工业机器人PPT_20170420.ppt.ppt

工业机器人,专 业： 主讲人： 日 期：2019/4/7,内蒙古农业大学机电工程学院,目 录,一、工业机器人概述 二、工业机器人的编程技术 三、工业机器人发展回顾与展望 四、工业机器人的应用,一、工业机器人概述,(一)机器人的起源 (二)机器人的发展简史 (三)机器人的定义 (四)工业机器人的组成及分类 (五)工业机器人的性能指标,(一)机器人的起源,起源于文学作品。 1、捷克剧作家、小说家卡雷尔查培克将“机器人”一词推荐给全世界。 2、科幻小说家艾萨克阿西莫夫在他的小说中给机器人下了“机器人三定律”： 机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不幸； 机器人应执行人们所下达的指令，除非这些指令与第一定律相矛盾； 机器人应能保持自己的生存，只要这种防护行为不与第一或第二定律相矛盾。,(二)机器人的发展简史,1、1958年，美国推出了世界上第一台工业机器人实验样机。 2、1967年，日本引进了美国的工业机器人技术，经过消化、仿制、改进、创新，到1980年，机器人技术在日本取得了极大的成功与普及。 3、80年代以来，国际机器人的发展速度平均保持在25%30%年增长率，所生产的机器人主要用于改善恶劣的工作条件。 4、我国机器人技术起步较晚，1987年，北京首届国际机器人展览会上，我国展出10余台自行研制或仿制的工业机器人。已过“七五”、“八五”攻关，我国研制和生产的工业机器人已达到了工业应用水平。,(三)机器人的定义,1、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。 2、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机器。 3、国际标准化组织（iso） 机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。,(三)机器人的定义,4、我国gb/t 12643-1990标准： 工业机器人是一种能够自动控制、可以重复编程、多功能、多自由度的操作机，能够搬运物料、工件或操持工具。 5、操作机的定义： 具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓取物体或进行其他操作的机械装置。 6、综上所述，可将工业机器人理解为： 工业机器人是一种模拟人手臂、手腕和手功能的机电一体化装置，它可把任一物体或工具按空间位置的时变要求进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求。,(三)机器人的定义,研制工业机器人的目的在于为人类服务。在社会生产和科学实验等活动中，人们可以将那些单调、繁重以主,对健康有害、对生命有危险的劳动交给机器人去完成，以此改善人们的工作条件。,(三)机器人的定义,(四)工业机器人的组成及分类,工业机器人的结构组成,1、工业机器人的组成,操作机（执行机构） 手部：用于抓取对象，有夹持式、吸附式等不同结构。 腕部：联接手部和手臂部件，用以调整手部姿态和方位。 臂部：承载负荷，改变空间位置。 机身：支撑臂部部件，扩大臂部活动和作业范围。 机座及行走机构：机器人基础件，确定或改变机器人位置。 驱动系统：驱动执行机构完成规定作业，提供动力和运动。 控制系统：控制机器人按给定的程序动作，记忆示教指令，再现示教信息。是机器人的大脑。 智能系统：是机器人的感受系统，由感知和决策两部分组成。,（1）按系统功能分类 a.专用机器人 以固定程序工作机器人，结构简单、无独立控制系统、造价低廉，如自动换刀机械手。 b.通用机器人 可完成多种作业，结构复杂，工作范围大，定位精度高，通用性强。 c.示教再现式机器人 在示教操作后，能按示教的顺序、位置、条件重现示教作业。 d.