机电一体化机器人技术

7章节名称章节名称教学目标7章工业机器人技术1理解工业机器人的不同分类方式的内容理解不同分类方式下分类定义的机器人的应用特点课程重点难点不同分类方式下分类定义的机器人的应用特点按受控运动方式分类的位控和连续轨迹机器人的应用意义及手段课堂理论课讲授多媒体教学课件播放关心教学概述一、机器人的由来机器人是众所周知的一种高技术产品，然而术名词，而且至今尚未形成统一的、严格而准确的定义20Robota〔捷克文，意为苦力、劳役〕的人形机器，可以听从仆人的命令任劳任怨地从事各种劳动。实际2060着机械工程、电气工程、掌握技术以及信息技术等相关科技的不断进展，到20世纪人不仅在工业，而且在农业、商业、医疗、旅游、空间、海洋以及国防等诸多领域获得越来越广泛的应用。经过几十年的进展，机器人技术已经形成了综合性的学科——机器人学〔Robotic系统、机械手设计，轨迹设计和规划，运动学和动力学分析，机器视觉、机器人传感器，机器人掌握系统以及机器智能等。尽管机器人已经得到越来越广泛应用，机器人技术的进展也日趋深入、完善，然而“机器人”尚没有一个统一的、严格而准确的定义。一方面，在技术进展过程中，不同的国家、不同的学者给出的定义不尽一样，虽然根本原则全都，但欧美国家的定义限定多一些，日本等给出的定义则较宽松。另一方面，随着时代的进步、技术的进展，机器人的内涵仍在不断进展变化。国际标准化组织〔ISO〕定义的机器人特征如下：〔肢体、感官等〕的功能；等；预。二、机器人的组成机器人是典型的机电一体化产品，一般由机械本体、掌握系统、传感器、和驱动器等四局部组成。机械本体是机器人实施作业的执行机构。为对本体进展准确掌握，通过掌握各关节运动坐标的驱动器，使各臂杆端点依据要求的轨迹、速度和加速度，以肯定的姿势到达空间指定的位置。驱动器将掌握系统输出的信号变换成大功率的信号，以驱动执行器工作。机械本体机械本体，是机器人赖以完成作业任务的执行机构，一般是一台机械手，也称操作器、或操作手，可以在确定的环境中执行掌握系统指定的操作。典型工业机器人的〔末端执行器、腕部、臂部、腰部和基座构成。机械手多承受关633〔姿势要换成焊枪、吸盘、扳手等作业工具。掌握系统掌握系统是机器人的指挥中枢，相当于人的大脑功能，负责对作业指令信息、内统之分；从掌握方式看有程序掌握系统、适应性掌握系统和智能掌握系统之分。驱动器驱动器是机器人的动力系统，相当于人的心血管系统，一般由驱动装置和传动机动等几种类型。传感器传感器是机器人的感测系统，相当于人的感觉器官，是机器人系统的重要组成局部，包括内部传感器和外部传感器两大类。内部传感器主要用来检测机器人本身的状态，为机器人的运动掌握供给必要的本体状态信息，如位置传感器、速度传感器等。外部传感器则用来感知机器人所处的工作环境或工作状况信息，又可分成环境传感器后者安装在末端执行器上，检测处理精巧作业的感觉信息。常见的外部传感器有力觉传感器、触觉传感器、接近觉传感器、视觉传感器等。机器人的分类及应用1.操纵机器人远距离操纵，掌握机械手完成动作，主用于有害环境的无人操作式工作2.程序机器人〔冲压上下料〕3.示教再现机器人两个工作阶段：①示教存储阶段2淮南联合大学教师授课教案②再现工作阶段两种示教方式：①人工移动完成工作过程，在重要的节点处按钮记忆4.计算机掌握工业机器人5.智能机器人效率完成工作按坐标分类直角坐标型〔末端可附加旋转〕作敏捷性差，作为专用和简易机器人使用直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴〔7－1，设备的空间因数较低，实现一样的动作空间要求时，机体本身的体积较大。主要用于印刷电路基板的元件插入、紧固螺丝等作业。圆柱坐标型角坐标型简单，远端的区分率下降〔见图7－，具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间呈圆柱形。