《工业机器人技术及应用》 教案 任务十三 装备机器人

《工业机器人技术及应用》教案姓 名 XXXXXXXX教案课程名称：工业机器人技术及应用 授课人：XX课题装备机器人课时2教学目的与要求（1）了解装备与装备垛器人的含义。（2）了解各类装备机器人其区别与应用。（3）了解装备机器人的系统组成。教学重点与难点重点：1）了解装备与装备机器人的含义。2）了解各类装备机器人其区别与应用。难点：3）掌握装备机器人的系统组成。教学方法课堂讲授（PPT授课+小组讨论）主要内容及步骤备注教学过程一、组织教学：组织课堂，介绍本节课程的体系结构，告知学习的基本要求。二、课题导入：掌握装备与装备机器人的含义新课讲授：掌握装备机器人的系统组成四、强化巩固利用实际生活中接触的例子加强巩固五、总结拓展1.课堂内容总结 2.布置作业小组讨论授课效果分析总结教学内容课堂互动一、组织教学介绍本门课程的学习内容及知识体系结构，提出课程学习的基本要求，强调本门课程的上课时间、地点。推荐教材：《工业机器人技术及应用》活页式教材二、课题导入我们已经学习了搬运机器人，那么我们接下来学习最常用的类型工业机器人之一，什么叫装备机器人？导入：上次课堂上我们学习了搬运机器人，本次课堂上我们学习装备机器人与其的系统组成，装备机器人有什么特点，为什么会设计装备机器人呢？新课讲授装备机器人（一）装配与装配机器人装配根据规定的技术要求，将零件或部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品的过程。装配是产品生产的后续工序，它包括装配、调整、检验和试验等工作。装配在制造业中占有重要地位，在人力、物力、财力消耗中占有很大比例，作为一项新兴的工业技术，机器人装配应运而生。由于装配操作本身比焊接、喷涂、搬运等复杂，且对装配环境要求高，对感知与自适应的控制能力要求强，对于机器人的精度要求也较高，因而装配领域将是未来机器人技术发展的焦点之一。如图13-2所示。装配机器人主要用于各种电器制造(包括家用电器,如电视机、录音机、洗衣机、电冰箱、吸尘器)、小型电机、汽车及其部件、计算机、玩具、机电产品及其组件的装配等方面。如图13-3所示。图13-2人工装配图13-3机器人装配装配机器人是工业生产中用于装配生产线上对零件或部件进行装配的一类工业机器人。装配机器人在不同装配生产线上发挥着强大的装配作用，装配机器人大多由4-6轴组成，目前市场上常见的装配机器人，按臂部运动形式可分为直角坐标装配机器人和关节式装配机器人，关节式装配机器人又可分为水平串联关节式、垂直串联关节式和并联关节式装配机器人。1、直角坐标装配机器人直角式装配机器人又称单轴机械手，以XYZ直角坐标系统为基本数学模型，整体结构模块化设计，如图13-4所示。直角式是目前工业机器人中最简单的一类，具有操作、编程简单等优点，可用于零部件移送、简单插入、旋拧等作业，机构上多装备球形螺钉和伺服电动机，具有速度快、精度高等特点，装配机器人多为龙门式和悬臂式。现已广泛应用于节能灯装配、电子类产品装配和液晶屏装配等场合。图13-4直角坐标装配机器人2、节式装配机器人关节式装配机器人是目前装配生产线上应用最广泛的一类机器人，具有结构紧凑、占地空间小、相对工作空间大、自由度高，适合几乎任何轨迹或角度工作，编程自由，动作灵活，易实现自动化生产等特点。（1）水平串联装配机器人水平串联装配机器人亦称为平面关节型装配机器人或SCARA机器人，如图13-5所示。水平串联装配机器人是目前装配生产线上应用数量最多的一类装配机器人，它属于精密型装配机器人，具有速度快、精度高、柔性好等特点，驱动多为交流伺服电动机，保证其较高的重复定位精度，可广泛应用于电子、机械和轻工业等产品的装配，适合工厂柔性化生产需求，如图13-6所示。图13-5水平串联关节装配机器人图13-6水平串联装配机器人拾放超薄硅片（2）垂直串联装配机器人垂直串联式装配机器人多为6个自由度，如图13-7所示。垂直串联式装配机器人可在空间任意位置确定任意位姿，面向对象多为三维空间的任意位置和姿势的作业。图13-8所示是垂直串联式装配机器人进行装配作业。 图13-7垂直串联关节装配机器人图13-8垂直串联关节装配机器人组装（3）并联装配机器人并联装配机器人亦称拳头机器人、蜘蛛机器人或Delta机器人，如图13-9所示。