人作业的程序点并插入所需的机器人指令来完成程序的编制。典型的示教过程是操作人员观察工业机器人及其末端夹持工具相对于作业对象的位姿，通过对示教器进行操作，反复调整程序点处工业机器人的作业位姿、运动参数和工艺条件，再转入下一程序点的示教。在线示教工业机器人感谢观看高等职业教育精品工程系列教材应用工业机器人学习情境5用微课学工业机器人应用技术搬运工业机器人任务1工业机器人实训室是工业机器人和工业自动化生产线相结合的一个模拟全自动智能车间，可以通过一种基于实际现场形态、包含各种常见自动化元素、具有展示性的设计和布局，浓缩和直观地向高等院校的学生传授自动化基础知识，使其获得真实感受。实训设备包含两台6关节式工业机器人，配以机器视觉系统，可协调工作，完成搬运和焊接等方面的任务。实训设备还包含两台码垛机械手和以条码识别为核心的自动仓库，以及由自动传输带和AGV小车所构成的自动物流系统。具有自动录入功能的自动仓库与以AGV小车为核心的自动物流系统，将构成最先进的工厂自动化物流系统，简明、直观地展示工厂全自动物流系统的要素和工作原理。工业机器人作业系统、自动仓库、工厂自动物流系统这三大单元有机集合、协调工作，构成现代的柔性智能制造系统和全自动化无人车间的一幅全景图。在这幅以工业机器人为核心的总体架构图中，各个自动化的常见元素一一得到呈现，如工业机器人系统、焊接工装台、AGV小车等。本实训室将这些工业自动化最常见的核心部件有机结合起来，构成一套从原材料分拣、搬运、识别、组合定位，到成品焊接、成品自动仓储的完整系统；演示实际工业环境下的工业机器人定位和空间姿态运动技术，图像及各种传感器的识别、检测和防错技术，自动装配及自动工装技术，PLC逻辑控制技术，物料自动传输和自动仓储技术，自动焊接技术，激光打标技术等。本实训室将给学生提供下列方面的实物印象和操作使用体验。(1)各种自动化部件的工作原理、机械结构及其电气控制回路。(2)各种自动化部件的编程：上下料搬运、AGV路线编程、焊接姿态与路径编程、自动货物存取编程、PLC逻辑控制及组态编程。(3)各种自动化部件操作：机器人/机械手操作、AGV操作、工装夹具操作、PLC操作、工业控制面板操作、机器视觉系统操作等。(4)各种自动化部件的连接和调试：电气连接、机械连接、工艺连接等。工业机器人和其他设备有很大的不同，主要在于工业机器人能以很快的速度移动很远的距离。因此，工业机器人的安全与防护更加重要。工业机器人程序的设计者，或系统的设计和调试者、安装者及操作者，应熟悉工业机器人的编程方式和系统应用安装。同时必须熟知各项安全条款，并严格遵守安全规定，规范操作，对自己及他人的安全负责。搬运工业机器人的特点及分类搬运工业机器人具有通用性强、工作稳定的优点，且操作简便、功能丰富，逐渐向第三代工业机器人发展，其主要优点如下。(1)动作稳定，提高了搬运准确性。(2)提高了生产效率，将人类从繁重的体力劳动解脱出来，可实现“无人”或“少人”生产。(3)改善了工人劳作条件，可使其摆脱有毒、有害环境。(4)柔性高、适应性强，可实现多形状、不规则物料搬运。(5)定位准确，可保证批量一致性。(6)降低了制造成本，提高了生产效益。搬运工业机器人的特点及分类从结构形式上看，搬运工业机器人可分为龙门式搬运工业机器人、悬臂式搬运工业机器人、侧臂式搬运工业机器人、摆臂式搬运工业机器人和关节式搬运工业机器人。1)龙门式搬运工业机器人龙门式搬运工业机器人的坐标系主要由X轴、Y轴和Z轴组成。其多采用模块化结构，可根据负载位置、大小等选择对应直线运动单元及组合结构形式，可实现大物料、重吨位搬运，采用直角坐标系，编程方便、快捷。龙门式搬运工业机器人广泛应用于生产线转运及机床上下料等大批量生产过程。搬运工业机器人的特点及分类2)悬臂式搬运工业机器人悬臂式搬运工业机器人的坐标系主要由X轴、Y轴和Z轴组成。其可根据不同的应用采取相应的结构形式，广泛应用于卧式机床、立式机床、特定机床内部和冲压机热处理机床。