《工业机器人》第一章-概述.ppt

1、工业机器人,10-11(2),第一章 概论,工业机器人的由来工业机器人的定义工业机器人的分类工业机器人的工作环境工业机器人的基本组成工业机器人的技术参数工业机器人的应用,1、东汉、张衡发明的指南车2、1886法国作家利尔亚当给机器人起名3、1920捷克剧作家卡佩克首次提出Robota一词“机器人”一词起源于捷克语，意为强迫劳动力或奴隶。这个词是由剧作家 Karel Capek 引入的，他虚构创作的机器人很象怪物:由化学和生物学方法而不是机械方法创造的生物。,一、机器人的由来,工业机器人的由来,工业机器人的由来,工业机器人的由来,4、1950美国科幻作家阿西莫夫,提出机器人三定律5、1954美国

2、人乔治德沃尔设计了第一台关节式示教再现型作业机械手，于1961年发表了该项专利6、1962美国通用汽车公司（GM）公司使用全球第一台机器人Unimate，这标志着第一代工业机器人的诞生,一、机器人的由来,第一节 机器人概述,机器人的产生与发展,第一章 绪论,第一节 机器人概述,机器人的产生与发展,第一章 绪论,个人应用,想象,工业应用,商业应用,古希腊的长篇叙事诗伊利亚特中的冶炼之神用黄金制造出的侍女，希腊神话阿鲁歌探险船中的青铜巨人泰洛斯，我国西周时流传巧匠偃师制作的歌舞机器人，以及许多科幻小说中都有机器人的身影。,第一节 机器人概述,机器人的产生与发展,第一章 绪论,1954年美国人乔治德

3、沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人；1959年德沃尔与美国发明家约瑟夫英格伯格联手制造出第一台工业机器人。,个人应用,想象,工业应用,商业应用,第一节 机器人概述,机器人的产生与发展,第一章 绪论,世界上第一家机器人制造工厂Unimation公司制造的Unimate 与1962年美国AMF公司生产出的VERSTRAN成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮,个人应用,想象,工业应用,商业应用,第一节 机器人概述,机器人的产生与发展,第一章 绪论,1998年丹麦乐高公司推出机器人（Mind-storms）套件，让机器人制造变得跟搭积木一样，相对简单又

4、能任意拼装，使机器人开始走入个人世界。,个人应用,想象,工业应用,商业应用,三、工业机器人的发展过程,工业机器人的发展过程可分为三个阶段：第一代机器人-示教再现机器人第二代机器人-带感觉的机器人第三代机器人-智能机器人,美国机器人协会（RIA）定义日本机器人协会（JIRA）定义国际标准化组织（ISO）定义中国机器人定义,二、机器人的定义,美国机器协会（RIA）：机器人是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。,工业机器人的定义,日本工业机器人协会：工业机器人是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

5、机器。,工业机器人的定义,工业机器人的定义,根据上述的各种定义，我们可以把具有下述性质的机械看作是机器人：代替人进行工作，能像人那样使用工具和机械。因此，数控机床和汽车不是机器人。具有通用性。机器人即可以简单地变换所进行的作业，又能按照工作情况的变化相应地进行工作，一般的玩具机器人不具有通用性，不属于机器人。直接对外界工作。机器人要完成一定的工作，对外界产生作用。,一、工业机器人的含义,工业机器人是能模仿人体某些器官的功能(主要是动作功能)、有独立的控制系统、可以改变工作程序和编程的多用途自动操作装置。工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业

6、，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。,认识机器2,工业机器人,工业机器人的定义：其操作机是自动控制的，可重复编程、多用途，并可对三个和三个以上的轴进行编程。它可以是固定式或移动式。在工业自动化中使用。工业机器人包括操作机和控制系统（硬件和软件）。所谓操作机是一种机器，其机构通常是由一系列相互铰接或相对滑动的构件所组成。它通常有几个自由度，用以抓去或移动物体。,注：左键单击图片可演示视频,机器人焊接,机器人去毛刺,认识机器3,工业机器人,数控加工中的工业机器人,注：左键单击图片可演示视

7、频,三、机器人的分类,我国从应用环境上把机器人分为两类：工业机器人特种机器人国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人非制造环境下的服务与仿人型机器人,工业机器人,所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。如：机械手。,特种机器人,而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人。包括：服务机器人、水下机器人、微操作机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。,一、工业机器人的分类,工业机器人大体可按其坐标形式、驱动方法、运动控制方式和应用环境进行分类。,工业机器人的分类,按结构分类,按开发进程分

8、类,基本坐标式结构,冗余自由度结构,模块结构,直角坐标式机器人,圆柱坐标式机器人,球坐标式机器人,关节坐标式机器人,平面关节式机器人,整体控制机器人,每关节独立控制机器人,第一代机器人,第二代机器人,第三代机器人,三、工业机器人的发展过程,工业机器人的发展过程可分为三个阶段：第一代机器人-示教再现机器人第二代机器人-带感觉的机器人第三代机器人-智能机器人,基本坐标结构机械手,基本坐标结构机械手,2按驱动方法分,工业机器人的驱动方法可分为电力、液压和气压驱动三种,1）电力驱动,2）液压驱动,3）气压驱动,电力驱动,这种驱动是目前在工业机器人中用的最多的一种。早期多采用步进电动机(SM)驱动，后来

9、发展了直流伺服电动机(DC)，现在交流伺服电动机(AC)驱动也开始广泛应用。上述驱动单元有的直接驱动机构运动有的通过谐波减速器装置来减速，结构简单紧凑。,液压驱动,液压传动机器人有很大的抓取能力，抓取力可高达上百公斤力，液压力可达7MPa，液压传动平稳，动作灵敏，但对密封性要求高，不宜在高或低温现场工作，需配备一套液压系统。,气压驱动,气压传动机器人结构简单，动作迅速，价格低廉，由于空气可压缩，所以工作速度稳定性差，气压一般为0.7MPa，因而抓取力小，只有几十牛到百牛力。,3.按运动控制方式分,（1）点位控制(PTP，Point to Ppint)（2）连续轨迹控制(CP，continuou