这种机器人构造空间利用率较低。主要用于重物的装卸、搬运等作业。著名的Versatran机器人就是一种典型的柱面坐标机器人。3球坐标型和平移3个自由度确定，动作空间形成球面的一局部。其机械手能够作前后伸缩移动、在垂直平面上摇摆以及绕底座在水平面上转动。著名的Unimate就是这种类型的机器人。其特点是构造紧凑，所占空间体积小于直角坐标和柱面坐标机器人，但仍大于多关节型机器人。图7－3 球面坐标机器人球面坐标机器人4〕多关节型机器人。由多个旋转和摇摆机构组合而成。这类机器人构造紧凑，由多个旋转和摇摆机构焊接等多种作业都有良好的适应性，应用范围越来越广。不少著名的机器人都承受了这种型式，其摇摆方向主要有铅垂方向和水平方向两种，因此这类机器人又可分为垂直多关节机器人和水平多关节机器人。如美国Unimation公司20世纪70年月末推出PUMA〔7－4〕就是一种垂直多关节机器人，而日本山梨大学研制的机SCARA〔7－5〕则是一种典型的水平多关节机器人。垂直多关节机器人模拟了人类的手臂功能，由垂直于地面的腰部旋转轴〔相当于〕带动小臂旋转的肘部旋转轴以及小臂前端的手腕等构成。手2～3个自由度构成。是可以自由地实现三维空间的完成装配作业货物搬运电弧 图7－4 垂直多关节机器人4教案水平多关节机器人在构造上具有串联配置的二个能够在水平依据用途选择2～4个，动作空人的优点是在垂直方向上的刚应用。全关节型

淮南联合大学教师授课图7－5 水平多关节机器人工作空间大，末端速度高，数学模型简单，掌握难度大，进展快应用广，焊接，喷漆，装配，上下料等场合广泛应用按受控运动方式分类位掌握型PTP型掌握末端工作部件作准确的点位掌握两种不同的工作方式①各坐标及各个关节依次运动，到达终点有先后②各个坐标及各个关节同时趋近终点，速度最快连续轨迹掌握型CP型至终点各个运动轴和运动关节需要实时获得角位移和角速度信号适用于连续轨迹弧焊机，喷漆，航天修理等应用第一代机器人是“示教再现”型。这类机器人能够依据人类预先示教的轨迹、行为、挨次和速度重复作业。示教可以由操作员“手把手”地进展，比方，操作人员抓住机器人上的喷枪，沿喷漆路线示范一遍，机器人记住了这一连串运动，工作时，自动重复这些运遍的方式是通过掌握面板示教。操作人员利用掌握面板上的开关或键盘来掌握机器人一步一步地运动，机器人自动记录下每一步，然后重复。目前在工业现场应用的机器人大多属于第一代。其次代机器人51211具有环境感知装置，能在肯定程度上适应环境的变化。以焊接机器人为例，机器应用在机器人上。第三代机器人标，这类机器人具有多种传感器，不仅可以感知自身的状态，比方所处的位置、自身的故障状况等等；而且能够感知外部环境的状态，比方自动觉察路况、测出协作机器的相对位置、相互作用的力等等。更为重要的是，能够依据获得的信息，进展规律推理、推断决策，在变化的内部状态与变化的外部环境中，自主打算自身的行为。这类机器人具有高度的适应性和自治力量。尽管经过多年来的不懈争论，人们研制了很多各具特点的试验装置，提出大量思想、方法，但现有机器人的自适应技术还是格外有限的。机器人首先在制造业大规模应用，所以，机器人曾被简洁地分为两类，即用于汽地应用于农业、建筑、医疗、效劳、消遣，以及空间和水下探究等多种领域。工业机器人工业机器依据具体应用的不同，通常又可以分成焊接机器人、装配机器人、喷漆机器人、码垛机器人、搬运机器人等多种类型。焊接机器人，包括点焊〔电阻焊〕和电弧焊机器人，用途是实现自动的焊接作业。装配机器人，比较多地用于电子部件电器的装配。喷漆机器人，代替人进展喷漆作业。码垛、上下料、搬运机器人的功能则转变喷漆位置，变更装配部件或位置等等。随着对工业生产线柔性的要求越来越高，对各种机器人的需求也就越来越猛烈。农业机器人随着机器人技术的进步，以定型物、无机物为作业对象的工业机器人正在向更高层次的以动、植物之类简单作业对象为目标的农业机器人进展，农业机器人或机器人化的农业机械的应用范围正在逐步扩大。