用微课学工业机器人应用技术 课件 学习情境3、4 走近工业机器人、操作工业机器人

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