工业机器人.ppt

1、先进制造技术,工业机器人 主讲：郭 强1301014122 制作：孙宇君1301014105,工业机器人概述,工业机器人是一种可重复编程的多自由度的自动控制操作机械，涉及机械学、控制技术、传感技术、人工智能、计算机科学等多学科为一体的现代制造业的基础设备。在自动化物料运储系统中，作为一种柔性化工具，工业机器人越来越多地被用于制造系统的工件装卸和物料的搬运。,工业机器人简史,1920年捷克作家卡雷尔恰佩克发表了剧本罗萨姆的万能机器人，机器人（robot）的名词出现并被各国接受 1946年美国人德沃尔发明了一种系统，可以“重演”所记录的机器的运动 1954年,德沃尔又获得可编程机械手专利，这种机械

2、手臂按程序进行工作，可以根据不同的工作需要编制不同的程序，因此具有通用性和灵活性,1959年，恩格尔伯格（左）和德沃尔（右）联手制造出第一台工业机器人（中）。,1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”(意思是万能搬运),和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”，是机器人产品最早的实用机型，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人研究的热潮。,1965年，约翰霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。,1968年，美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并

3、抓取积木，不过控制它的计算机有一个房间那么大，可以算是世界第一台智能机器人。,1978年，美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。PUMA至今仍然工作在工厂第一线。,工业机器人结构,工业机器人一般由执行机构、驱动机构、检测及控制系统等几个组成部分。,执行机构,执行机构是一种具有和人手脚相似动作功能的机械装置，又称操作机，有以下几个部分组成 1)手部 称抓取机构或夹持器，用于直接抓取工件或工具。若在手部安装专用工具，如焊枪、电钻、电动螺钉拧紧器等，就构成了专用的特殊手部。工业机器人手部有机械夹持式、真空吸附式、磁性吸附式等不同的结构形式。 。,2

4、）腕部 接手部和手臂的部件，用以调整手部的姿态和方位。,3）臂部 撑手腕和手部的部件，由动力关节和连杆组成，用以承受工件或工具负荷。,4）机座与立柱 是支撑整个机器人的基础件，起到连结和支承的作用，控制机器人的活动范围和改变机器人的位置,驱动机构,是机器人执行作业的动力源，按照控制系统发来的控制指令驱动执行机构完成规定的作业。常用的驱动系统有机械式、液压式、气动式以及电气驱动等不同的驱动形式。,工业机器人伺服电动机,变形金刚火种源,检测及控制系统,位置检测装置是通过附设的力、位移、触觉、视觉等不同的传感器，检测机器人的运动位置和工作状态，并随时反馈给控制系统，以便执行机构以一定的精度和速度达到

5、设定的位置。 控制系统是机器人的大脑，控制与支配机器人按给定的程序动作，并记忆人们示教的指令信息，如动作顺序、运动轨迹、运动速度等，可再现控制所存储的示教信息。,工业机器人的分类,(1)按系统功能分类 1)专用机器人：在固定地点以固定程序工作的机器人，其结构简单、工作对象单一、无独立控制系统、造价低廉，如附设在加工中心机床上的自动换刀机械手。,IRB 1520ID-新型高精度弧焊专用机器人,2)通用机器人：具有独立控制系统，通过改变控制程序能完成多种作业的机器人。其结构复杂，工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于不断变换生产品种的柔性制造系统。,六轴通用机器人,3)示教再现式机器人：具有记忆

6、功能，在操作者的示教操作后，能按示教的顺序、位置、条件与其他信息反复重现示教作业。,4)智能机器人：采用计算机控制，具有视觉、听觉、触觉等多种感觉功能和识别功能的机器人，通过比较和识别，自主作出决策和规划，自动进行信息反馈，完成预定的动作。,(2)按驱动方式分类 1)气压传动机器人：以压缩空气作为动力源驱动执行机构运动的机器人，具有动作迅速、结构简单、成本低廉的特点，适用于高速轻载、高温和粉尘大的环境作业。 2)液压传动机器人：采用液压元器件驱动，具有负载能力强、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏的特点，适用于重载、低速驱动场合。 3)电气传动机器人：用交流或直流伺服电动机驱动的机器人，不需要中间转

7、换机构，机械结构简单、响应速度快、控制精度高，是近年来常用的机器人传动结构。,(3)按结构形式分 1)直角坐标型机器人：这类机器人的手部在空间由三个相互垂直的方向X、Y、Z上作移动运动，运动是独立的。其控制简单，运动直观性强，易达到高精度，定位精度高，但操作灵活性差，运动的速度较低，操作范围较小而占据的空间相对较大。,2)圆柱坐标型机器人：这类机器人在水平转台上装有立柱，其立柱安装在回转机座上，水平臂可以自由伸缩，并可沿立柱上下移动。其工作范围较大，运动速度较高，但随着水平臂沿水平方向伸长，其线位移分辨精度越来越低。,3)球坐标型机器人：也称极坐标型机器人，由回转机座、俯仰铰链和伸缩臂组成，具

8、有两个旋转轴和一个平移轴。工作臂不仅可绕垂直轴旋转，还可绕水平轴作俯仰运动，且能沿手臂轴线作伸缩运动。其操作比圆柱坐标型更为灵活，并能扩大机器人的工作空间，但旋转关节反映在未端执行器上的线位移分辨率是一个变量。,4)关节型机器人： 这类机器人由多个关节联接的机座、大臂、小臂和手腕等构成，大小臂之间用铰链联接形成肘关节，大臂和立柱联接形成肩关节，大小臂既可在垂直于机座的平面内运动，也可实现绕垂直轴的转动。其操作灵活性最好，运动速度较高，操作范围大，但精度受手臂位姿的影响，实现高精度运动较困难。它能抓取靠近机座的物件，也能绕过机体和目标间的障碍物去抓取物件，具有较高的运动速度和极好的灵活性，成为最

9、通用的机器人。,工业机器人的性能指标,(1)自由度 自由度是衡量机器人技术水平的主要指标。所谓自由度是指运动件相对于固定坐标系所具有的独立运动。每个自由度需要一个伺服轴进行驱动，因而自由度数越高，机器人可以完成的动作越复杂，通用性越强，应用范围也越广，但相应地带来的技术难度也越大。一般情况下，通用工业机器人有36个自由度。,工业机器人的性能特征影响着机器人的工作效率和可靠性，在机器人设计和选用时应考虑如下几个性能指标：,(2)工作空间 是指机器人应用手爪进行工作的空间范围。描述工作空间的手腕参考点可以选在手部中心、手腕中心或手指指尖，参考点不同，工作空间的大小、形状也不同。机器人的工作空间取决

10、于机器人的结构形式和每个关节的运动范围。工作空间是工业机器人的一个重要性能指标，是设计工业机器人机构的重要指标。,(3)承载能力 承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所承受的最大重量，承载能力的大小取决于负载的质量、运行的速度和加速度的大小和方向，根据承载能力不同工业机器人大致分为：微型机器人承载能力为10N以下；小型机器人承载能力为10-50N；中型机器人承载能力为50-300N；大型机器人承载能力为300500N；重型机器人承载能力为500N以上。,(4)运动速度 运动速度影响机器人的工作效率和运动周期，它与机器人所提取的重力和位置精度均有密切的关系。运动速度高，机器人所承受的动载荷增大，必将承受着加减速时较大的惯性力，影响机器人的工作平稳性和位置精度。就目前的技术水平而言，通用机器人的最大直线运动速度大多在1000mms以下，最大回转速度一般不超过120/s。,(5)位置精度 它是衡量机器人工作