《机器人技术应用》 课件 赵鹏举 第1-4章 绪论、工业机器人技术应用 - 服务机器人典型应用

第1章绪论教学目标《机器人技术应用》1.理解机器人的定义和分类2.了解机器人的发展状况目录页PAGEOFCONTENT1.1走进机器人1.21.3机器人的分类机器人的发展走进机器人1.1比尔•盖茨向世界预言：机器人将与30年前的个人电脑一样迈入家家户户，彻底改变人类的生活方式。请列举几种现在已经面市的家用机器人？走进机器人1.1机器人是一个宽泛的概念，它们并不一定都具有人的外形，而是形象各异、种类繁多，不仅有月球车、火星探测器、机器人士兵等先进的智能性很高的机器人，也有供我们学习用的积木式教学机器人和用于机器人比赛的擂台机器人、足球机器人、灭火机器人等，也有用于工厂中焊接机器人、切割机器人、码垛机器人等。走进机器人1.1走进机器人1.1走进机器人1.1机器人又是一个复杂的系统工程，不是买来就能用的，需要对其进行编程，把机器人本体与控制软件、应用软件、周边设备等集成起来，它们通常集成为一个系统，该系统作为一个整体来完成生产作业任务。1.1走进机器人通常机器人由计算机或者类似装置来控制，机器人的动作受控制器所控制，该控制器运行由用户根据作业性质所编写的某种类型的程序。因此，如果程序改变了，机器人的动作就会相应改变。简单的操作机除非一直由操作人员操作，否则是无法实现这一点的。挖掘机臂与工业机器人1.1走进机器人1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔•恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中，根据Robota(捷克文，原意为“劳役、苦工”)和Robotnik(波兰文，原意为“工人”)，创造出“Robot”—“机器人”这个词。机器人的诞生1.1走进机器人随着计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用，人们强烈希望用某种机器代替自己去完成那些枯燥、单调、危险的工作。由于原子能实验室的恶劣环境，迫切需要能代替人处理放射性物质的机械装置。美国原子能委员会的阿尔贡研究所于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手，但这还不是真正意义上的机器人。直到1954年美国人乔治•德沃尔制造出世界上第一台可编程的装置，它能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性，成为具有实际意义的机器人。机器人的诞生1.1走进机器人1.美国机器人协会（RIA）的定义机器人的定义机器人是“一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能机械手（manipulator）”。2.日本工业机器人协会（JIRA）的定义机器人是“一种装备有记忆装置和末端执行器（endeffector）的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器”。3.美国国家标准局（NBS）的定义机器人是“一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置”，这也是一种比较广义的工业机器人的定义。1.1走进机器人4.国际标准化组织（ISO）的定义机器人的定义

