伺服系统与工业机器人课件第8章 工业机器人概论

第八章工业机器人概论李鑫合肥工业大学电气与自动化工程学院第八章工业机器人概论8.1工业机器人定义8.2工业机器人分类8.3工业机器人的主要技术参数8.4工业机器人实例8.5工业机器人的历史及发展趋势总结2024/8/7伺服系统与工业机器人.hfut28.1工业机器人定义2024/8/7伺服系统与工业机器人.hfut3国际标准化组织（ISO）对工业机器人的定义：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、工件或操持工具来完成各种作业。美国机器人协会（RIA）对机器人的定义：一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能操作机。日本机器人协会（JIRA）对工业机器人的定义：一种装备有记忆装置和末端执行装置的，能够完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。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”。英国简明牛津字典的定义：机器人是“貌似人的自动机，具有智力的和顺从于人但不具有人格的机器”。我国对机器人的定义：一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或者生物相似的智能，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。8.2工业机器人的分类2024/8/7伺服系统与工业机器人.hfut48.2.1按机器人的结构坐标系特点分类52024/8/7伺服系统与工业机器人.hfut直角坐标机器人圆柱坐标机器人多关节型机器人8.2.2按机器人的控制方式分类62024/8/7伺服系统与工业机器人.hfut非伺服机器人功能示意图伺服控制机器人功能示意图8.2.3按机器人的组成结构分类72024/8/7伺服系统与工业机器人.hfut并联机器人串联机器人8.2.4按机器人的应用分类82024/8/7伺服系统与工业机器人.hfut工业机器人分类焊接机器人搬运机器人码垛机器人装配机器人8.3.1自由度92024/8/7伺服系统与工业机器人.hfut

自由度是机器人的一个重要技术指标，它是由机器人的结构决定的，并直接影响到机器人的机动性。自由度是指物体能够对坐标系进行的独立运动的数目，末端执行器的动作不包括在内。自由度主要有三种类型：刚体自由度，机器人的自由度和机器人的机动度。刚体自由度是指刚体能够对坐标系进行独立运动的数目称为自由度。机器人的自由度是指其末端相对于参考坐标系能够独立运动的数目。机器人的机动度是指机器人各关节所具有的能自由运动的数目。机器人自由度越多就越接近人手的动作机能，但结构会变得复杂。工业机器人一般多为4-6个自由度。8.3.2工作空间102024/8/7伺服系统与工业机器人.hfut机器人工作空间是指机器人末端执行器上参考点能达到的空间的集合。通常，工业机器人的工作空间用其在垂直面内和水平面内的投影表示。对于一些结构简单的机器人，其工作空间也可用解析方程表示。工作空间是衡量和评价机器人性能的重要方面，特别对于机动型机械如装载机、挖掘机和钻机等来说尤为重要。研究证实，机器人工作空间与机器人的结构构型、结构参数，以及关节（球铰）变量的允许活动范围密切相关。8.3.3工作载荷112024/8/7伺服系统与工业机器人.hfut机器人负载是指机器人在工作时能够承受的最大载重。它一般用质量、力矩、惯性矩表示，还和运行速度和加速度大小、方向有关。要确定机器人负载，首先要知道机器人将要从事何种工作，之后才是负载数值。如果需要将零件从一台设备上搬至另外一处，则需要将零件的重量和机器人抓手的重量合并计算在负载内。一般低速运行时承载能力大，为安全考虑，规定在高速运行时所能抓取的工件重量作为承载能力指标。8.3.4控制方式122024/8/7伺服系统与工业机器人.hfut机器人用于控制轴的方式，可分为伺服控制和非伺服控制。伺服控制又可分为连续轨迹运动控制和点到点运动控制。点动伺服控一般只为其一段路径的端点进行示教，而且机器人以最快和最直接的路径从一个端点移到另一端点。点到点之间的运动总是有些不平稳，即使同时控制两根轴，它们的运动轨迹也很难完全一样，因此，点动伺服控制机器人用于只有终端位置有要求而对点位之间的路径和速度不作要求的场合。可用于点焊、搬运机器人。连续轨迹伺服控制机器人能够平滑地跟随某个规定的轨迹，它能较准确复原示教路径。连续轨迹伺服机器人具有良好的控制和运行特性，其数据是依时间采样的，而不是依预先规定的空间点采样。因此其运行速度较快、功率较小、负载能力也较小，主要用于弧焊、喷涂、大飞边毛刺和检测机器人。8.3.5精度132024/8/7伺服系统与工业机器人.hfut机器人的工作精度主要指定位精度和重复定位精度。定位精度（也称绝对精度）是指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）是指机器人重复定位其末端执行器于同一目标位置的能力。机器人精度主要体现在末端执行器的位姿误差。研究表明，工作精度上的误差主要是由零部件制造、装配、铰链间隙，伺服控制，载荷及热变形等因素导致的准静态误差，以及由机器人结构、系统特性和作业中振动所产生的动态误差这两方面引起。8.3.6最大工作速度142024/8/7伺服系统与工业机器人.hfut最大工作速度是指在各轴联动情况下，机器人手腕中心所能达到的最大线速度。这在生产中是影响生产效率的重要指标，因生产厂家不同而标注不同，一般都会在技术参数中加以说明。很明显，最大工作速度越高，生产效率也就越高，然而，工作速度越高，对机器人最大加速度的要求也就越高。8.3.7安装方式152024/8/7伺服系统与工业机器人.hfut机器人的安装方式与结构有关。一般而言，直角坐标型机器人大都采用底面安装，并联结构的机器人则采用倒置安装；水平串联结构的多关节型机器人可采用底面和壁挂安装；而垂直串联结构的多关节机器人除了常规的底面安装方式外，还可根据实际需要，选择壁挂式、框架式、倾斜式、倒置式等安装方式。同其他设备相似，机器人重量也是设计者、应用者关注的一个重要参数。例如，如果工业机器人需要安装在定制的工作台甚至轨道上，就需要知道它的重量并设计相应的支撑。8.4工业机器人的主要技术参数实例162024/8/7伺服系统与工业机器人.hfutDRS系列机器人型号说明机器人DRS30L3SS1BN002外观与工作范围图8.5.1工业机器人的历史172024/8/7伺服系统与工业机器人.hfut家用机器人ElektroUnimate机器人Versation的圆柱坐标型的数控自动机械我国工业机器人技术的发展，大致经历了如下四个阶段：第一个阶段（理论研究阶段）：20世纪70年代处于萌芽期，1972年开始研制自己的工业机器人，当时主要是局限于理论探。第二个阶段（样机研发阶段）：20世纪80年代处于开发期，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷漆、点焊、弧焊和搬运机器人。第三个阶段（示范应用阶段）：20世纪90年代处于应用期，我国的工业机器人在实践中又迈进了一大步，先后研制了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运和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，形成了一批工业机器人产业化基地。第四个阶段（产业化阶段）：进入21世纪，我国工业机器人进入了产业化阶段。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的发展，奠定了独立自主发展机器人产业的基础。8.5.2工业机器人的发展趋势182024/8/7伺服系统与工业机器人.hfut高效率、高精度智能化、数字化结构的模块化、可重构化控制技术的PC化、开放化和