工业机器人宣讲PPT课件

.,1,工业机器人介绍,讲解成员：,.,2,机器人概述,一、机器人的起源二、工业机器人的概述三、工业机器人的分类四、工业机器人的组成五、工业机器人的主要种类介绍六、工业机器人发展简况及趋向七、其他机器人,.,3,侦查机器人,美国排雷机器人,吹号角机器人,格斗机器人,机器人的世界,装配机器人,喷涂机器人,.,4,机器人通常具有3个基本特征。是不是机器人，只需看一看它是否具备以下3个特征：身体：是一种物理状态，具有一定的形态。大脑：控制机器人的程序。动作：任何机器人都有一定的动作表现。,0、什么是机器人？,1、基本特征,钢铁侠来了,.,5,为什么许多移动机器人都装有轮子呢？机器人有两种典型的臂：Cartesian、Revolute在设计机器人时，一个要考虑的重要因素是重量无论它包含什么部件，外形是像人类，还是更像一只盒子或一只虫子，都取决于人们想让它做什么工作。机器人的形状、大小、选用什么材料，以及应具有什么特征等，主要取决于机器人功能的设定。,2、机器人的形状,.,6,目前，机器人的应用范围遍及汽车、工程机械、电子和电气装配以及家电等行业，产生成了弧焊机器人、喷漆机器人、搬运机器人等以及周边装备系列产品。机器人可精确定位,也可做成微型机器人,可从事人们无法进行的医疗工作,以及大规模集成电路制造、焊接工作。家庭服务机器人可代替人来从事繁琐的家务劳动。军事方面的机器人则忠于职守,可以完成各种艰巨复杂的任务。,在太空，宇航员是极其昂贵的资源，用机器人代替宇航员的某些工作将更加安全、经济。太空机器人可进入人类无法进入的领域,完成人类想做的事情。街头的取款机、学校的复印机、寻呼机、自动售票机这都是机器人！,3、机器人的应用,.,7,机器人的历史并不算长，1959年美国英格伯格和德沃尔(Devol)制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正开始。由英格伯格负责设计机器人的“手”、“脚”、“身体”，即机器人的机械部分和完成操作部分；由德沃尔设计机器人的“头脑”、“神经系统”、“肌肉系统”，即机器人的控制装置和驱动装置。它成为世界上第一台真正的实用工业机器人。,4、首台机器人,.,8,这种机器人外形有点像坦克炮塔，基座上有一个大机械臂，大臂可绕轴在基座上转动，大臂上又伸出一个小机械臂，它相对大臂可以伸出或缩回。小臂顶有一个腕子，可绕小臂转动，进行俯仰和侧摇。腕子前头是手，即操作器。这个机器人的功能和人手臂功能相似。此后英格伯格和德沃尔成立了“Unimation”公司，兴办了世界上第一家机器人制造工厂。第一批工业机器人被称为“尤尼梅特(UNIMATE)”，意思是“万能自动”。他们因此被称为机器人之父。,1962年美国机械与铸造公司也制造出工业机器人，称为“沃尔萨特兰(VERSTRAN)”，意思是“万能搬动”。”尤尼梅特”和“沃尔萨特兰”就成为世界上最早的、至今仍在使用的工业机器人。,.,9,1886年法国作家利尔亚当在他的小说未来夏娃中将外表像人的机器起名为“安德罗丁”（Android），它由4部分组成：生命系统：平衡、步行、发声、身体摆动、感觉、表情和调节运动等；造型解质：关节能自由运动的金属覆盖体，一种盔甲；人造肌肉：在上述盔甲上有肉体、静脉和性别等身体的各种形态；人造皮肤：含有肤色、机理、轮廓、头发、视觉、牙齿和手爪等。,一、机器人的定义,1、机器人的起源,.,10,1920年捷克作家卡雷尔卡佩克发表了科幻剧本罗萨姆的万能机器人。在剧本中，卡佩克把捷克语Robota写成了Robot。Robota是奴隶的意思。该剧预告了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响，在社会上引起了广泛的关注，被当成了机器人一词的起源。,.,11,为了防止机器人伤害人类，科幻作家阿西莫夫于1940年提出了“机器人三原则”：机器人不应伤害人类；机器人应遵守人类的命令，与第一条相违背的命令除外；机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则。,2、机器人三原则,.,12,在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上，就提出了两个有代表性的定义。一个定义是森政弘与合田周平提出的：“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器。”