“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务”。

我国科学家对机器人的定义：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，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”。1.1走进机器人机器人的定义科学家们对机器人的定义一直是仁者见仁，智者见智，没有一个统一的意见。原因是机器人还在发展和完善，新机型、新功能的机器人不断涌现。实际意义上的机器人应该是“能自动工作的机器”，它们有的功能比较简单，有的就非常复杂，它可以接受人类指挥，可以协助或取代人类工作的工作，也可以根据以人工智能技术制定的规则来运行，在生产业、建筑业、服务业等行业可以发挥重要作用。但机器人必须具备以下3个特征:（1）要有一个机械装置，其结构、大小、形状、材料取决于它要完成的工作。（2）具有感知和控制功能，通过安装在装置上的各种传感器获取外界信息，根据收到的信息，遵循人们编写的程序指令作出反应。（3）作业功能，即机器人的活动功能，机器人在程序的指令下完成各种动作。走进机器人1.1请判断以下几种机器是不是机器人？1.1走进机器人1.通用性机器人的特点机器人具有执行不同功能和完成多样简单任务的实际能力（1）机构可变（自由度数量）（2）程序可变2.适应性机器人在工作中可以不依赖于人的干预，能够运用传感器感测环境，分析任务空间和执行操作规划，自主执行事先未经完全指定的任务。（1）自动化（2）智能化1.1走进机器人第一阶段：20世纪50—60年代初——技术准备期机器人发展简史1950年美国作家阿西莫夫提出了机器人学（Robotics）这一概念，并提出了所谓的“机器人三原则”，即：机器人不可伤人、机器人必须服从人但不伤人的指令、机器人可维护自身不受伤害。1959年，乔治•德沃尔和约瑟•英格柏格发明了世界上第一台工业机器人，命名为Unimate（尤尼梅特），意思是“万能自动”。1.1走进机器人世界上第一台工业机器人1.1走进机器人第二阶段：20世纪60年代——产业孕育期机器人发展简史小批量生产形成。60年代，随着机构理论和伺服理论的发展，机器人进入了使用化阶段，并小有规模。1.1走进机器人第三阶段：20世纪70—80年代——产业形成期机器人发展简史70年代，随着计算机技术、现代控制技术、传感技术、人工智能技术的发展，机器人得到了迅速发展。1974年CincinnatiMilacron公司开发成功多关节机器人；这一时期的机器人属于“示教再现”（Teach-in/Playback）型机器人。只具有记忆、存储能力，按相应程序重复作业，但对周围环境基本没有感知与反馈控制能力。这种机器人被称作第一代机器人。进入80年代，随着传感技术，包括视觉传感器、非视觉传感器（力觉、触觉、接近觉等）以及信息处理技术的发展，出现了第二代机器人—有感觉的机器人。它能够获得作业环境和作业对象的部分有关信息，进行一定的实时处理，引导机器人进行作业。第二代机器人已进入了使用化，在工业生产中得到广泛应用。1.1走进机器人第四阶段：20世纪90年代到21世纪——长夜发展期机器人发展简史机器人产品多样化，市场趋于成熟。在20世纪90年代得到迅速发展。机器人综合了计算机,控制论,机构学,信息和传感技术,人工智能仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃,应用十分广泛的领域。从90年代初期起,我国的国民经济进入实现两个根本转变时期,掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮,我国的工业机器人又在实践中迈进一大步,先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人,并实施了一批机器人应用工程,形成了一批机器人产业化基地,为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。1.1走进机器人第五阶段：21世纪及未来——智能化时期机器人发展简史人工智能的发展，不得不提及两大计划：欧洲的“人类大脑计划”（HumanBrainProject，简称HBP）和美国的“通过推动创新型神经技术开展大脑研究”（BrainResearchthroughAdvancingInnovativeNeurotechnologies，简称BRAIN）。（此前的蓝脑计划（BlueBrainProject）模拟了通过近3700万个突触所连接的约31000个虚拟脑细胞——大鼠脑神经回路的数字模型。）人工智能与机器人的融合，是机器人在21世纪发展的一个巨大的转折点。1.1走进机器人机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，经历40多年的发展已取得了长足的进步，时至21世纪，机器人已发展到了第三代。第一代机器人—可编程及示教再现机器人，按事先示教或编程的位置和姿态进行重复作业，主要完成搬运、喷漆、点焊等工作。第二代机器人—感知机器人，带有如视觉触觉等外部传感器，具有不同程度感知环境并自行修正程序的功能，可完成较为复杂的作业，如装配、检查等。第三代机器人—具有感知、决策、动作能力的智能机器人，它出现于20世纪90年代，是通过各种传感器、测量器等来获取环境的信息，利用智能技术进行识别、理解、推理并最后做出规划决策，自主行动实现预定目标的高级机器人。1.1走进机器人随着电子技术、信息处理技术和通信技术的日新月异，机器人也随之进人新的发展阶段。第四代机器人正在研制之中，它具有更高的智能，可通过高级的中央处理器和内置软件实现实时加工作业。这种机器人的应用范围将不再局限于一道道特定的工序，而是能够实现整个生产系统的机器人化。目前，先进的机器人系统正在或即将进入人类生活的各个领域，成为人类良好助手和亲密的伙伴。我们要通过对教学机器人的学习与研究，深人了解机器人，掌控机器人，使其更好地为我们服务。1.1走进机器人案例分析人工智能的失控和反叛前些时候人工智能阿尔法GO下围棋赢了李世石，我和几位人工智能专家以及年轻人的偶像柯洁九段一起做电视节目时，柯洁还表示李世石虽然败了，他还是能下赢的，后来他跟阿尔法GO下了一次也输了，他也没信心了，说“感觉在跟上帝下棋一样”。稍后的阿尔法zero，面对全世界60名围棋高手，下成60比0，人类全输了。据说阿尔法GO是从人类先前的棋谱中学习的，但阿尔法zero完全没有借鉴人类的任何棋谱，只是告诉它围棋规则，它自行研究后就一举打败了人类60高手。这表明人工智能一旦有了学习能力，你不知道它会变成什么样子。1.1走进机器人还要考虑人工智能和互联网结合后的极大危险。以前在阿西莫夫写关于人工智能的科幻作品时，还没有互联网，分立的个体人工智能毕竟还有一个物理极限，一个机器人哪怕全身都是芯片，它的存储和运算能力也是有物理极限的。但是今天任何与互联网结合在一起的人工智能都能够轻易超越这个极限，这样它的学习能力，它的进化速度，都是无法预测的，因而也就很可能是无法控制的。1.1走进机器人影片《超体》（Lucy，2014）充分展示了人工智能一旦具有学习能力之后，它的潜能发挥和迅速进化可以达到什么程度。人工智能专家经常安慰我们说：人工智能还很弱小，你们担心的事情离现在还很远。但是知识增长是有加速度的，从弱人工智能到强人工智能，到底要多少年？20年？再从强人工智能到超人工智能，也许一小时都不用，在《超体》的故事中，人工智能最后迅速变成一个超能的神，这就意味着失控。1.1走进机器人影片《超体》中，这个成神的人工智能还没有对人类表现出恶意，如果它对人类有了恶意，那还有更可怕的前景。传统概念中的机器人，它们身体的大部分其实都是伺服机构，但是和互联网结合的人工智能，就不再需要这样的伺服机构了。比如一个邪恶的人工智能想实施一次恐怖爆炸，它怎么做？它只需在网上合法订购各类可以构成爆炸装置的民用原料和器件，然后订购组装服务，再利用物流服务送往指定地点，由它引爆。这样的人工智能不再需要任何伺服机构，它只是互联网上的一个幽灵。反映这种前景的作品已经有很多了。1.1走进机器人讨论：未来的机器人大脑，能否出现像人类一样的激进的进化，不是为人类服务，而是给人类带来危害？1.2机器人的分类1.按照控制方式分类（1）人工操作装置（2）固定顺序机器人（3）可变顺序机器人（4）示教再现（playback）机器人（5）数控机器人（6）智能机器人1.2机器人的分类2.按照坐标形式分类（1）直角坐标型机器人由独立沿x,y,z轴的自由度构成。特点：直角坐标型机器人的位置精度高，控制无耦合、简单，避障性好，但结构较庞大，无法调节工具姿态，灵活性差，难与其他机器人协调，移动轴的结构较复杂，且占地面积较大。1.2机器人的分类2.按照坐标形式分类（2）圆柱坐标型机器人由一个回转和两个平移的自由度组合构成。特点：圆柱坐标型机器人的位置精度仅次于直角坐标型，控制简单，避障性好，但结构也较庞大，难与其他机器人协调工作，两个移动轴的设计较复杂。1.2机器人的分类2.按照坐标形式分类（3）球坐标型机器人由回转、旋转、平移的自由度组合构成。特点：占地面积较小，结构紧凑，位置精度尚可，能与其他机器人协调工作，重量较轻，但避障性差，有平衡问题，位置误差与臂长有关。1.2机器人的分类2.按照坐标形式分类（4）关节坐标型机器人垂直关节坐标型机器人的运动由前、后臂的俯仰及立柱的回转构成。特点：结构最紧凑，灵活性大，占地面积最小，工作空间最大，能与其他机器人协调工作，避障性好，是目前应用最多的一类机器人，但位置精度较低，有平衡问题，控制存在耦合，故比较复杂。走进机器人1.1请判断以下是什么类型的机器人？走进机器人1.1请判断以下是什么类型的机器人？请判断以下是什么类型的机器人？1.2机器人的分类3.按照应用环境分类（1）工业机器人在工业领域内应用的机器人称为工业机器人。通常将工业机器人的定义为一种能模拟人的手、臂的部分动作，按照预定的程序、轨迹及其他要求，实现抓取、搬运工件或操作工的自动化装置。工业机器人的优点在于它可以通过更改程序，方便迅速地改变工作内容或方式，以满足生产要求的变化。1.2机器人的分类3.按照应用环境分类（2）服务机器人和工业机器人相比，服务机器人在结构和工作形式上都有很大不同，服务机器人一般具有可移动性，在移动平台上搭载有一些手臂进行操作，同时还装有一些力觉传感器和视觉传感器、超声测距传感器等等。它对周边的环境进行识别，来判断它的运动，完成某种工作，这是服务机器人的基本的一个特点。达芬奇微创手术机器人1.2机器人的分类表1－1工业机器人和服务机器人的具体分类工业机器人焊接机器人点焊机器人弧焊机器人搬运机器人移动小车（AGV）码垛机器人分拣机器人冲压、锻造机器人装配机器人包装机器人拆卸机器人处理机器人切割机器人研磨、抛光机器人喷涂机器人