并联装配机器人是一种轻型、结构紧凑的高速装配机器人，可安装在任意倾斜角度上，独特的并联机构可实现快速、敏捷动作且减少了非累积定位误差。目前在装配领域，并联式装配机器人有两种形式可供选择，即三轴手腕（合计六轴）和一轴手腕（合计四轴），具有小巧高效、安装方便、精准灵敏等优点，广泛应用于IT、电子装配等领域。图13-10所示是并联式装配机器人进行装配作业的场景。 图13-9并联关节装配机器人图13-10并联关节装配机器人组装3、装配机器人的特性通常装配机器人本体与搬运、焊接、喷涂机器人本体精度制造上有一定的差别，原因在于机器人在完成焊接、喷涂作业时，没有与作业对象接触，只需示教机器人运动轨迹即可，而装配机器人需与作业对象直接接触，并进行相应动作；搬运、码垛机器人在移动物料时运动轨迹多为开放性，而装配作业是一种约束运动类操作，即装配机器人精度要高于搬运、码垛、焊接和喷喷涂机器人。尽管装配机器人在本体上较其他类型机器人有所区别，但在实际应用中无论是直角坐标装配机器人还是关节式装配机器人都有如下特性：（1）能够实时调节生产节拍和末端执行器动作状态。（2）可更换不同末端执行器以适应装配任务的变化，方便、快捷。（3）能够与零件供给器、输送装置等辅助设备集成，实现柔性化生产。（4）多带有传感器，如视觉传感器、触觉传感器、力传感器等，以保证装配任务的精准性。（二）装配机器人的系统组成装配机器人是柔性自动化装配系统的核心设备，装配机器人的装配系统主要由操作机、控制系统、装配系统（手爪、气体发生装置、真空发生装置或电动装置）、传感系统和安全保护装置组成，如图13-11所示。其中机器人的结构类型有直角坐标型、水平关节型、垂直关节型和并联关节型等。控制器一般采用多CPU或多级计算机系统，实现运动控制和运动编程，末端执行器为适应不同的装配对象而设计成各种手爪和手腕等，传感系统又来获取装配机器人与环境和装配对象之间相互作用的信息。操作者可通过示教器和操作面板进行装配机器人运动位置和动作程序的示教，设定运动速度、装配动作及参数等。图13-11装配机器人系统组成1、装配机器人装配机器人由本体及控制装配过程的控制柜组成，目前市场上的装配生产线多以关节式装配机器人中的SCARA机器人和并联机器人为主，在小型、精密、垂直装配上，SCARA机器人具有很大优势。随着社会需求增大和技术的进步，装配机器人行业亦得到迅速发展，多品种、少批量生产方式和为提高产品质量及生产效率的生产工艺需求，成为推动装配机器人发展的直接动力，各个机器人生产厂家也不断推出新机型以适合装配生产线的“自动化”和“柔性化”。2、装配机器人末端执行器装配机器人装配系统的末端执行器是夹持工件移动的一种夹具，类似于搬运、码垛机器人的末端执行器，常见的装配执行器有吸附式、夹钳式、专用式和组合式。吸附式吸附式末端执行器在装配中仅占一小部分，广泛应用于电视、录音机、鼠标等轻小工件的装配场合，如图13-12所示。夹钳式夹钳式手爪是装配过程中最常用的一类手爪，多采用气动或伺服电动机驱动，闭环控制配备传感器可实现准确控制手爪起动、停止及其转速，并对外部信号做出准确反映。夹钳式装配手爪具有重量轻、出力大、速度高、惯性小、灵敏度高、转动平滑、力矩稳定等特点，其结构类似于搬运作业夹钳式手爪，但又比搬运作业夹钳式手爪精度高、柔顺性高，如图13-13所示。图13-12吸附式手爪图13-13夹钳式手爪（3）专用式专用式手爪是在装配中针对某一类装配场合单独设计的末端执行器，且部分带有磁力，常见的主要是螺钉、螺栓的装配，同样亦多采用气动或伺服电动机驱动，如图13-14所示。（4）组合式组合式末端执行器在装配作业中是通过组合获得各单组手爪优势的一类手爪，灵活性较大，多用于机器人需要相互配合装配的场合，可节约时间、提高效率，如图13-15所示。图13-14专用式手爪图13-15组合式手爪3.装配机器人传感系统带有传感系统的装配机器人可更好地完成销、轴、螺钉、螺栓等柔性化装配作业，在其作业中常用到的传感系统有视觉传感系统、触觉传感系统等。（1）视觉传感系统配备视觉传感系统的装配机器人可依据需要选择合适的装配零件，并进行粗定位和位置补偿，完成零件平面测量、形状识别等检测，其视觉传感系统原理如图13-16所示。图13-16视觉传感系统（2）触觉传感系统装配机器