智能制造概论教学课件4.1工业机器人技术

工业机器人技术模块4智能控制—工业机器人及智能控制技术智能控制》》》工业机器人及智能控制技术在实现智能制造的过程中，制造系统的自动化水平代表一个国家制造业发达程度。智能控制是指在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。（特征：机器换人）1）数控加工设备2）工业机器人3）生产线自动化控制设备（智能控制器、智能终端、智能识别等）工业机器人技术

》》》1、工业机器人技术的概念工业机器人是一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，完成各种作业。（国际标准化组织（1SO））特点：特定的机械机构一种模拟人手臂、手腕和收功能的机电一体化装置；其动作具有类似于人或其他生物的某些器官（肢体、感受等）的功能可编程，具有通用性可完成多种工作、任务，可灵活改变动作程序独立性完整的机器人系统在工作中可以不依赖人的干预拟人化，具有不同程度的智能如记忆、感知、推理、决策、学习等工业机器人技术

》》》1、工业机器人技术的概念工业机器人的主要应用场合：1）恶劣、危险的工作场合。2）特殊作业场合。3）自动化生产领域**。（智能制造的主要使用领域）工业机器人技术

》》》1、工业机器人技术的概念工业机器人的发展：美国是最早研发机器人的国家，日本是工业机器人第一大国，德国、法国、英国等也是机器人发展大国。四大家族瑞士ABB德国库卡日本安川日本发那科工业机器人技术

》》》1、工业机器人技术的概念工业机器人的发展：国内起步较晚，经过40多年的发展，我国在工业机器人基础技术和工程应用上取得了快速发展，奠定了独立自主发展机器人产业基础。国内企业沈阳新松芜湖埃夫特南京埃斯顿广

州数控哈工大机器人集团哈尔滨博实国内工业机器人企业主要有：工业机器人技术

》》》2、工业机器人的组成及技术参数工业机器人是一种可以模拟人的手臂、手腕及其功能的机电一体化装置。从结构上分：机器人本体、控制器与控制系统和示教器这三大部分。从功能系统上分：执行机构、控制系统、驱动系统和传感系统四部分组成。控制器/系统示教器机器人本体工业机器人技术

》》》2、工业机器人的组成及技术参数1、执行机构（也叫操作机，由一系列连杆和关节或其他形式的运动副所组成,是完成各种作业任务的执行机构)手腕基座腰关节肩关节腰部大臂小臂手臂肘关节伺服电动机1

个交流伺服电动机腕关节工业机器人技术

》》》2、工业机器人的组成及技术参数2、驱动系统（动力传动转置，向机器人各机械臂提供动力和运动的装置)电气式液压式气压式驱动方式电气驱动现代工业上用得到最多的一种电力源取用方便反应灵敏、驱动力大监控方便、控制方式灵活工业机器人技术

》》》2、工业机器人的组成及技术参数3、控制系统（工业机器人的神经中枢或控制中心，由计算机硬件、软件和一些专用电路、控制器、驱动器等构成)急停按钮主电源开关电控柜电源线示教器线缆接口外接信号线工业机器人技术

》》》2、工业机器人的组成及技术参数4、传感系统（传感器是用来检测作业对象及外界环境，将感知的信息传递给机器人控制器)触觉传感器视觉传感器听觉传感器接近觉传感器超声波传感器工业机器人技术

》》》2、工业机器人的组成及技术参数工业机器人的技术参数：（主要技术参数：自由度、定位精度和重复定位精度、分辨率、工作空间、最大运动速度和承载能力等。)自由度分辨率工作空间承载能力最大运动速度定位精度和重复定位精度工业机器人的主要技术参数工业机器人技术

》》》3、工业机器人的分类按操作机的运动特征分类（坐标特性）：01直角坐标机器人02柱面坐标机器人03球面坐标机器人04多关节型机器人05并联关节机器人工业机器人技术

》》》3、工业机器人的分类按操作机的运动特征分类（坐标特性）：01直角坐标机器人直角坐标机器人具有空间上相互垂直的多个直线移动轴，通常为3个轴，如图所示，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。直角坐标机器人（a）示意图（b）实物图特点：结构简单、刚性好，但缺点是在机器人动作范围内，必须有沿轴线前后方向的移动空间，空间利用率较低。工业机器人技术