服务机器人个人/家用机器人家庭作业机器人娱乐休闲机器人残障辅助机器人住宅安全和监视机器人专业服务机器人场地机器人专业清洁机器人医用机器人物流用途机器人检查和维护保养机器人建筑机器人水下机器人国防、营救和安全应用机器人1.2机器人的分类3.按照应用环境分类（3）特种机器人特种机器人主要是指在人们难以进入的核电站、海底、宇宙空间进行作业的机器人，也包括军用、建筑、农业机器人等。Spirit火星漫游车CanadaArm太空机械臂水下滑翔机1.2机器人的分类3.按照应用环境分类（4）智能机器人智能机器人具有多种由内、外部传感器组成的感觉系统，不仅可以感知内部关节的运行速度、力的大小等参数，还可以通过外部传感器(如视觉传感器、触觉传感器等)，对外部环境信息进行感知、提取、处理并做出适当的决策，自主完成某项任务。1.2机器人的分类4.工业机器人按功能用途分类（1）焊接机器人焊接机器人即是从事焊接的工业机器人，又可分为点焊机器人、弧焊机器人。点焊机器人由机器人本体、计算机控制系统、示教盒和点焊焊接系统几部分组成，由于为了适应灵活动作的工作要求，通常点焊机器人选用关节式工业机器人的基本设计，一般具有六个自由度。其驱动方式有液压驱动和电气驱动两种。1.2机器人的分类4.工业机器人按功能用途分类（2）搬运机器人搬运机器人可以进行自动化搬运作业的工业机器人。又可分为码垛机器人、分拣机器人、移动小车（AGV）、冲压锻造机器人。1.2机器人的分类4.工业机器人按功能用途分类（3）装配机器人装配机器人又可分为包装机器人、拆卸机器人。1.2机器人的分类4.工业机器人按功能用途分类（4）处理机器人处理机器人又可分为切割机器人、研磨抛光机器人。处理机器人综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果。能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。1.2机器人的分类4.工业机器人按功能用途分类（5）喷涂机器人喷涂机器人是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人，可分为有气喷涂和无气喷涂。1.2机器人的分类5.服务机器人分类服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。国际机器人联合会经过几年的搜集整理，给了服务机器人一个初步的定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有意于人类健康的服务工作，但不包括从事生产的设备。（1）个人/家用机器人个人/家用机器人为人类服务的特种机器人，主要从事家庭服务，维护、保养、修理、运输、清洗、监护等工作。按照应用范围和用途的不同，家用机器人有不同类型：家庭作业机器人、娱乐休闲机器人、残障辅助机器人、住宅安全和监视机器人。1.2机器人的分类5.服务机器人分类1.2机器人的分类5.服务机器人分类（2）专业服务机器人专业服务机器人主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。可大致分为场地机器人、专业清洁机器人、医用机器人、物流用途机器人、检查和维护保养机器人、建筑机器人、水下机器人、国防、营救和安全机器人。1.3机器人的发展1.机器人的历史1954年美国戴沃尔最早提出工业机器人概念，并申请了专利。1.3机器人的发展1.机器人的历史1959年英格伯格和德沃尔设计出了世界上第一台真正实用的工业机器人，名叫“尤尼梅特”。1961年英格伯格和德沃尔筹办了世界上第一家专门生产机器人的工厂─尤尼梅特公司。英格伯格也被人们称为“工业机器人之父”。1.3机器人的发展1.机器人的历史最早的工业机器人于20世纪60年代出现并应用到工业生产中，当时的工业机器人主要采用液压驱动。1.3机器人的发展1.机器人的历史20世纪70年代工业机器人得到了一定的发展，出现了由小型计算机控制并由电机驱动的工业机器人。1.3机器人的发展1.机器人的历史20世纪80年代工业机器人的相关技术已经趋于成熟，机器人的外形和功能已经与目前广泛应用的工业机器人基本相同。1.3机器人的发展1.机器人的历史20世纪90年代工业机器人已广泛应用于生产中，出现了Delta机器人产品，机器人仍以在线示教为主。1.3机器人的发展1.机器人的历史1.3机器人的发展2.工业机器人发展现状工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备被工业界广泛使用。在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已经成为自动化装备的主流。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时也避免了大量的工伤事故。从而诞生了一批在世界范围内具有影响力的、著名的工业机器人公司。目前，工业机器人在全球的销量逐年增加。1.3机器人的发展2.工业机器人发展现状1.3机器人的发展工业机器人四大家族：（1）瑞士ABB公司（2）德国KUKA（库卡）公司（3）日本FANUC（发那科）公司（4）日本安川电机公司ABB机器人库卡机器人发那科机器人安川机器人1.3机器人的发展2.工业机器人发展现状在中国，工业机器人产业处于飞速成长阶段,2017年市场规模达42.2亿美元,占全球市场份额的三分之一左右,是全球第一大工业机器人应用市场。我国工业机器人市场中，发那科、ABB、安川、库卡的市场占比较高。工业机器人应用市场份额1.3机器人的发展3.服务机器人发展现状——欧洲发达国家欧洲一些主要的发达国家对服务机器人的研究可以追溯到20世纪70年代：（1）德国的独臂家政服务机器人，它以体型大小适中、动作灵活、智能化程度高且具有一定的学习能力等而成为了家庭生活的好助手。（2）法国成功地将Nao机器人系列中一款名为Zora的拟人化机器人在养老院投入使用，这是法国第一次将服务机器人正式投入到实际生活中。鉴于服务机器人所能应用的领域越来越广，功能越来越强大，欧洲很多发达国家也将越加重视发展服务机器人产业。1.3机器人的发展3.服务机器人发展现状全球服务机器人销售额1.3机器人的发展3.服务机器人发展现状专业服务机器人和个人/家庭服务机器人的市场占有量1.3机器人的发展3.服务机器人发展现状——中国近年来，在需求快速扩张及国家资助创新政策的作用下，国内一大批企业进入机器人研制和生产行列，工业机器人发展已形成京津冀地区、东北部地区、长三角地区、珠三角地区和中部地区五大产业集聚区。自2013年起，中国已经成为全球第一大工业机器人市场。加快机器人产业发展，建设机器人强国，是中国大力推动中国制造2025的一项战略任务。目前重庆已有超过100家企业从事机器人相关研发及生产。2014年产值达到100亿元,到2020年将达到千亿级规模。在重庆两江新区的水土高新园，华数、海普洛和嘉腾等多家机器人企业已入驻。1.3机器人的发展3.服务机器人发展现状——中国2010-2016年个人/家用服务机器人销量情况1.3机器人的发展3.服务机器人发展现状——中国根据前瞻产业研究院发布的《2018-2023年中国服务机器人行业发展前景与投资战略规划分析报告》数据显示，2012-2017年我国服务机器人市场规模增速保持在两位数。2017年底，我国服务机器人市场规模约20.6亿美元。目前国内领先的服务机器人制造商主要有广州中鸣数码科技有限公司、上海未来伙伴机器人有限公司、北京智能佳科技有限公司等。从区域上看，我国服务机器人供应主要来自上海、昆山、徐州等多个重点城市的机器人产业园。1.3机器人的发展4.机器人发展趋势（1）语言交流功能越来越完美对于未来机器人的语言交流功能会越来越完美化，是一个必然性趋势，在人类的完美设计程序下，它们能轻松地掌握多个国家的语言，远高于人类的学习能力。机器人可进行会话翻译，不仅可以将文字翻译成语音，而且还能将语音翻译成文字，翻译的准确性越来越高。机器人还可以通过你输入的图像进行理解性地翻译，可翻译成文字或语音。1.3机器人的发展4.机器人发展趋势机器人进行语音对话图像理解性翻译1.3机器人的发展4.机器人发展趋势（2）各种动作的完美化未来机器人将以更灵活的类似人类的关节和仿真人造肌肉，使其动作更像人类，模仿人的所有动作，甚至做得更有形将成为可能。还有可能做出一些普通人很难做出的动作，如平地翻跟斗，倒立等。比如Atlas机器人，它是基于波士顿动力公司早期的PETMAN人形机器人，用于检测化学防护衣，能模拟士兵如何在现实条件下对防护服的作用。它不仅能平衡自身和自由行走，弯曲身体，而且还能暴露在化学战剂的操作车间里面中做各种对化学防护衣有压力作用的健美体操。1.3机器人的发展4.机器人发展趋势Atlas机器人1.3机器人的发展4.机器人发展趋势（3）复原功能越来越强大未来机器人将具备越来越强大的自行复原功能，对于自身内部零件等运行情况，机器人会随时自行检索一切状况，并做到及时排除。它的检索功能就像我们人类感觉身体哪里不舒服一样是智能意识的表现。在比利时布鲁塞尔自由大学，研究人员开发出了一种能够在受损时自我修复的机器人。当这个机器人的机械手臂受损时，可以通过加热的方式来进行修复，加热到80摄氏度时，这种聚合物的受损程度将会不断减轻，直至恢复原状，一旦冷却，它将恢复到原来的形状和强度。1.3机器人的发展4.机器人发展趋势具有复原功能的机器人自我修复的机器人1.3机器人的发展4.机器人发展趋势（4）逻辑分析能力越来越强对于机器人为了完美化模仿人类，科学家未来会不断地赋予它许多逻辑分析程序功能，这也相当于是智能的表现，如自行重组相应词汇成新的句子是逻辑能力的完美表现形式。具有分析能力的机器人1.8思考与习题一、填空题1.一台真正意义上的机器人，应该具备三种基本功能：

