工业机器人技术基础 课件 5-2专用工具应用实例

专用工具应用实例一、专用工具应用实例激光跟踪喷涂喷枪钻孔与切割搅拌摩擦焊力控制装配柔性机械手1/21一末端执行器的工业应用

工业机器人技术的研究与发展，使得工业机器人应用在越来越多的工业生产中。在不同的加工操作中，会用到不同的末端执行器。

下面我们将介绍几种专用工具应用实例，了解末端执行器在工业生产中的应用场景及用途。激光跟踪

激光（laser，又称镭射）是被激发出来的具有相同光学特性的光子队列，被人们称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。激光追踪是利用激光的定向性和高亮度，实现对工作对象追踪的技术，具有极高的精度，常被用于航空航天、汽车制造、电子工业、机械制造中的精密测量工作。2/21一末端执行器的工业应用

焊接机器人在焊接作业中，由于加工误差、夹具的装夹精度、表面状态和热变形等因素会使得焊缝发生偏移，为了达到理想的焊接质量，就需要焊接机器人能够在工作过程中实时监测焊缝的偏差，对焊接路径和参数做出调整，以保证焊接质量的可靠性。在机器人焊接中，保证焊缝质量的关键是精确的焊缝跟踪。激光跟踪

将激光追踪技术结合工业机器人的末端执行器（如图所示），应用于焊接机器人的焊接作业中，利用激光对焊缝进行跟踪，可以保证焊接质量的可靠性。3/21一末端执行器的工业应用图-焊接机器人激光焊缝跟踪系统工作流程激光跟踪4/21一末端执行器的工业应用

焊接机器人激光焊缝跟踪系统中将激光作为光源，结合视觉传感器与焊枪共同固定在焊接机器人的末端执行器上，使激光发生器和视觉传感器与焊枪同步移动，在焊接过程中同步跟踪焊缝。实时采集到的焊缝图像被传送给激光图像传感子系统进行图像处理，得到焊缝中心特征点的坐标值。然后通过传感器数学模型将坐标值与标定值比较得到实际焊缝的偏差值，将其传送给焊接机器人的控制器，求解运动学逆解后，将控制参数分配给各关节电机驱动器，机器人姿态调整使焊枪达到理论焊接位置。激光跟踪5/21一末端执行器的工业应用激光跟踪

如图所示，为激光追踪焊缝的弧焊机器人工作示意图。激光焊缝跟踪焊接机器人，不仅能实时检测出加工误差、表面状态和装夹精度等引起的焊缝偏差，还能有效地消除热变形引起的偏差。6/21一末端执行器的工业应用

喷涂工艺是指涂料通过喷枪类工具，将借助压力和离心力分散成的细小且均匀的雾滴，均匀地施涂在被涂物体表面的加工方法。喷涂加工在实际生产中随处可见，例如汽车车身表面车漆的涂装。喷涂机器人将机器人技术与喷涂工艺相结合，将喷枪作为末端执行器，如图所示。喷涂机器人

目前，在工业生产中应用的喷涂机器人，按照喷涂工艺不同可分为空气喷涂机器人、无气喷涂机器人和静电喷涂机器人等。7/21一末端执行器的工业应用

空气喷涂机器人的喷枪一般由空气帽、喷嘴、涂料入口、枪体、涂料调节旋钮和空气入口等部分组成，如图所示。空气喷涂的原理是将压缩空气从空气帽的中心孔喷出，在喷嘴前端形成负压区，使涂料经涂料入口从涂料嘴喷出，然后涂料与高速压缩气流相互扩散，以雾状飞向并附着于被涂物表面形成涂膜。通过涂料调节旋钮对涂料喷出量和喷幅进行控制。喷涂机器人8/21一末端执行器的工业应用

无气喷涂技术通常使用高压柱塞泵、隔膜泵等对涂料直接加压，高压涂料经高压软管输送至无气喷枪（如图所示），由于喷嘴的特殊设计，当带有高压涂料从喷嘴高速喷出时，释放液压并与大气产生摩擦，产生剧烈膨胀，使涂料雾化并喷到工件表面上形成涂膜。由于压缩空气不直接与涂料接触，因此高压涂料中不含空气，无气喷涂因此得名。喷涂机器人9/21一末端执行器的工业应用