3)侧臂式搬运工业机器人侧臂式搬运工业机器人的坐标系主要由X轴、Y轴和Z轴组成。其也可根据不同的应用采取相应的结构形式，主要应用于立体库类系统，如档案自动存取系统、全自动银行保管箱存取系统等。搬运工业机器人的特点及分类4)摆臂式搬运工业机器人摆臂式搬运工业机器人的坐标系主要由X轴、Y轴和Z轴组成。Z轴主要进行升降，也称为主轴；Y轴方向的移动主要通过外加滑轨实现；X轴末端连接控制器，控制器绕X轴转动，实现4轴联动。摆臂式搬运工业机器人广泛应用于国内外生产厂家，是关节式搬运工业机器人的理想替代品，但其负载能力相对于关节式搬运工业机器人小。搬运工业机器人的特点及分类5)关节式搬运工业机器人关节式搬运工业机器人是当今工业产业中常见的机型之一，其有5或6个轴，行为动作类似于人的手臂，具有结构紧凑、占地空间小、相对工作空间大、自由度高等优点，适用于几乎任何轨迹或角度的工作场合。搬运工业机器人的系统组成搬运工业机器人是一个完整系统。以关节式搬运工业机器人为例，其系统主要由操作机、控制系统、搬运系统(气体发生装置、真空发生装置和手爪等)和安全保护装置等组成。常见的关节式搬运工业机器人本体运动轴有4～6轴。6轴关节式搬运工业机器人本体部分具有回转、抬臂、前伸、手腕旋转、手腕弯曲和手腕扭转6个独立旋转关节。在多数情况下，5轴关节式搬运工业机器人略去手腕旋转这一个关节，4轴关节式搬运工业机器人略去手腕旋转和手腕弯曲这两个关节。常见的搬运工业机器人末端执行器有吸附式末端执行器、夹钳式末端执行器和仿人式末端执行器等。搬运工业机器人的系统组成(1)吸附式末端执行器。吸附式末端执行器根据吸力不同可分为气吸附末端执行器和磁吸附末端执行器。①气吸附末端执行器。气吸附末端执行器主要利用吸盘内压力和大气压之间压力差进行工作，根据压力差不同可分为真空吸盘吸附末端执行器、气流负压气吸附末端执行器、挤压排气负压气吸附末端执行器等。②磁吸附末端执行器。磁吸附末端执行器利用磁力吸盘吸取工件，常见的磁力吸盘分为永磁吸盘、电磁吸盘、电永磁吸盘等。夹钳式末端执行器通过手爪的开启、闭合实现对工件的夹取，由手爪、驱动机构、传动机构、连接和支承元件组成，多用于负载重、温度高、表面质量不高等吸附式末端执行器无法进行工作的场合。常见的手爪有V形爪、平面型爪、尖型爪等。①V形爪。V形爪常用于夹持圆柱形工件，其夹持稳固可靠，误差相对较小。搬运工业机器人的系统组成(2)夹钳式末端执行器。②平面型爪。平面型爪多数用于夹持立方体工件(至少有两个平行面，如立方体包装盒等),厚板形工件，以及短小棒料。③尖型爪。尖型爪常用于夹持复杂场合下的小型工件，以避免与周围障碍物发生碰撞，也可用于夹持炽热工件，以避免搬运工业机器人本体受到热损伤。搬运工业机器人的系统组成(2)夹钳式末端执行器。搬运工业机器人的系统组成(3)仿人式末端执行器。仿人式末端执行器是针对特殊外形的工件进行抓取的一类手爪，主要包括柔性手爪和多指灵巧手爪。①柔性手爪。柔性手爪的抓取主要靠多关节柔性手腕实现，每个手指由多个关节链组成。柔性手爪由摩擦轮和牵引丝组成，在工作时通过一根牵引丝收紧、另一根牵引丝放松实现抓取，主要用于抓取不规则的、圆形的轻便工件。②多指灵巧手爪。多指灵巧手爪有多根手指，每根手指都包含3个回转自由度且独立控制，可实现精确操作，广泛应用于核工业、航天工业等高精度作业领域。搬运工业机器人的作业示教搬运工业机器人的作业示教的一项重要内容是搬运轨迹，即确定各程序点处工具中心点(TCP)的位姿。对搬运工业机器人而言，TCP因为末端执行器不同而设置在不同位置，吸附式末端执行器的TCP一般设在法兰中心线与吸盘平面交点处，夹钳式末端执行器的TCP一般设在法兰中心线与手爪前端面交点处。以实训室中的搬运工业机器人为例，选择6轴搬运工业机器人，末端执行器为夹钳式，采用在线示教方式为工业机器人输入搬运作业程序，搬运轨迹规划如图5-12所示。