、

和

。2.按照坐标形式分类，工业机器人可分为

、

、

和关节坐标型。3.工业机器人四大家族企业分别为

、

、

和

。二、判断题1.数控机床可编程并且能加工多种机械零件，因此数控机床也是一种工业机器人。（）2.直角坐标机器人具有结构紧凑、灵活、占地空间小等优点，是目前工业机器人大多采用的结构形式。（）3.工业机器人的自由度越高其运动灵活性越好，承载能力越强。（）4.为了提高机器人的工作效率，要求机器人的最大工作速度越大越好。（）1.8思考与习题三、简答题1．简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特点是什么?2．简述机器人的发展历史。3．查阅资料，谈谈国外和国内工业机器人应用技术现状。THANKYOU第2章工业机器人技术应用教学目标《机器人技术应用》1.掌握机器人的组成和技术参数2.了解机器人的典型应用目录页PAGEOFCONTENT2.1工业机器人典型应用2.2工业机器人典型系统组成2.3工业机器人的技术指标1.机器人搬运领域2.机器人码垛领域3.机器人喷涂领域4.机器人焊接领域5.机器人装配领域6.机器人激光加工7.机器人真空作业8.机器人洁净作业搬运领域码垛领域喷涂领域焊接领域装配领域激光领域真空领域工业机器人典型应用2.1工业机器人的出现，对社会的影响是巨大的：1、可以使劳动生产率得到提高；2、可以使人们从体力劳动向脑力劳动转化，带动人类文明进步；3、可以使企业的市场竞争力得到提高；4、可以减少体力劳动工作岗位，增加脑力劳动工作岗位，进而增加就业率；5、可以使社会的技术创新能力得到提高。工业机器人典型应用2.1工业机器人典型应用——码垛机器人2.11.码垛机器人的分类常见的码垛机器人结构多为关节式码垛机器人、摆臂式码垛机器人和龙门式码垛机器人。（1）关节式码垛机器人关节式码垛机器人拥有4~6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、自由度高等特点，适合于几乎任何轨迹或角度的工作。2.11.码垛机器人的分类常见的码垛机器人结构多为关节式码垛机器人、摆臂式码垛机器人和龙门式码垛机器人。（2）摆臂式码垛机器人其坐标系主要由X轴、Y轴和Z轴组成。广泛应用于国内外生产厂家，是关节式机器人的理想替代品，但其负载程度相对于关节式机器人小。工业机器人典型应用——码垛机器人2.11.码垛机器人的分类常见的码垛机器人结构多为关节式码垛机器人、摆臂式码垛机器人和龙门式码垛机器人。（3）龙门式码垛机器人其多采用模块化结构，可依据负载位置、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、重吨位搬运和码垛，采用直角坐标系，编程方便快捷，广泛运用于生产线转运及机床上下料等大批量生产过程。工业机器人典型应用——码垛机器人2.11.码垛机器人的分类码垛机器人主要优点有：1）占地面积少，动作范围大，减少资源浪费。2）能耗低，降低运行成本。3）提高生产效率，解放繁重体力劳动，实现“无人”或“少人”码垛。4）改善工人劳作条件，摆脱有毒、有害环境。5）柔性高、适应性强，可实现不同物料码垛。6）定位准确，稳定性高。工业机器人典型应用——码垛机器人2.12.码垛机器人的特点码垛机器人主要特点有：（1）结构简单、零部件少。（2）占地面积少。（3）适用性强。（4）能耗低。（5）全部控制可在控制柜屏幕上操作即可，操作非常简单。（6）只需定位抓起点和摆放点，示教方法简单易懂。（7）能够实时调节动作节拍、移动速率、末端执行器动作状态。（8）可更换不同末端执行器以适应物料形状的不同，方便、快捷。（9）能够与传送带、移动滑轨等辅助设备集成，实现柔性化生产。工业机器人典型应用——码垛机器人2.1码垛机器人主要有操作机、控制系统、码垛系统（气体发生装置、液压发生装置）和安全保护装置组成。码垛机器人系统组成1—机器人控制柜2—示教器3—气体发生装置4—真空发生装置

5—操作机6—抓取式手爪7—底座3.码垛机器人的系统组成工业机器人典型应用——码垛机器人2.1关节式码垛机器人常见本体多为四轴，亦有五、六轴码垛机器人，但在实际包装码垛物流线中五、六轴码垛机器人相对较少。工业机器人典型应用——码垛机器人2.1码垛机器人的末端执行器是夹持物品移动的一种装置，其原理结构与搬运机器人类似，常见形式有吸附式、夹板式、抓取式、组合式。1.吸附式手爪在码垛中，吸附式末端执行器主要为气吸附。广泛应用于医药、食品、烟酒等行业。2.夹板式手爪夹板式手爪是码垛过程中最常用的一类手爪，常见的夹板式手爪有单板式和双板式。手爪主要用于整箱或规则盒码垛。工业机器人典型应用——码垛机器人2.13.抓取式手爪抓取式手爪可灵活适应不同形状和内含物（如大米、沙砾、塑料、水泥、化肥等）物料袋的码垛。4.组合式手爪组合式是通过组合以获得各单组手爪优势的一种手爪，灵活性较大，各单组手爪之间既可单独使用又可配合使用，可同时满足多个工位的码垛。工业机器人典型应用——码垛机器人2.1通常在保证相同夹紧力情况下，气动手爪比液压手爪负载轻、卫生、成低、易获取，故实际码垛中以压缩空气为驱动力的居多。码垛机器人主要包括机器人和码垛系统组成。码垛系统组成如下：（1)进袋机构：采用输送机完成码垛机供袋任务。（2）转向机构：按设定程序对包装袋作转向编排。（3）排袋机构：采用输送机将编排好的包装袋送至积袋机构。（4）积袋机构：采用输送机集中编排好的包装袋。（5）抓袋码垛机构：采用机器人码垛机构完成码垛作业。（6）托盘库工业机器人典型应用——码垛机器人2.13.码垛机器人的系统组成工业机器人典型应用——码垛机器人2.1一、周边设备常见的码垛机器人辅助装置有金属检测机、重量复检机、自动剔除机、倒袋机、整形机、待码输送机、传送带、码垛系统装置等。1.定量打包机人工将包装袋摆放在供袋盘上，然后抓袋器把包装袋定位在包装机的下料口上，电子定量秤内放出的物料通过过渡料斗进入包装袋并传送到输送机上。2.金属检测机在食品、药品、化妆品、纺织品的码垛过程中，为防止在生产制造过程中混入金属等异物，需要金属检测机进行。4.码垛机器人工作站布局工业机器人典型应用——码垛机器人2.1一、周边设备