》》》3、工业机器人的分类按操作机的运动特征分类（坐标特性）：02柱面坐标机器人（b）实物图（a）示意图柱面坐标机器人R：手臂的径向长度θ：手臂的角位置Z：垂直方向上手臂的位置柱面坐标机器人主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成，R、θ和Z为坐标系的三个坐标，具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间呈圆柱形。著名的Versatran机器人就是典型的柱面坐标机器人。特点：结构简单，定位精度高，空间轨迹易于求解；动作范围相对较小，设备的空间因数较低。工业机器人技术

》》》3、工业机器人的分类按操作机的运动特征分类（坐标特性）：03球面坐标机器人球面坐标机器人又称为极坐标型机器人，结构如图所示，R、θ和β为坐标系的三个坐标，具有平移、旋转和摆动三个自由度，动作空间形成球面的一部分。其机械手能够作前后伸缩移动、在垂直平面上摆动以及绕底座在水平上转动。著名的Unimate机器人就是这种类型的机器人。球面坐标机器人（a）示意图（b）实物图R:手臂的径向长度θ:绕手臂支承底座垂直轴的转动角β:手臂在铅垂面内的摆动角特点：结构紧凑，所占空间体积小于直角坐标和柱面坐标机器人。工业机器人技术

》》》3、工业机器人的分类按操作机的运动特征分类（坐标特性）：04多关节型机器人

多关节型机器人由多个旋转和摆动机构组合而成。其摆动方向主要有铅锤方向和水平方向两种，因此这类机器人又可分为垂直多关节机器人和水平多关节机器人。垂直多关节型机器人水平多关节型机器人优点：可以自由地实现三维空间地各种姿势，可以生成各种复杂形状地轨迹，且动作范围很宽；缺点：结构刚度较低，动作的绝对位置精度较低。优点：可以自由地实现三维空间地各种姿势，可以生成各种复杂形状地轨迹，且动作范围很宽；缺点：结构刚度较低，动作的绝对位置精度较低。工业机器人技术

》》》3、工业机器人的分类按操作机的运动特征分类（坐标特性）：05并联关节机器人一个轴的运动不影响另一个轴的坐标原点并联机器人是近些年来发展起来的一种由固定机座和具有若干自由度的末端执行器、以不少于两条独立运动链连接形成的新型机器人。特点：无累积误差，精度较高；速度高，动态响应好；结构紧凑，刚度高，承载能力大；具有较好的各向同性工作空间较小工业机器人技术

》》》3、工业机器人的分类按控制方式分类：工作能力比较有限，机器人按照预先编好的程序顺序进行工作，使用限位开关、制动器、插销板和定序器来控制机器人的运动非伺服控制机器人有更强的工作能力，价格更贵，在某些情况下不如简单的机器人可靠。伺服系统的被控制量可为机器人手部执行装置的位置、速度、加速度和力等伺服控制机器人工业机器人技术

》》》3、工业机器人的分类按发展阶段分类（智能程度）：第一代机器人

主要指只能以示教再现方式工作的工业机器人。示教指由人教机器人运动的轨迹、停留的点位、停留的时间等。然后，机器人依照教给的行为、顺序和速度重复运动，即所谓的再现，如图所示。示教再现机器人手把手示教示教器示教工业机器人技术

》》》3、工业机器人的分类按发展阶段分类（智能程度）：第二代机器人又称为传感机器人或感觉机器人，它带有一些可感知环境的装置，对外界环境有一定的感知能力。工作时，根据感觉器官（传感器）获得的信息，通过反馈控制，使机器人能在一定程度上灵活调整自己的工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作。（主流）感知机器人配备视觉系统的工业机器人工业机器人技术

》》》3、工业机器人的分类按发展阶段分类（智能程度）：智能机器人第三代机器人它不仅具有感觉能力，而且还具有独立判断和行动的能力，并具有记忆、推理和决策能力，因而能完成更加复杂的动作。“智能”特征它具有与外部世界—对象、环境和人相适应、相协调的工作机能，从控制方式看是以一种“认知—适应”的方式自律地进行操作。工业机器人技术