智能机器人 具有视觉、听觉、触觉功能，通过比较和识别，作出决策和规划，完成预定的动作。,2、工业机器人的分类,（2）按驱动方式分类 a.气压传动机器人 以压缩空气作为动力源，高速轻载； b.液压传动机器人 采用液压驱动，负载能力强、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏； c.电力传动机器人 交直流伺服电机驱动，结构简单、响应快、精度高。,2、工业机器人的分类,（3）按结构形式分类 a.直角坐标机器人 有三个正交平移坐标轴，各个坐标轴运动独立,可沿三个直角坐标移动（图a） ； b.圆柱坐标机器人 有一个旋转轴和两个平移轴,可作升降、回转和伸缩动作（图b） ；,2、工业机器人的分类,a.直角坐标机器人 b.圆柱坐标机器人 工业机器人按结构形式分类,2、工业机器人的分类,（3）按结构形式分类 c.关节机器人 类似人手臂，由各关节组成，可实现三个方向旋转运动,可作回转、俯仰和伸缩动作（图c）； d.球坐标机器人 有两个旋转轴和一个平移轴有多个转动关节（图d）。,c.关节机器人 d.球坐标机器人 工业机器人按结构形式分类,(五)工业机器人的性能指标,自由度：独立运动数，自由度数越高，完成的动作越复杂，通用性越强，应用范围也越广。 工作空间：机器人进行工作的空间范围。 提取重力： 微型机器人，提取重力10n以下； 小型机器人，提取重力10n-50n； 中型机器人，提取重力50n-300n； 大型机器人，提取重力300n-500n； 重型机器人，提取重力500n以上。 运动速度：运动速度影响工作效率，与所提取的重力和位置精度有关。 位置精度：机器人定位精度一般在+0.02-5mm范围。,二、工业机器人的编程技术,(一)示教编程 (二)离线编程 (三)机器人编程语言,（一）示教编程,示教阶段：拨动示教盒按钮或手握机器人手臂，使之按需要姿势和路线进行工作，求教信息存储在记忆装置中。 工作再现：从记忆装置调用存储信息，再在示教阶段动作。,示教再现式控制系统工作原理,（一）示教编程,示教控制方式： 点位控制示教：逐一使每个轴达到需要编程点的位置。 轮廓控制示教：握住示教臂，以要求速度通过所给路线。 特点：通过示教直接产生控制程序，无须手工编程，简单方便，适用于大批量生产。 不足：轨迹精确度不高，需要存储容量大。,机器人示教臂,（一）示教编程,（二）离线编程,holpss离线编程与仿真系统总体结构框图,（三）机器人编程语言,动作级语言 每一个命令对应一个动作，语句格式为： move to 语句简单，易于编程；不能进行复杂计算，通信能力差，代表性语言：val。 对象级语言 有与动作语言类似功能，能处理传感器信息；通信和数字运算功能强，代表性语言有aml、autopass。 任务级语言 操作者直接下命令，不需要规定机器人每个动作细节，自动推理规划，自动生成机器人的动作。,三、工业机器人发展回顾与展望,（一）工业机器人发展回顾 （二）工业机器人发展展望,（一）工业机器人发展回顾,50年代萌芽期，1958年第一台工业机器人在美国问世。 60年代黎明期，推出圆柱坐标、球坐标机器人，日本引进美国机器人技术。 70年代实用化期，计算机控制机器人、关节型机器人问世，推出val编程语言、视觉力觉传感器；72年中国第一台机器人诞生；70年代末全世界拥有万台以上机器人；日本成为机器王国。 80年代普及期，80年代末机器总数已达45万台。 90年代扩展渗透期，具有感觉机器人实用化，智能机器人相继出现并开始走向应用；1997年底，机器人总量达95万台。,执行机构：具有柔性感、灵巧性手爪和手臂； 驱动机构：采用开关记忆合金、人工肌肉、压电元件、挠性轴等新型驱动器； 移动技术：步行、爬行、由4足、6足、8足或更多足组成； 微型机器人：毫米级、纳米级机器人，微小位置姿态控制；微型电池；微小生物运动机构等； 多传感器集成与融合技术：视觉、触觉、嗅觉、味觉及其综合； 新型智能技术：模糊逻辑、神经网络、直专家系统、遗传算法等； 仿生机构：模仿生物物体构造、移动模式、运动机理、能量分配等，人工肌肉、蛇形移动机构、仿象鼻柔性臂、人造关节。