3.重量复检机自动剔除机是安装在金属检测机和重量复检机之后，主要用于剔除含金属异物及重量不合格等产品。

在自动化码垛流水作业中起到重要作用，可以检测出前工序是否漏装、装多，以及对合格品、欠重品、超重品进行统计，进而到达产品质量控制。

4.自动剔除机工业机器人典型应用——码垛机器人2.1一、周边设备6.整形机待码输送机是码垛机器人生产线的专用输送设备，码垛货物聚集于此，便于码垛机器人末端执行器抓取。可提高码垛机器人灵活性主要针对袋装码垛物，经整形机整形后袋装码垛物内可能存在的积聚物会均匀分散，之后进入后续工序。7.待码输送机工业机器人典型应用——码垛机器人2.1一、周边设备8.传送带码垛系统主要包括真空发生装置、气体发生装置、液压发生装置等，此部分装置均为标准件，企业常用空气控压站对整个车间提供压缩空气和抽真空。传送带是自动化码垛生产线上必不可少的一个环节，其针对不同的条件可选择不同的形式。9.码垛系统工业机器人典型应用——码垛机器人2.1二、工位布局码垛机器人工作站布局是以提高生产、节约场地、实现最佳物流码垛为目的，实际生产中，常见的码垛工作站布局主要有全面式码垛和集中式码垛两种。1.全面式码垛码垛机器人安装在生产线末端，可针对一条或两条生产线，具有较小的输送线成本与占地面积，较大灵活性和增加生产量等优点。工业机器人典型应用——码垛机器人2.1二、工位布局2.集中式码垛码垛机器人被集中安装在某一区域，可将所有生产线集中在一起，具有较高的输送线成本，节省生产区域资源，节约人员维护，一人便可全部操纵。工业机器人典型应用——码垛机器人2.1二、工位布局按码垛进出情况常见规划有一进一出、一进两出、两进两出和四进四出等形式。（1）进一出一进一出常出现在厂源相对较小、码垛线生产比较繁忙的情况，此类型码垛速度较快，托盘分布在机器人左侧或右侧，缺点是需人工换托盘，浪费时间。（2）一进两出在一进一出的基础上添加输出托盘，一侧满盘信号输入，机器人不会停止等待直接码垛另一侧，码垛效率明显提高。工业机器人典型应用——码垛机器人2.1二、工位布局按码垛进出情况常见规划有一进一出、一进两出、两进两出和四进四出等形式。（3）两进两出两进两出是两条输送链输入，两条码垛输出，多数两进两出系统不会需要人工干预，码垛机器人自动定位摆放托盘，是目前应用最多的一种码垛形式，也是性价比最高的一种规划形式。