从这一定义出发，森政弘又提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等10个特性来表示机器人的形象。,另一个定义是加藤一郎提出的具有如下3个条件的机器称为机器人：（1）具有脑、手、脚等三要素的个体；（2）具有非接触传感器（用眼、耳接收远方信息）和接触传感器；（3）具有平衡觉和固有觉的传感器。,3、机器人的定义,.,13,我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，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。”,.,14,工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。,驱动方式的改变,2、信息处理速度的提高,4、研究意义,.,15,二、工业机器人的概述,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。,1、工业机器人的定义,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，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。,2、工业机器人的作用,.,16,3、工业机器人的发展,工业机器人的发展通常可规划分为三代,第一代工业机器人,第二代工业机器人,第三代工业机器人,可编程的工业机器人”，又称“示教再现工业机器人”,“智能机器人”。即有传感器得到触觉、力觉和视觉等信息计算机处理后，控制机器人的操作机完成相应的适当操作。,“只治式工业机器人”。它不仅具有感知功能，而且还有一定的决策及规划能力。,.,17,4、世界机器人发展情况,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上升，价格下降在各个领域有广泛应用,.,18,厨师机器人,搬运机器人,工业机器人特种机器人,机器人,1、中国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类：,三、工业机器人的分类,2、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,机器人,.,19,家务型机器人操作型机器人程控型机器人示教再现型机器人数控型机器人感觉控制型机器人适应控制型机器人。学习控制型机器人智能机器人搜救类机器人,能帮助人们打理生活，做简单的家务活。,能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。,按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。,通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。,不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。,利用传感器获取的信息控制机器人的动作。,能适应环境的变化，控制其自身的行动,能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。,3、按功能分类,在大型灾难后，能进入人进入不了的废墟中，用红外线扫描废墟中的景象，把信息传送给在外面的搜救人员。,以人工智能决定其行动的机器人。,.,20,4、工业机器人的特点,通用性适应性：柔软性自动性准确性,某种执行不同的功能和完成多样的简单任务的实际能力。(多功能),对环境的自适应能力。包括：运用传感器感测环境和自我姿态的能力；分析任务空间和执行操作规划的能力；自动指令模式能力。(避险/避障),.,21,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。,返回,.,22,.,23,四、工业机器人的组成,工业机器人是机电一体化的系统，它由以下几个部分组成：、执行机构、机械本体、控制系统、检测系统,1、四个组成部分,.,24,2、组成部分关系图,.,25,A、执行机构,执行机构可以抓起工件，并按规定的运动速度、运动轨迹、把工件送到指定位置处，放下工件。