此程序由编号为1～12的12个程序点组成。(1)示教前的准备。①确保自己和工业机器人之间保持安全距离。②工业机器人原点确认。(2)新建作业程序。按示教器上的相关菜单键或按钮，新建一个作业程序，如“Text10”。(3)程序点的登录。在示教模式下，手动操作移动龙门式搬运工业机器人，搬运轨迹设定为从程序点1到程序点12,程序点1和程序点12需要设置在同一点，以方便编写程序。此外，程序点1到程序点12需要处于与工件、夹具互不干涉的位置。搬运工业机器人的作业示教具体作业编程流程如下。搬运工业机器人的作业示教(4)设定作业条件。①在搬运开始命令中设定搬运开始规范及搬运开始动作次序。②在搬运结束命令中设定搬运结束规范及搬运结束动作次序。③手动调节相应大小的负压。根据实际情况，在编辑模式下合理配置搬运工艺参数。(5)检查试运行。①打开要测试的程序文件。②将光标移动到程序开始位置。③按示教器上的STED键，实现搬运工业机器人单步或连续运转。搬运工业机器人的系统组成(6)再现搬运。①打开要再现的作业程序，并将光标移动到程序开始位置，将示教器上的ON/OFF开关置于OFF。②按RESET键清除异常。③按启动按钮，搬运工业机器人开始运行。焊接工业机器人任务2焊接工业机器人使用焊接工业机器人完成一项焊接任务只需要操作人员对它进行一次示教，随后焊接工业机器人即可精确地再现示教的每一步操作。如果想让焊接工业机器人去做另一项工作，无须改变任何硬件，只要对它再做一次示教即可。焊接工业机器人其主要优点如下。(1)可稳定和提高焊接质量，保证焊接均匀性。(2)提高了劳动生产率，可24h连续生产。(3)改善了工人劳动条件，可在有害环境下工作。(4)降低了对工人操作技术的要求。(5)可缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。(6)可实现小批量产品的焊接自动化。(7)能在空间站建设、核电站维修、深水焊接等极限条件下完成人工难以进行的焊接作业。(8)为焊接柔性生产线提供了技术基础。焊接工业机器人焊接工业机器人的分类世界各国生产的焊接工业机器人基本上都属关节式工业机器人，绝大部分有6根轴，目前焊接工业机器人应用比较普遍的主要有3种：点焊工业机器人、弧焊工业机器人和激光焊接工业机器人。1)点焊工业机器人点焊工业机器人是用于点焊自动作业的工业机器人，其末端用于持握的作业工具是焊钳。焊接工业机器人焊接工业机器人的分类2)弧焊工业机器人弧焊工业机器人是用于弧焊(主要包括熔化极气体保护焊和非熔化极气体保护焊)自动作业的工业机器人，其末端用于持握的作业工具是焊枪，如图5-14所示。事实上，弧焊过程比点焊过程要复杂得多，被焊工件由于局部加热熔化和冷却产生变形，焊缝轨迹会发生变化。因此，焊接工业机器人并没有一开始就用于弧焊作业。伴随着焊接传感器的开发及其在焊接工业机器人中的应用，工业机器人弧焊作业的焊缝跟踪与控制问题得到有效解决。焊接工业机器人焊接工业机器人的分类3)激光焊接工业机器人激光焊接工业机器人是用于激光焊接自动作业的工业机器人，通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业，其末端用于持握的作业工具是激光加工头，如图5-15所示。激光焊接工业机器人具有最低的热输入量，产生极小的热影响区，在显著提高焊接产品品质的同时，减少了后续工作占用的时间。激光焊接成为一种成熟的无接触焊接方式已经多年，极高的能量密度使得高速加工和低热输入量成为可能。与弧焊工业机器人相比，激光焊接工业机器人对焊缝跟踪精度要求更高。焊接工业机器人焊接工业机器人的分类世界各国生产的焊接工业机器人基本上都属关节式工业机器人，绝大部分有6根轴，目前焊接工业机器人应用比较普遍的主要有3种：点焊工业机器人、弧焊工业机器人和激光焊接工业机器人。1)点焊工业机器人点焊工业机器人是用于点焊自动作业的工业机器人，其末端用于持握的作业工具是焊钳。