（4）四进四出四进四出系统多配有自动更换托盘功能，主要应对于多条生产线的中等产量或低等产量的码垛。工业机器人典型应用——码垛机器人2.1稳定和提高焊接质量，保证其均匀性提高劳动生产率，一天可24小时连续生产改善工人劳动条件，可在有害环境下工作降低对工人操作技术的要求缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资可实现小批量产品的焊接自动化能在空间站建设、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为焊接柔性生产线提供技术基础1.焊接机器人主要优点有：工业机器人典型应用——焊接机器人2.1焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊（割）枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。世界各国生产的焊接用机器人基本上都属关节型机器人，绝大部分有6个轴，目前焊接机器人应用中比较普遍的主要有2种：点焊机器人和弧焊机器人。焊接机器人a）点焊机器人b）弧焊机器人工业机器人典型应用——焊接机器人2.11.点焊机器人点焊机器人用于点焊自动作业的工业机器人，末端握持的作业工具是焊钳。点焊只需点位控制，至于焊钳在点与点之间的移动轨迹没有严格要求。点焊用机器人不仅要有足够的负载能力，而且在点与点之间移位时速度要快捷，动作要平稳，定位要准确，以减少移位的时间，提高机械臂工作效率。与变压器分离的焊钳，点焊机器人的负载要求30～45kg。一体式焊钳，点焊机器人的负载要求100～150kg。工业机器人典型应用——焊接机器人2.11.点焊机器人最初，点焊机器人只用于增强焊作业，后来为了保证拼接精度，又让机器人完成定位焊作业。这样，点焊机器人逐渐被要求有更全的作业性能，具体来说：（1）安装面积小，工作空间大。（2）快速完成小节距的多点定位（例如每0.3～0.4s移动30～50mm节距后定位）。（3）定位精度高（±0.25mm），以确保焊接质量。（4）持重大（50～150kg），以便携带内装变压器的焊钳。（5）内存容量达，示教简单，节省工时。（6）点焊速度与生产线速度相匹配，同时安全可靠性好。工业机器人典型应用——焊接机器人2.11.点焊机器人汽车车身的机器人点焊作业工业机器人典型应用——焊接机器人2.12.弧焊机器人弧焊机器人是用于弧焊自动作业的工业机器人，末端持握的工具是焊枪。一般的弧焊机器人是由示教盒、控制盘、机器人本体及自动送丝装置、焊接电源等部分组成。可以在计算机的控制下实现连续轨迹控制和点位控制。还可以利用直线插补和圆弧插补功能焊接由直线及圆弧所组成的空间焊缝。弧焊机器人主要有熔化极焊接作业和非熔化极焊接作业两种类型，具有可长期进行焊接作业、保证焊接作业的高生产率、高质量和高稳定性等特点。在弧焊作业中，焊枪应跟踪工件的焊道运动，并不断填充金属形成焊缝。因此运动过程中速度的稳定性和轨迹精度是两项重要指标。一般情况下，焊接速度约取5～50mm／s，轨迹精度约为±（0.2～0.5）mm。由于焊枪的姿态对焊缝质量也有定影响，因此希望在跟踪焊道的同时，焊枪姿态的可调范围尽量大。工业机器人典型应用——焊接机器人2.12.弧焊机器人弧焊机器人是用于弧焊自动作业的工业机器人，末端持握的工具是焊枪。为适应弧焊作业，对弧焊机器人的性能有着特殊的要求。除在运动过程中速度的稳定性和轨迹精度是两项重要指标。其他性能如下：（1）设定焊接条件（电流、电压、速度等）；（2）摆动功能；（3）坡口填充功能；（4）焊接异常功能检测；（5）焊接传感器（起始焊点检测、焊道跟踪）的接口功能。工业机器人典型应用——焊接机器人2.12.弧焊机器人工业机器人弧焊作业工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、点焊机器人点焊机器人主要由操作机、控制系统和点焊焊接系统等组成，操作者可通过示教器和操作面板进行点焊机器人运动位置和动作程序的示教，设定运动速度、焊接参数等。1—机器人示教器2—机器人控制柜3—机器人变压器4—点焊控制箱5—点焊指令电缆6—水冷机7—冷却水流量开关8—焊钳回水管9—焊钳水冷管10—焊钳供电电缆11—气/水管路组合体12—焊钳进气管13—手部集合电缆14—电极修磨机15—伺服/气动电焊钳16—机器人控制电缆1BC17—机器人供电电缆2BC18—机器人供电电缆3BC19—焊钳控制电缆20—机器人本体（操作机）MOTOMAN－ES系列点焊机器人系统组成图工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、点焊机器人点焊机器人系统具有管线繁多的特点，特别是机器人与点焊钳间的连接上，包括点焊钳控制电缆、点焊钳电源电缆、水气管等。为适应灵活的动作要求，点焊机器人本体通常选用关节型工业机器人，一般具有6个自由度。驱动方式主要有液压驱动和电气驱动两种。其中，电气驱动具有保养维修简便、能耗低、速度高、精度高、安全性好等优点，因此应用较为广泛。点焊机器人控制系统由本体控制和焊接控制两部分组成。本体控制部分主要是实现机器人本体的运动控制；焊接控制部分则负责对点焊控制器进行控制，发出焊接开始指令，自动控制和调整焊接参数（如电流、压力、时间），控制焊钳的大小行程及夹紧/松开动作。点焊焊接系统主要由点焊控制器（时控器）、焊钳（含阻焊变压器）及水、电、气等辅助部分组成。工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、点焊机器人机器人点焊用焊钳种类繁多，从外形结构上有C型和X型2种。点焊机器人焊钳（外形结构）a）C型焊钳b）X型焊钳工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、点焊机器人1.气动焊钳气动焊钳是“气动”是使用压缩空气驱动加压气缸活塞，然后由活塞的连杆驱动相应的传递机构带动两电极臂闭合或张开。目前点焊机器人比较常用的。它利用气缸来加压，一般具有2个行程，能够使电极完成大开、小开和闭合3个动作，电极压力一旦调定后是不能随意变化的。气动焊钳工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、点焊机器人2.伺服焊钳伺服焊钳是利用伺服电机替代压缩空气作为动力源的一种焊钳。焊钳的张开和闭合由伺服电机驱动，脉冲码盘反馈，这种焊钳的张开度可以根据实际需要任意选定并预置，而且电极间的压紧力也可以无级调节，是一种可提高焊点质量、性能较高的机器人用焊钳。伺服焊钳工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、点焊机器人与气动焊钳相比，伺服焊钳具有如下优点：（1）提高工件的表面质量可以形成电极对工件的软接触，减轻电极冲击所造成的压痕，从而也减轻了后续工件表面修磨处理量，提高了工件的表面质量。利用伺服控制技术可以对焊接参数进行数字化控制管理，可以保证提供最合适的焊接参数数据，确保焊接质量。（2）提高生产效率与气动焊钳相比，伺服焊钳的动作路径可以控制到最短化，缩短生产节拍，在最短的焊接循环时间里建立一致性的电极间压力。由于在焊接循环中省去了预压时间，该焊钳比气动加压快5倍，提高了生产率。（3）改善工作环境电极对工件是软连接，对工件无冲击，减少了撞击变形，平稳接触工件无噪声，更不会在使用气动加压焊钳时出现排气噪声。因此，该焊钳清洁、安静，改善了操作环境。工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、点焊机器人依据阻焊变压器与焊钳的结构关系，点焊机器人焊钳可分为分离式、内藏式和一体式。优点是减小了机器人的负载，运动速度高，价格便宜。1.分离式焊钳分离式焊钳的主要缺点是需要大容量的阻焊变压器，电力损耗较大，能源利用率低。此外，粗大的二次电缆在焊钳上引起的拉伸力和扭转力作用于机器人机械臂上，限制了点焊工作区间与焊接位置的选择。工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、点焊机器人依据阻焊变压器与焊钳的结构关系，点焊机器人焊钳可分为分离式、内藏式和一体式。2.内藏式焊钳当采用这种形式的焊钳时，必须同机器人本体统一设计，如Cartesian机器人就采用这种结构形式。另外，极（球）坐标的点焊机器人也可以采取这种结构。其优点是二次电缆较短，变压器的容量可以减小，但是会使机器人本体的设计变得复杂。工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、点焊机器人依据阻焊变压器与焊钳的结构关系，点焊机器人焊钳可分为分离式、内藏式和一体式。3.一体式焊钳主要优点是省掉了粗大的二次电缆及悬挂变压器的工作架，直接将焊接变压器的输出端连到焊钳的上下电极臂上，另一个优点是节省能量。缺点是焊钳重量显著增大，体积也变大。此外，焊钳重量在机器人活动手腕上产生惯性力易引起过载，这就要求在设计时，尽量减小焊钳重心与机器人机械臂轴心线间的距离。工业机器人典型应用——焊接机器人2.1二、弧焊机器人弧焊机器人的组成与点焊机器人基本相同，主要由是由操作机、控制系统、弧焊系统和安全设备几部分组成。