农业机器人的应用不仅能够大大减轻以致代替的人们的生产劳动、解决劳动力缺乏的问题，而且可以提高劳动生产率，改善农业的生产环境，防止农药、化肥等对人体的损害，提高作业质量。但由于农业机器人所其争论开发的难度更大。农业机器人的争论开发目前主要集中耕种、施肥、喷药、蔬菜嫁接、苗木株苗移栽、收获、浇灌、养殖和各种关心操作等方面。日本是机器人普及最广泛的国家，目前已经有数千台机器人应用于农业领域。淮南联合大学教师授课教案探究机器人机器人除了在工农业上广泛应用之外，还越来越多地用于极限探究，即在恶劣或不适于人类工作的环境中执行任务。例如，在水下〔海洋、太空以及在放射性(有毒然而，由于危急很大、费用极高，所以水下机器人就成了代替人在这一危急的环境中工作的最正确工具。空间机器人是指在大气层内和大气层外从事各种作业的机器人，包括在内层空间飞行并进展观测、可完成多种作业的飞行机器人，到外层空间其他星球上进展探测作业的星球探测机器人和在各种航天器里使用的机器人。效劳机器人机器人技术不仅在工农业生产、科学探究中得到了广泛应用，也渐渐渗透到人们备运行进展维护的一类机器人。机器人技术的进展602080年月，机器人产业才得到了巨大的进展，成为机器人进展的一个里程碑，这一时代被称并形成产业化规模，有利地推动了制造业的进展。为进一步提高产品质量和市场竞争力量，装配机器人及柔性装配线又相继开发成功。2090年月以来，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等快速进展，工业机器人技术也得到了飞速进展。现在工业机器人已进展成为一个浩大的家族，并与数控NC、可编程、掌握器PL〕广泛应用于制造业的各个领域之中。工业机器人技术从机械本体、掌握系统、传感系通行统，到牢靠性、网络通信功能的拓展等方面都取得了突破性的进展。机械本体方面，通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已KUKA形构造改为开链构造，拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提RV减速器及沟通伺服电机，使机器人操作机几6轴机2127轴，并且实现了软件伺服和全数字掌握。传感系统方面，激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中已得到成功应用，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及周密装配作业等，大大提和瑞典ABB、德国KUKA、REIS等公司皆推出了此类产品。网络通信功能的拓展，Profibus总线及一些网络的联接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备进展。另外，由于微电子技术的快速进展和大规模集成电路的应用，使机器人系统的牢靠性有了很大提高。除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的机器人系统也有了长足荷兰开发的挤奶机器人等。机器人技术用于海洋开发，特别是深海资源的开发，始终是的很多国家乐观关注2070年月开头先后研制了MT-88等水下机器人已用于海洋石油开采、海底勘查、救捞作业、管道敷设90CR-01”水下机器人在太平洋深海试验成功，海深达6000m以上，使我国在深海探测和探究方面跃居世界先进水平。近年来随着各种智能能机器人的争论与进展，能在宇宙空间作业的所谓空间机器人就成为的争论领域，并已成为空间开发的重要组成局部。美、俄、加拿大等国已研制出各种空间机器人，如美国NASASojanor等。Sojanor是一辆自主6个车轮，它在火星上的成功应用，引起了全球的广泛关注。效劳机器人是近年来进展很快的一个领域，已成功地应用于医疗、家用、消遣等人类生活的方方面面。作为效劳机器人的一个重要分支，医用机器人的主要运用在护完成了一例心脏瓣膜修复手术，包括对病人心脏瓣膜的修整和再造。这次手术中使用首例闭胸冠状动脉搭桥手术。机器人技术与外科技术的结合，为病人带来福音。成为人类良好的助手和亲切的伙伴。本章的主要内容和学习意义介绍机器人的机械构造、运动学、动力学分析、掌握系统以及典型应用等内容。作业：简述机器人按坐标分类的类型及各类型特点简述机器人按受控运动方式分类的类型及各类型特点教案