》》》3、工业机器人的分类按承载能力和工作空间大小分类：大型机器人——承载能力为1000～10000N，工作空间为10m3以上。中型机器人——承载能力为100～1000N，工作空间为1～10m3。小型机器人——承载能力为1～100N，工作空间为0.1～1m3。超小型机器人——承载能力小于1N，工作空间小于0.1m3。工业机器人技术

》》》3、工业机器人的分类按作业用途分类：目前，焊接机器人作为一种广泛使用的自动化设备，具有通用性强、工作稳点等优点，且操作简单、功能丰富，日益受到人们重视。归纳起来，焊接机器人主要具有以下优点：可稳定地提高焊接工件的焊接质量提升企业的劳动生产率改善工人的劳动环境，降低劳动强度，替代工人在恶劣环境下作业降低对工人操作技术的要求缩短产品改型换代的时间周期，减少资金投入一定程度上解决了“请工人难”、“用工荒”问题根据焊接工艺的不同，焊接机器人可以分为点焊机器人、弧焊机器人、激光焊接机器人等等。工业机器人技术

》》》3、工业机器人的分类按作业用途分类：搬运机器人是可以进行自动搬运作业的工业机器人，搬运时其末端执行器夹持工件，将工件从一个加工位置移动至另一个加工位置。搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。优点：1、能部分代替工人操作，可进行长期重载作业，效率高。2、动作稳定，搬运准确性较高；定位准确，保证批量一致性3、能够在有毒、辐射等危险环境下工作，改善劳动条件4、生产柔性高、适应性强、可实现多形状不规则物料搬运5、降低制造成本，提高生产效益，实现工业自动化生产工业机器人技术

》》》3、工业机器人的分类按作业用途分类：装配机器人是专门为装配而设计的机器人。常用的装配机器人主要可以完成生产线上一些零件的装配或拆卸工作。从结构上来分，主要有PUMA机器人（可编程通用装配操作手）和SCARA机器人（水平多关节机器人）两种类型。工业机器人技术

》》》3、工业机器人的分类按作业用途分类：喷涂机器人又称为喷漆机器人，是一种自动喷漆或喷涂其它涂料的工业机器人。𝟏𝟗𝟔𝟗年挪威𝐓𝐫𝐚𝐥𝐥𝐟𝐚公司（后并入𝐀𝐁𝐁集团）制造了第一个喷涂机器人。在喷涂技术高度发展的今天，企业进入一个新的竞争格局，即更环保、更高效、更低成本及更有竞争力。工业机器人技术

》》》4、工业机器人的编程机器人编程，就是针对机器人为完成某项作业进行程序设计。1、示教编程2、离线编程工业机器人技术

》》》4、工业机器人的编程示教编程：机器人示教编程工作原理示教盒记忆装置伺服放大示教部分再现部分公共部分工作装置工业机器人技术

》》》4、工业机器人的编程离线编程：

工业机器人技术

》》》5、工业机器人工作站是指使用一台或多台机器人，配以相应的周边设备，用于完成某一特定工序作业的独立生产系统，也可称为机器人工作单元末端执行器等辅助设备及其他周边设备则随应用场合和工件特点的不同存在着较大差异，因此这里只阐述一般工作站的构成和设计原则。机器人及其控制系统、辅助设备及其他周边设备机器人控制系统示教器传感器工业机器人技术

》》》5、工业机器人工作站工作站的设计是一项较为灵活多变、关联因素甚多的技术工作，若将共同因素抽象出来，可得出一般的设计原则。（1）设计前必须充分分析作业对象，拟定最合理的作业工艺。（2）必须满足作业的功能要求和环境条件。（3）必须满足生产节拍要求。（4）整体及各组成部分必须全部满足安全规范及标准。（5）各设备及控制系统应具有故障显示及报警装置。（6）便于维护修理。（7）操作系统应简单明了，便于操作和人工干预。（8）操作系统便于联网控制。（9）工作站便于组线。（10）经济实惠，