弧焊机器人系统组成1—气瓶2—焊丝桶3—送丝机4—操作机5—焊枪6—工作台7—供电及控制电缆8—弧焊电源9—示教器10—机器人控制柜工业机器人典型应用——焊接机器人2.1二、弧焊机器人弧焊机器人操作机的结构与点焊机器人基本相似，主要区别在于末端执行器——焊枪。工业机器人典型应用——焊接机器人2.1二、弧焊机器人弧焊系统是完成弧焊作业的核心装备，主要由弧焊电源、送丝机、焊枪和气瓶等组成。弧焊机器人多采用气体保护焊，通常使用的晶闸管式、逆变式、波形控制式、脉冲或非脉冲式等焊接电源都可以装到机器人上进行电弧焊。由于机器人控制柜采用数字控制，而焊接电源多为模拟控制，所以需要在焊接电源与控制柜之间加一个接口。送丝机可以装在机器人的上臂上，也可以放在机器人之外，前者焊枪到送丝机之间的软管较短，有利于保持送丝的稳定性；而后者软管较长，当机器人把焊枪送到某些位置，使软管处于多弯曲状态时会严重影响送丝的质量。因此，送丝机的安装方式一定要考虑保证送丝稳定性的问题。在机器人的末端焊枪上还装有各类触觉或接近传感器，可以使机器人在过分接近工件或发生碰撞时停止工作。当发生碰撞时，一定要检验焊枪是否被碰歪，否则由于工具中心点的变化，焊接的路径将会发生较大的变化，从而出现废品。工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备1.变位机对于有些焊接场合，由于工件空间几何形状过于复杂，使焊接机器人的末端工具无法到达指定的焊接位置或姿态，此时可以通过增加1~3个外部轴的办法来增加机器人的自由度。其中一种做法是采用变位机让焊接工件移动或转动，使工件上的待焊部位进入机器人的作业空间。变位机是专用焊接辅助设备，主要任务是将负载（焊接工夹具和焊件）按预编的程序进行回转和翻转，使工件接缝的位置始终处于最佳焊接状态。通过工作台的升降、翻转和回转，固定在工作台上的工件可以达到所需的焊接跟随角度。焊接机器人外部轴扩展工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备1.变位机焊接变位机工作台的回转运动，多采用直流电动机驱动，无级变速工作台的倾斜运动有两种驱动方式：一种是电动机经减速器减速后通过扇形齿轮带动工作台倾斜或通过螺旋副使工作台倾斜；另一种是采用液压缸直接推动工作台倾斜。这两种驱动方式都有应用，在小型变位机上以电动机驱动为多。工作台的倾斜速度多为恒定的，但对应用于空间曲线焊接及空间曲面堆焊的变位机，则是无级调速的。另外，在驱动系统的控制回路中，应有行程保护、过载保护、断电保护及工作台倾斜角度指示等功能。工作台的回转运动应具有较宽的调速范围，国产变位机的调速比一般为1:33左右；国外产品一般为1:40，有的甚至达1:200。工作台回转时，速度应平稳均匀，在最大载荷下的速度波动不得超过5%。工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备（1）单轴翻转变位机单轴翻转变位机驱动采用伺服电机或者普通电机驱动，通常工作翻转速度可调，其功能是配合焊接机器人按预定程序将夹具上的工件翻转一定的角度，以满足焊接要求，保证工件焊接质量。单轴翻转变位机在焊接机器人工作站中是应用最广泛的设备。单轴翻转变位机工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备（2）单轴悬臂变位机单轴悬臂变位机驱动采用伺服电机，通常工作的翻转速度是可调的，其功能是配合焊接机器人按预定程序将夹具上的工件翻转一定的角度，以便满足焊接要求，保证工件焊接质量。这类变位机适合小型焊接工作站，节约空间，亦可实现一台机器人、两台变位机的高效率生产。单轴悬臂变位机工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备（3）单轴水平回转变位机单轴水平回转变位机适合小型工作站、小工件的焊接，可实现±180°水平回转，满足工件焊接要求，保证工件焊接质量。单轴水平回转变位机工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备（4）双轴标准变位机双轴标准变位机两轴均采用伺服电机驱动，焊接夹具实现翻转的同时，也能实现±180°水平回转，这使得机器人的工作空间和与夹具的相互协调能力大大增强，机器人焊接姿态和焊缝质量有很大提高。这类变位机适合小型焊接工作站，常用于小工件的焊接，如消声器的尾管、油箱等工件焊接。双轴标准变位机工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备（5）L型双轴变位机L型双轴变位机两轴均采用伺服电机驱动，焊接夹具可实现翻转的同时，亦可实现±180°水平回转，这使得机器人与夹具的相互协调能力大大增强，机器人焊接姿态和焊缝质量有很大提高。这类变位机的承载能力比上述双轴标准变位机大，第一轴的翻转角度亦大，适合较大工件的焊接。L型双轴变位机是双轴变位机的升级设备。L型双轴变位机工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备（6）C型双轴变位机C型双轴变位机与L型双轴变位机原理相近，但是第二轴的上端与夹具固定，采用回转支撑与电机驱动端同步。C型双轴变位机的第一轴减速比大，就结构来说，其承载能力要比L型双轴变位机的承载能力大很多，一般焊接重型夹具选用。C型双轴变位机工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备（7）三轴垂直翻转变位机三轴垂直翻转变位机第一轴的翻转实现夹具A/B侧的换位，第二轴/第三轴的自身翻转实现夹具自动翻转。此变位机实现了与机器人的同步协调动作，驱动均采用伺服电机，两套同样的夹具一起工作，A侧机器人焊接的同时，B侧是人工装件。此变位机对于整个工作站来说，工作效率大大提高。选用三轴垂直翻转变位机的机器人焊接工作站较大，工作站的安全房较高，一般用于车桥等大型工件的焊接。三轴垂直翻转变位机工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备（8）三轴水平回转变位机三轴水平回转变位机是三轴变位机的不同类型的设备，工作原理与三轴垂直翻转变位机基本相同，但是，第一轴要通过回转实现夹具A/B侧的换位，第二轴/第三轴依然是通过自身翻转实现夹具自动翻转。此变位机实现了与机器人的同步协调，驱动均采用伺服电机，两套同样的夹具一起工作，A侧机器人焊接的同时，B侧是人工装件。三轴水平回转变位机工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备（9）五轴变位机五轴变位机分A/B工位，两侧的工作原理相同，可实现夹具的回转和翻转。第一轴的翻转实现夹具自身回转，第二轴实现夹具自动翻转，第三轴实现变位机A/B工位的位置变换；通过各个轴的协调，达到更佳的工件焊接效果。五轴变位机工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备变位机技术要求：（1）回转驱动1）回转驱动应实现无级调速，并可逆转。2）在回转速度范围内，承受最大载荷时转速波动不超过5%。（2）倾斜驱动1）倾斜驱动应平稳，在最大负荷下不抖动，整机不得倾覆。最大负荷Q超过25kg的，应具有动力驱动功能。2）应设有限位装置，控制倾斜角度，并有角度指示标志。3）倾斜机构要具有自锁功能，在最大负荷下不滑动，安全可靠。工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备2.滑移平台把机器人本体装在可移动的滑移平台或龙门架上，以扩大机器人本体的作业空间；或者采用变位机和滑移平台的组合，确保工件的待焊部位和机器人都处于最佳焊接位置和姿态。工程机械结构件的机器人焊接作业工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备3.清枪装置机器人在施焊过程中焊钳的电极头氧化磨损，焊枪喷嘴内外残留的焊以及焊丝干伸长度的变化等势必影响到产品的焊接质量及其稳定性。焊接机器人清枪装置工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备3.清枪装置（1）焊钳电极修磨机为点焊机器人配备自动电极修磨机，可实现电极头工作面氧化磨损后的修磨过程自动化和提高生产线节拍。电极修磨完成后，需根据修磨量的多少对焊钳的工作行程进行补偿。（2）焊枪自动清枪站焊枪自动清枪站主要包括焊枪清洗机、喷硅油/防飞溅装置和焊剪断装置三部分。焊枪清洗机主要功能是清除喷嘴内表面的飞溅，以保证保护气体的通畅；喷硅油/防飞溅装置喷出的防溅液可以减少焊渣的附着，降低维护频率；而焊丝剪断装置主要用于利用焊丝进行起始点检测的场合，以保证焊丝的干伸长度一定，提高检测的精度和起弧的性能。焊枪自动清洗站工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备4.工具快换装置一个工具自动更换装置由三部分构成，分别是连接器、主侧和工具侧。主侧安装在机器人上，工具侧安装在工具上，两侧可以自动气压锁紧，连接的同时可以连通和传递电信号、气体、水等介质。机器人工具快换装置为自动更换各种工具并连通介质提供了极大的柔性，实现了机器人功能的多样化和生产线效率的最大化，能够快速适应多品种小批量生产现场。