通常执行机构有以下几个部分：（1）手部手部是工业机器人用来握持工件或工具的部位，直接与工件或工具接触。有些工业机器人直接将工具（如电焊枪、油漆喷枪、容器等）固定在手部，它就不再另外安装手部了。（2）腕部腕部是将手部和臂部连接在一起的部件。它的作用是调整手部的方位和姿态，并可扩大臂部的活动范围。（3）臂部臂部支承着腕部和手部，使手部活动的范围扩大。无论是手部、腕部或是臂部都有许多轴孔，孔内有轴、轴和孔之间形成一个关节，机器人有一个关节就有了一个自由度。,.,26,B、机械本体,（1）机械本体的作用机械本体用来支承手部、腕部和臂部，驱动装置及其他装置也固定在机械本体上。（2）行走机构对用可以行走的工业机器人，它的机械本体是可以移动的；否则，机械本体直接固定在基座上。行走机构用来移动工业机器人。有的行走机构是模仿人的双腿，有的只不过是轨道和车轮机构而已。（3）驱动系统驱动系统装在机械本体内，执行机构的作用是向执行元件提供动力。根据不同的动力源，驱动系统的传动方式也分为液压式、气动式、电动式和机械式四种。,.,27,C、控制系统,（1）控制系统的作用控制系统是工业机器人的指挥中心。他控制工业机器人按规定的程序动作。控制系统还可存储各种指令（如动作顺序、运动轨迹、运动速度以及动作的时间节奏等），同时还向各个执行元件发出指令。必要时，控制系统汉对自己的行为加以监视，一旦有越轨的行为，能自己排查出故障发生的原因并及时发出报警信号。（2）人工智能系统人工智能系统赋予工业机器人五种感觉功能，以实现机器人对工件的自动识别和适应性操作。具有自适应性的智能化的机械系统也是当前机电一体化技术的发展方向，模糊计算机的应用虽然处于这一步的初级阶段，但真正具有自适应性的智能化系统必将总这里突破。,.,28,五、工业机器人的主要种类,1、焊接机器人2、喷漆机器人3、装配机器人4、采矿机器人5、搬运机器人6、食品工业机器人,.,29,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。,.,30,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。,.,31,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，则由焊接电源，（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成。对于智能机器人还应有传感系统，如激光或摄像传感器及其控制装置等。图1a、b表示弧焊机器人和点焊机器人的基本组成。,.,32,组成图,.,33,焊接机器人举例,.,34,.,35,喷漆机器人概述,喷漆机器人能在恶劣环境下连续工作，并具有工作灵活、工作精度高等特点，因此喷漆机器人被广泛应用于汽车、大型结构件等喷漆生产线，以保证产品的加工质量、提高生产效率、减轻操作人员劳动强度。,.,36,特点,喷涂机器人在使用环境和动作要求上有如下的特点:工作环境包含易爆的喷涂剂蒸气;沿轨迹高速运动，途经各点均为作业点;多数和被喷涂件都搭载在传送带上，边移动边喷涂，所以它需要一些特殊性能。,.,37,分类,喷涂机器人通常有两类。液压喷涂机器人电动喷涂机器人,.,38,PR11型喷漆机器人,1、概况PR1型喷漆机器人是为适应生产自动化发展的需要，改善劳动条件，提高产品质量和劳动生产率，降低生产成本而研制的自动化喷漆装置，也是机电一体化的高技术产品。PR1型机器人为计算机闭环控制，电液伺服驱动，示教再现式，多关节型工业机器人。具有设计方案合理；机、电、液匹配协调；控制系统设计合理；元件国产化程度高等特点。达到国内自行设计同类产品的先进水平，其关键性能指标重复位置精度处国内领先地位。,.,39,操作机械手液压站微机控制柜。,主要机构,.,40,自由度数：5个额定负载：5kgf动作范围：16001300500mm平均速度：1m/s重复位置精度：0.93mm操作方式：示教再现，PTC/CP计算机内存：122Kb,主要技术指标如下：,.,41,喷漆机器人的图片,.,42,.,43,.,44,喷漆机器人生产线,机器人在喷涂、涂胶领域的应用,.,45,车灯涂胶机器人工作站,.,46,卫生陶瓷施釉机器人工作站,.,47,装配机器人,随着机器人智能程度的提高，使得它有可能对复杂产品如汽车发动机、电动机等进行自动装配，并可大大提高产品质量和生产效率。