,（二）工业机器人发展展望,四、工业机器人的应用,(一)工业机器人的应用特点 (二)工业机器人的应用,（一）工业机器人的应用特点,工业机器人最早的应用例子之一，是1961年在压铸加工中，从压铸机上卸下压铸件。其原因是压铸过程发出烟气和热量，其环境不适宜人工工作。 选用机器人时应考虑以下因素： 1）在危险、有害、有毒、高温、高压等恶劣环境中代替人工作，这是选用工业机器人的重要原因之一。如铸造、喷漆、焊接、水下或地沟下作业，有放射线污染等环境中。 2）在重复工作环境中，若工作循环的运动和顺序适于用机器人替代人获得比人高的重复精度和一致性，或可以达到高的生产率时，应考虑采用工业机器人。,3）人难于装卸的场合，如因装卸抓拿的工件或工具太重或难于进行操作，利用工业机器人可以完成时，应考虑选用工业机器人。 4）多班次作业，为了快速回流资金要求开二、三班时，可考虑用工业机器人代替人工作业。一般考虑一台机器人代替1-3人的工作。 5）在一些生产场合，其生产批量和操作工位变换多，生产班次又长，当变换频度人不能适应时，应考虑采用可编程机器人完成作业。这时以离线编程更为经济。 6）现有的工业机器人多数没有视觉功能。应用时需考虑若工作循环中要求工业机器人具有把工件拿取，并呈已知位置和姿（形）态，应设计工件位形固定的机器人抓拿工具。,（一）工业机器人的应用特点,上述因素可作为是否选用机器人的依据。但随着科技的进一步发展，智能工业机器人将更多地出现，其应用场合也将不断扩大。 选用工业机器人不仅要考虑技术可行性，而且还应考虑投资与投资回收及投资带来的经济效益。 目前，国内选用工业机器人时另一个重要因素是其工作的稳定可靠性和配套性。在生产现场机器人利用率低、故障高的技术方案不可取。配套性差的工业机器人使用效率低，不可能适应工作及作业变化。此外，工业机器人是多体机构，其机械精度通常不如机床，选用时应考虑。,（一）工业机器人的应用特点,（二）工业机器人的应用,工业机器人的应用领域很广，且应用最普遍。其中焊接、喷涂、物料搬运、装配与检测等方面应用最为普遍。 1、焊接 包括点焊、弧焊、压焊、锡焊、激光焊等，其用途广，历史长。 汽车的驾驶室主要是用点焊方法将各个分离板件焊成一个整体。人工点焊不但劳动强度大，而且质量不能保证。弧焊机器人属于连续轨迹式机器人，它提供连续焊缝联接的加工法，比点焊有更高的联接强度，被用于制作压力容器、管道或其他要求连续联接且强度高的作业中。,它由工业机器人、焊接装置（焊接电源、控制箱、焊剂和自动送焊丝机构等）和夹具组成。为了获得高生产率，该单元采用双夹具台，一个工作，另一个为下一工作做准备，机器人始终处于连续作业状态。,（二）工业机器人的应用,弧焊机器人单元,焊接工业机器人系统示意图,（二）工业机器人的应用,（二）工业机器人的应用,2、喷漆 由于喷漆工序中雾状漆料对人体有危害，喷漆环境中照明、通风等条件很差，而且不易从根本上改进，因此在该领域大量使用机器人，不仅可以改善劳动条件，还可提高产品质量，降低成本。,挪威生产的trallfa喷漆机器人,（二）工业机器人的应用,手臂是关节式，用电液伺服驱动微机控制，是一种示教再现式工业机器人。其特点是动作灵活，操作轻便，可深入到狭窄空间进行工作，易于示教，存储容量大，不仅可以进行点位控制和连续控制，而且可以采用不同频率进行示教。,喷漆工业机器人系统示意图,（二）工业机器人的应用,（二）工业机器人的应用,3、搬运物料 包括为数控机床服务，上下工件，为自动线服务，在不同流向的自动线上转运工作。 这种机器人和数控机床等设备可以组成柔性加工系统，机器人在系统中负责上下料，并联系各个传送装置。一般，一个柔性加工生产线少则配置2-3台机器人，多则可达20多台机器人。 4、装