静电喷涂，就是使雾化了的涂料微粒在直流高压电场中带上负电荷，再在静电场的作用下，定向地飞向带正电荷的被喷涂表面，形成涂膜的方法。静电喷枪如图所示。喷涂机器人10/21一末端执行器的工业应用

钻孔是指用钻头在零件上加工出所需孔径大小的孔。钻孔加工可由镗、铣等机床完成，也可由人工利用钻床和钻孔工具（如钻头、铰刀等）完成。切割是指利用特定的工具，利用压力或热能等将物体分割开的加工方法，常见的方法有线切割、火焰切割、激光切割等。

随着智能化生产的需求，工业机器人逐渐被用于机械加工中，能够取代人和机床完成钻孔、切割等作业任务，前提是需要给机器人配备不同的末端执行器。钻孔与切割人、机床工业机器人11/21一末端执行器的工业应用

工业机器人用于钻孔时所用的末端执行器如图所示。钻孔过程中，末端执行器与零件直接接触，容易产生磨损，故所用钻孔的末端执行器，需要能实时改变切削速度和进给量，以保证钻头的正常工作。钻孔12/21一末端执行器的工业应用机加工中的切割同样将机器人用于切割加工中时，需先根据加工材料确定切割方法，然后选用合适的末端执行器。激光切割机器人（如图所示）可实现自主化切割，相较于数控切割机，除了能保证切割质量外，还更为灵活，更适合柔性生产。13/21一末端执行器的工业应用搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊技术得到应用推广，越来越多的产品制造采用这项新型焊接技术。有数据统计出，机器人搅拌摩擦焊单件生产成本比机器人氩弧焊低20%，由此可见运用机器人搅拌摩擦焊到大规模生产中，既可以节约成本，还能保护环境。龙门式搅拌摩擦焊设备14/21一末端执行器的工业应用由于机器人技术的不断成熟，工业机器人具有越来越高的柔性，可以实现复杂轨迹的运动，为了使得搅拌摩擦焊能满足复杂结构件的焊接，机器人搅拌摩擦焊技术得到重视。搅拌摩擦焊如图所示，为机器人搅拌摩擦焊的工作场景。15/21一末端执行器的工业应用工业机器人在实际生产中应用中，可用来实现零部件的精准装配。这类用于装配的机器人，其末端执行器需要能对力有精确的控制。例如在装配过程中，拧紧螺钉时，需要机器人控制拧紧力，搬运工件时，需要控制握力等。力控制装配为了实现末端执行器上力的控制，工业机器人在其末端执行器上安装力传感器，实现主动柔顺控制。以机器人拧紧螺钉的场景为例（如图所示），说明利用力控制进行装配的过程。16/21一末端执行器的工业应用力控制装配在机器人拧螺钉的过程中，末端执行器上的力传感器会探测到反作用在螺钉上的力，然后将信息传送给控制系统进行算法处理并传送给机器人控制器完成机器人的运动控制。当传感器探测到的反作用力满足螺钉拧紧力要求时（即螺钉处于拧紧状态），中心计算机将传送信息给机器人控制器，此时偏移量满足机器人程序的逻辑判断，机器人不再进行该方向上的位移运动，完成螺钉的拧紧操作。力控制装配将机器人的刚性柔顺化，应用于精密零部件的装配，提高了装配效率的同时，减小了装配误差，有利于实现精准装配而不会造成零件因压迫和撞击带来的损坏。17/21一末端执行器的工业应用机械结构的工业机器人末端执行器（如机械夹具），虽然也能代替人手完成搬运、装配等工作，但是对于鸡蛋、纸张等轻巧或易碎的物体，无法做到使用恰当精确的力进行拾取或搬运。柔性机械手的研制，解决了这一问题，在工作过程中可根据工件的外形和可承受力进行自我调整完成抓取。柔性机械手柔性机械手能使用适当的力和姿态抓握、夹取、捏拿的关键在于：手指的感知能力和控制技术。柔性机械手的技术尚未成熟，在工业生产中还未得到广泛使用。目前研制出来的柔性机械手可大致分为两种，一种是柔性五指机械手，另一种是软体夹持器。18/21一末端执行器的工业应用

柔性五指机械手（如图所示），外形和大小同人手差不多，每根手指上有至少3个柔性关节且每个关节有多个自由度，能实现类似人手指的弯曲和握紧动作。操作起来十分方便，只需要操作者带上具有位置传感器的“虚拟现实”手套，便能控制机械手做出