,.,48,精密装配机器人,（1）装配机器人（装配单元、装配线）,.,49,水平多关节型机器人是装配机器人的典型代表。它共有4个自由度:两个回转关节，上下移动以及手腕的转动。最近开始在一些机器人上配备各种可换手，以增加通用性。,手爪主要有电动手爪和气动手爪两种形式,气动手爪相对来说比较简单，价格便宜，因而在一些要求不太高的场合用得比较多。,电动手爪造价比较高，主要用在一些特殊场合,.,50,带有传感器的装配机器人可以更好地顺应对象物进行柔软的操作。装配机器人经常使用的传感器有视觉传感器、触觉传感器、接近觉传感器和力传感器等。视觉传感器主要用于零件或工件的位置补偿，零件的判别、确认等。触觉和接近觉传感器一般固定在指端，用来补偿零件或工件的位置误差，防止碰撞等。力传感器一般装在腕部，用来检测腕部受力情况，一般在精密装配或去飞边一类需要力控制的作业中使用。,.,51,装配机器人的周边设备机器人进行装配作业时，除机器人主机、手爪、传感器外，零件供给装置和工件搬运装置也至为重要。无论从投资额的角度还是从安装占地面积的角度，它们往往比机器人主机所占的比例大。周边设备常由可编程控制器控制，此外一般还要有台架、安全栏等。,.,52,零件供给器零件供给器的作用是保证机器人能逐个正确地抓取待装配零件，保证装配作业正常进行。给料器用振动或回转机构把零件排齐，并逐个送到指定位置。托盘大零件或易磕碰划伤的零件加工完毕后一般应码放在称为托盘的容器中运输，托盘装置能按一定精度要求把零件送到给定位置，然后再由机器人一个一个取出。,输送装置在机器人装配线上，输送装置承担把工件搬运到各作业地点的任务，输送装置中以传送带居多。输送装置的技术问题是停止精度、停止时的冲击和减速振。减震器可用来吸收冲击能。,.,53,其他用途的工业机器人,搬运机器人主要用于工厂中一些工序的上下料作业、拆垛和码垛作业等。这类机器人精度相对低一些，但负荷比较大，运动速度比较高。其机器人操作机多采用点焊或弧焊机器人结构，也有的采用框架式和直角坐标式结构形式。随着工厂自动化程度的不断提高和生产节拍的加快，搬运机器人使用得越来越多。,.,54,水切割机器人、激光加工机器人它通过高压水和激光这种新的工具，对工件实施切割、焊接或者是金属材料的表面特殊处理，可以实现金属及其他材料的特殊加工。高压水切割的特点是其切缝处光滑，无需进行二次处理，并且避免了其他热加工手段带来的工件变形。激光加工则是充分利用了激光的特性，实现对工件的精密切割、钻孔、焊接以及表面热处理这些作业往往是传统的加工手段无法完成的。,.,55,检查和测量机器人集三种功能于一体，包括机器人的运动控制、操作对象状态的感知以及对所采集到的信息进行分析和判断，最终给出检查和测量结果。检查和测量机器人主要用于工件的形状测量、装配检查以及产品缺陷检查等。,.,56,随着信息技术和微电子技术的发展，这些行业也迫切需要机器人进行作业。但这些行业的特点是超精密化和精细化，产品的质量与环境的好坏有直接关系，在这种环境下作业对机器人有特殊要求，因此产生了净化机器人。对于净化机器人，如何抑制尘埃粒子大小和数量是其关键问题。另外，现代制造业中，许多器件的制造需要在真空环境下进行，因此也出现了真空机器人。净化机器人和真空机器人除对环境有很高的要求之外，其速度和精度也有了很大提高。并且机器人的结构不同于一般工业机器人的结构，具有一定的特殊性。,.,57,机器人技术是一种综合性高技术，它涉及到多种相关技术及学科，如机构学、控制工程、计算机、人工智能、微电子学、传感技术、材料科学以及仿生学等科学技术。因此机器人技术的发展一方面带动了相关技术及学科的发展，另一方面也取决于这些相关技术和学科的发展进程。(1)机器人操作机,负载/自重比大、高速高精度的机器人操作机一直是机器人设计者追求的目标，通过有限元模拟分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。,六、工业机器人发展趋势,.,58,(3)控制系统控制系统的性能迸一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，以实现多机器人系统及周边设备的协调运动，并且实现了软件伺服和全数字控制。在该领域日本YASKAWA和德国KUKA公司处于领先地位。,(2)并联机器人采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量