淮南联合大学教师授课第7章工业机器人技术第2节 人专用术语及相关概念1．理解机器人的定义及主要含义理解相关机器人的一些相关概念理解速度和循环时间的冲突和选用原则理解定位精度和重复定位精度的概念和相互关系课程重点难点 1.机器人的速度和循环时间的冲突和选用原则2.机器人定位精度和重复定位精度的概念和相互关系教学方法 1．课堂理论课讲授及手段 2．多媒体教学课件播放关心教学教学过程准时间安排：机器人的有关术语及相关概念机器人定义英]牛津字典定义：貌似人的自动机器，具有智力的和服从于人的但不具人格的机器[美]国家标准局定义：械装置[日]工业机器人协会定义：〔手和臂〕类似的多功能机器4.蒋松院士定义：机器人是一种拟人功能的机械电子装置1.机器人本体相关术语机座：固定机器人的根底构件，和机器人腰部相连腰部：连接大臂和机座，一般可平转360度大臂和小臂：完成垂直平面内的位置定位腕部：完成俯仰，横滚，侧摆姿势运动夹持器：用于抓取和释放物体机器人的自由度刚体在空间有六个自由度，受到某种约束时自由度会削减运动副中的移动和转动是低副〔一个自由度低副组成，关节越多，自由度越多有几个自由度，即为几个自由度的机器人3.机器人的位姿不同的关节的原点在确定坐标系中的坐标值成为其位姿机器人的承载力量不同类型不同，抓取物体的力量可达5Kg—5000Kg取决于构件构造和驱动力量及运动速度载力量定位精度和重复精度位置之间的最大误差其终端位置坐标值的离散误差值影响定位精度，但每次的位置误差不大，即重复定位精度未受影响作业：简述机械机构的自由度和机器人的自由度的概念简述从不同角度的机器人定义章节名称章节名称教学目标7章工业机器人技术3了解机器人的主要机械构造理解机器人底座，手臂，手腕和末端夹持器的根本构造了解机器人手腕柔顺性的概念和意义课程重点难点机器人底座，手臂，手腕和末端夹持器的根本构造机器人手腕柔顺性的概念和应用意义及手段课堂理论课讲授多媒体教学课件播放关心教学机器人的底座智能型,可移动型底座机器人手臂⑵3②手臂的升降或俯仰③手臂的回转(实现机构:齿轮机构,链轮转动机构,连杆机构等)机器人的手腕淮南联合大学教师授课教案⑴作用：调整或转变工件的方位⑵具有33⑷回转关节的组合运动形式手腕的柔顺性⑵柔顺性装配的2种形式：2〕装有硬件机械环节的被动性柔顺装配〔CQX：球面连接等〕机器人末端夹持器①夹钳式取料手②吸附式取料手③专用操作器式作业：简述机器人的主要组成机械构造课后教学小结：讲清机器人的主要的机械构造局部的根本组成讲清机器人底座，手臂，手腕和末端夹持器的根本功能概述机器人手腕柔顺性的概念和意义章节名称教学目标章节名称教学目标74课程重点难点理解机器人掌握系统的任务理解机器人示教再现掌握系统的概况理解机器人计算机掌握系统的根本组成系统的特点理解计算机集中掌握方式和分散掌握方式的特点计算机掌握系统的治理型、记忆型、计算型三类系统的特点计算机机器人集中掌握方式和分散掌握方式的特点教学方法1．课堂理论课讲授及手段及手段2．多媒体教学课件播放关心教学教学过程准时间安排：机器人掌握的功能、组成和分类对机器人掌握系统的一般要求的工作任务，其根本功能如下：关的信息。教两种。·与外围设备联系功能：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。