10、s Path),点位控制,采用点位按制，机器人运动为空间点到点间的直线运动，不涉及两点间的移动路径，只在目标点处控制机器人末端执行器的位置和姿态。这种控制方式简单，适用于上下料、点焊、卸运等作业。,连续轨迹控制,这种控制方式不仅要求机器人以一定精度达到目标点而且对运动的轨迹也有一定精度要求。运动轨迹是空间的连续曲线，机器人在空间的整个运动过程都要控制，比较复杂。这种控制常用于焊接、喷漆和检测等。,四、工业机器人的主要种类,焊接机器人喷漆机器人装配机器人采矿机器人搬运机器人食品工业机器人,五、工业机器人发展简况,日本技术实力和数量世界第一欧美快速追赶日本中国相对比较落后，近几年发展迅速机器人性能

11、上升，价格下降 在各个领域有广泛应用,工业机器人的工作环境,与已定义的外部环境交流与硬件环境的交互与外部设备的通信工作域中的障碍自由空间的描述操作对象物的描述与软件环境的交互与生产单元监控计算机所提供的管理信息系统的通信,与未定义的外部环境的交流从外部环境中感知、学习、判断和推理，实现环境预测，产生新的适应指令，并根据客观环境规划自己的行动。,工业机器人的基本组成,感受系统,人机交互系统,控制系统,驱动系统,机械结构系统,机器人环境交互系统,二、工业机器人的组成,工业机器人由三大部分六个子系统组成。,控制部分,传感检测部分,机械部分,六个子系统是驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人环境交互

12、系统、人机交互系统和控制系统,如图所示。,驱动系统 要使机器人运行起来,需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置,这就是驱动系统。驱动系统可以是液压传动、气动传动、电动传动,或者把它们结合起来应用的综合系统;可以是直接驱动或者是通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接驱动。,机械结构系统,工业机器人的机械结构系统由基座、手臂、末端执行器三大部分组成,如图所示。每一部分都有若干自由度,构成一个多自由度的机械系统。若基座具备行走机构,则构成行走机器人;若基座不具备行走及腰转机构,则构成单机器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。末端执行器是直接装在手腕上的一个重要部件,它可以是二手指

13、或多手指的手爪,也可以是喷漆枪、焊具等作业工具。,工业机器人,日本安川六自由度关节型机器人,日本三菱五自由度关节型机器人,工业机器人的组成,工业机器人一般有以下几部分构成：机身部分：如同机床的床身结构一样，机器人机身构成机器人的基础支撑。有的机身底部安装有机器人行走机构；有的机身可以绕轴线回转，构成机器人的腰。手臂部分：分为大臂、小臂和手腕，完成各种动作。关节：分为滑动关节和转动关节。实现机身、手臂各部分、末端操作器之间的相对运动。末端操作器：可以是拟人的手掌和手指，也可以是各种作业工具，如焊枪、喷漆枪等。,工业机器人典型结构,感受系统 感受系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成,用以获取内

14、部和外部环境状态中有意义的信息。智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准。人类的感受系统对感知外部世界信息是极其灵巧的,然而,对于一些特殊的信息,传感器比人类的感受系统更有效。,机器人-环境交互系统 机器人-环境交互系统是实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。工业机器人与外部设备集成为一个功能单元,如加工制造单元、焊接单元、装配单元等。当然,也可以是多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储装置等集成为一个去执行复杂任务的功能单元。,人机交互系统 人机交互系统是使操作人员参与机器人控制并与机器人进行联系的装置，例如,计算机的标准终端,指令控制台,信息显示板,危险

15、信号报警器等。该系统归纳起来分为两大类:指令给定装置和信息显示装置。,控制系统控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。假如工业机器人不具备信息反馈特征,则为开环控制系统;若具备信息反馈特征,则为闭环控制系统。根据控制原理,控制系统可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统。根据控制运动的形式,控制系统可分为点位控制和轨迹控制。,认识机器4,工业机器人,示教板用于输入控制命令或控制程序,控制系统用于控制操作机各关节内伺服电机的运动,工业机器人的组成,操作机在控制系统的控制下，实现各种复杂运动。每个关节内有电动机和减速

16、器,认识机器5,工业机器人操作机,工业机器人,焊接机器人,焊接机器人,焊接机器人則是工業机器人應用最為廣泛的一种類型，即應用于焊接操作的工業机器人。,一、焊接机器人的分类,按照其應用，通常可分為以下几類：1、弧焊机器人：最常用的應用范圍是結构鋼的熔化极活性气体保護焊（CO2、MAG）、不鏽鋼、鋁的熔化极惰性气体保護焊（MIG），各种金屬的鎢极惰性气体保護焊（TIG）等。2、點焊机器人:典型的應用領域是汽車車身的焊裝流水線。但現在有一种趨勢，即點焊机器人在中小型零部件制造企業的應用也不斷在擴展。按照結构坐標系來分，可以分為：直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標型、全關節型。,二、焊接机器人的优點,穩定和提高焊接質量，保証其均勻性。提高勞動生產率，一天可24小時連續生產。改善工人勞動條件，可在有害環境下工作。降低對工人操作技術的要求。縮短產品改型換代的准備周期，減少相應的設備投資。可實現小批量產品的焊接自動化。為焊接柔性生產線提供技術基礎。,三、焊接机器人的组成,焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分。1、机器人由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成。2、焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电