工具自动更换装置工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备4.工具快换装置在弧焊机器人作业过程中，焊枪是一个重要的执行工具，需要定期更换或清理焊枪配件，如导电嘴、喷嘴等，这样不仅浪费工时，且增加维护费用。采用自动换枪装置可有效解决此问题，使得机器人空闲时间大为缩短，焊接过程的稳定性、系统的可用性、产品质量和生产效率都大幅度提高，适用于不同填充材料或必须在工作过程中改变焊接方法的自动焊接作业场合。自动换枪装置工业机器人典型应用——焊接机器人2.1一、周边设备5.焊接烟尘净化器焊接烟尘净化器用于焊接、切割、打磨等工序中产生烟尘和粉尘的净化以及对稀有金属、贵重物料的回收等，可净化大量悬浮在空气中对人体有害的细小金属颗粒。焊接烟尘净化器焊接机器人是成熟、标准、批量生产的高科技产品，但其周边设备是非标准的，需要专业设计和非标产品制造。周边设备设计的依据是焊接工件，由于焊接工件的差异很大，需要的周边设备差异也就很大，繁简不一。工业机器人典型应用——焊接机器人2.1二、工位布局焊接机器人与周边设备组成的系统称之为焊接机器人集成系统（工作站）。1.单工位固定式机器人焊接工作站基本配置：机器人系统、焊接电源、焊枪、清枪装置、机器人底座、工装夹具、防护网、焊接平台等。单工位固定式机器人焊接工作站工业机器人典型应用——焊接机器人2.1二、工位布局焊接机器人与周边设备组成的系统称之为焊接机器人集成系统（工作站）。2.双工位固定式机器人焊接工作站基本配置：机器人系统、焊接电源、焊枪、清枪装置、机器人底座、工装夹具、防护网、焊接平台等。适合于小型结构件产品的自动化焊接；大大降低人力物流强度，操作方便、安全快捷；夹具拆卸更换方便，自动化拓展性强；工位排布相当于一字型，不仅工位可成固定式一字型，也可选工位变位式一字型排布；双工位固定式机器人焊接工作站工业机器人典型应用——焊接机器人2.1二、工位布局焊接机器人与周边设备组成的系统称之为焊接机器人集成系统（工作站）。3.多工位固定式机器人焊接工作站基本配置：机器人系统、焊接电源、焊枪、清枪装置、机器人底座、工装夹具、防护网、焊接平台等。适于不需要自动翻面的小型结构件的自动化焊接；根据工件尺寸及人工物流强度来选择实际布局；站体结构简单，可靠性强，对于同类尺寸的工件自动化焊接兼容性强；站体采用整体一体式结构，对于设备的搬迁和挪动非常方便；夹具采用气动手动均可。多工位固定式机器人焊接工作站工业机器人典型应用——焊接机器人2.1二、工位布局焊接机器人与周边设备组成的系统称之为焊接机器人集成系统（工作站）。4.行走+焊接机器人组合的工作站基本配置：机器人系统、滑移平台、焊接电源、焊枪、清枪装置、机器人底座、工装夹具、防护网、焊接平台等。适合于三维面焊接件，无论是直线、曲线、圆弧焊缝，都能较理想使焊缝处于船型焊接位置，可有效保证焊枪的可达性及焊缝的工艺性，相对于块焊接的工件宽度、高度、直径小；采用高精度伺服电机及减缩机保证变位的重复定位精度，夹具拆卸更换方便，自动化拓展性强；行走+焊接机器人组合的工作站工业机器人典型应用——焊接机器人2.1二、工位布局焊接机器人与周边设备组成的系统称之为焊接机器人集成系统（工作站）。5.U型变位机+焊接机器人组合的工作站基本配置：机器人系统、滑移平台、焊接电源、焊枪、清枪装置、机器人底座、工装夹具、防护网、焊接变位机等。适合于三维面的大焊接件，无论是直线、曲线、圆弧焊缝，都能较理想使焊缝处于船型焊接位置，可有效保证焊枪的可达性及焊缝的工艺性；变位机+焊接机器人组合的工作站工业机器人典型应用——焊接机器人2.1二、工位布局焊接机器人与周边设备组成的系统称之为焊接机器人集成系统（工作站）。6.双工位单轴变位机H式机器人焊接工作站基本配置：机器人系统、滑移平台、焊接电源、焊枪、清枪装置、机器人底座、工装夹具、防护网、焊接变位机等。适合焊缝分布在多个面的中小型焊接件，工件360度自动翻转、无论是直线、曲线、圆弧焊缝，都能较好的保证焊枪焊接姿态和可达性；双工位单轴变位机H式机器人焊接工作站工业机器人典型应用——焊接机器人2.1二、工位布局焊接机器人与周边设备组成的系统称之为焊接机器人集成系统（工作站）。7.双工位回转式机器人焊接工作站基本配置：机器人系统、滑移平台、焊接电源、焊枪、清枪装置、机器人底座、工装夹具、防护网、焊接变位机等。适于所有小型结构件产品的自动化焊接；工位自动切换，大大降低人力物流强度，操作方便、安全快捷、简洁实用。双工位回转式机器人焊接工作站工业机器人典型应用——焊接机器人2.1喷涂作为工业机器人的又一应用，往往和焊接功能集成在一起，因为往往在焊接工序之后，就是喷漆工序。因此，人们往往说的喷涂机器人又叫做喷漆机器人，是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人。喷涂机器人工业机器人典型应用——喷涂机器人2.1最早的喷涂机器人是于1969年由挪威Trallfa公司发明的。喷漆机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成，液压驱动的喷漆机器人还包括液压油源，如油泵、油箱和电机等。多采用5或6自由度关节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，其腕部一般有2～3个自由度，可灵活运动。较先进的喷漆机器人腕部采用柔性手腕，既可向各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的手腕能方便地通过较小的孔伸入工件内部，喷涂其内表面。工业机器人典型应用——喷涂机器人2.1喷漆机器人一般采用液压驱动，具有动作速度快、防爆性能好等特点，可通过手把手示教或点位示数来实现示教。喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等行业。工业机器人典型应用——喷涂机器人2.1喷涂机器人的主要特点：①柔性大，工作范围大。②提高喷涂质量和材料使用率。③易于操作和维护，可离线编程，大大的缩短现场调试时间。④设备利用率高，喷涂机器人的利用率可达90%-95%。工业机器人典型应用——喷涂机器人2.1水切割，就是我们通常所说的水刀切割，最初常用于医疗行业，是一种高压水射流切割技术。随着工业机器人的发展，将工业机器人和水切割设备组合为一体，便构成了智能水切割，将一般的水切割中融入了智能元素，便产生了水切割机器人。工业机器人典型应用——水切割机器人2.1水切割机器人目前分为框架式、机械臂式两种。一般情况下，水切割机器人主要由以下三部分构成：①超高压水射流发生器。②多轴机器人或框架式工业机器人。③软化水系统，辅助供给系统等。工业机器人典型应用——水切割机器人2.1水切割机器人可用于多种材料的高压水切割，比如玻璃、大理石、皮革、塑料等。可对自由曲面的复杂工件进行精确的三维切割加工。采用机器人进行各种复杂形状工件的切割加工在国外已广泛地应用于汽车内外饰件、飞机制造、建材及服装等行业，它可以大大提高工件切割质量和生产效率，并适用于多品种产品的加工，比冲载成型大大节省模具开发的费用，还可以降低劳动强度把工人从繁杂的劳动中解脱出来。工业机器人典型应用——水切割机器人2.1水切割机器人主要有如下特点：①属于冷切割、不产生热变形或热效应；②环保无污染、不产生有毒气体及粉尘；③可加工各种高硬度的材料，如：玻璃、陶瓷、不锈钢等，或比较柔软的材料，如：皮革、橡胶、纸尿布等；④是一些复合材料，易碎瓷材料复杂加工的唯一手段；⑤切口光滑、无熔渣，无需二次加工；⑥可一次完成钻孔、切割、成型工作；⑦生产成本低；⑧自动化程度高；⑨24小时连续工作。工业机器人典型应用——水切割机器人2.1抛光、打磨一般是在喷涂工序之后的最后一个工序，是利用机械、化学或电化学的作用，磨擦使物体(如金器)光滑的过程，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法，是利用抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工。抛光不能提高工件的尺寸精度或几何形状精度，而是以得到光滑表面或镜面光泽为目的，有时也用以消除光泽（消光）。通常以抛光轮作为抛光工具。工业机器人典型应用——抛光打磨机器人2.1打磨抛光机器人是一般工业机器人和抛光打磨设备的组合。一般由示教盒、控制柜、机器人本体、压力传感器、磨头组件等部分组成。可以在计算机的控制下实现连续轨迹控制和点位控制。打磨抛光机器人主要用于工件的表面打磨，棱角去毛刺，焊缝打磨，内腔内孔去毛刺，孔口螺纹口加工等工作。打磨抛光机器人一般分为工具型打磨机器人和工件型打磨机器人两种工业机器人典型应用——抛光打磨机器人2.1打磨抛光机器人的特点：①提高打磨质量和产品光洁度，保证其一致性；②提高生产率；③改善工人劳动条件，可在有害环境下长期工作；④缩短产品改型换代的周期，减少相应的投资设备；⑤降低对工人操作技术的要求。应用：广泛应用于卫浴五金行业、IT行业、汽车零部件、工业零件、医疗器械、木材建材家具制造、民用产品等行业。工业机器人典型应用——抛光打磨机器人思考与练习2.1一、填空题1.世界各国生产的焊接用机器人基本上都属

型机器人，绝大部分有

个轴。2.目前焊接机器人应用中比较普遍的主要有2种：

和

。3.