·坐标设置功能：有关节、确定、工具、用户自定义四种坐标系。·人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。·传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。·位置伺服功能：机器人多轴联动、运动掌握、速度和加速度掌握、动态补偿等。故障诊断安全保护功能障自诊断。机器人掌握系统的组成掌握计算机 掌握系统的调度指挥机构。一般为微机、微处理器有32位、64位等，如奔腾系列CPU以及其他类型CPU。示教盒 人的工作轨迹和参数设定，以及全部人机交互操作，拥有自己独立的CPU以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。操作面板 由各种操作按键、状态指示灯构成，只完成根本功能操作。硬盘和软盘存储存 储机器人工作程序的外围存储器。数字和模拟量输入输出 各种状态和掌握命令的输入或输出。打印机接口 记录需要输出的各种信息。传感器接口 息的自动检测实现机器人柔顺掌握一般为力觉、触觉和视觉传感器。轴掌握器 完成机器人各关节位置、速度和加速度掌握。关心设备掌握 用于和机器人协作的关心设备掌握，如手爪变位器等。通信接口 人和其他设备的信息交换，一般有串行接口、并行接口等。网络接口EthernetPCPCwindows95windowsNTTCP/IPEthernet机器人掌握器中。net、ABRemote淮南联合大学教师授课教案、Interbus-s、profibus-DP、M-NET机器人掌握系统分类程序掌握系统要求的空间轨迹。自适应掌握系统的积存而自行改善掌握品质，其过程是基于操作机的状态和伺服误差的观察再调整非线性模型的参数始终到误差消逝为止这种系统的构造和参 能随时间和条件自动转变。四周状态信息，实时确定掌握作用。运动方式：·点位式。要求机器人准确掌握末端执行器的位姿，而与路径无关；·轨迹式。要求机器人按示教的轨迹和速度运动。掌握总线：·国际标准总线掌握系统。承受国际标准总线作为掌握系统的掌握总线，如 VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。编程方式：只能用于简洁的捡起和放置作业。〔即手把手示教〕模拟示教和示教盒示教。程序，通过使用高级机器人，编程语言，远程式离线生成机器人作业轨迹。机器人掌握系统构造机器人掌握系统按其掌握方式可分为三类。·集中掌握方式：2所示·主从掌握方式：CPUCPU3所示。主从掌握方式系统实时性较好，适于高精度、高速度掌握，但其系统扩展性较差，修理困难。·分散掌握方式：按系统的性质和方式将系统掌握分成几个模块，每一个模块各有不同的掌握任4所示。作业：简述计算机掌握系统的治理型、记忆型、计算型三类系统的特点课后教学小结：讲清机器人计算机掌握系统的根本组成，建立掌握系统总体轮廓概念讲清楚机器人计算机掌握系统的治理型、记忆型、计算型三类系统的特点概述计算机集中掌握方式和分散掌握方式的特点章节名称章节名称7章工业机器人技术工业机器人的操作0.5教学目标了解教材所介绍的ABB型工业机器人操作过程理解开启电源前应当进展的预备工作和留意事项理解操作面板的正确使用操作理解示教合的功能和正确使用理解手动模式下的电机启动和文本输入课程重点难点示教合的功能和正确使用手动模式下的电机启动和文本输入及手段课堂理论课讲授多媒体教学课件播放关心教学教学过程准时间安排：开启电源开启电源前的四周环境和工作环境的预备工作启动后的断点恢复的概念和意义故障信息的概念淮南联合大学教师授课教案操作面板的使用电机工作按钮及指示灯急停按钮的设置意义操作模式旋钮〔生产模式，必需确保工作空间是安全的〕〔编程模式，按定运行键可运行，释放运行键即停〕(3)全速手动模式〔测试模式〕主要的操作键如下;手动杆按键(确定使用手动杆操作方向和速度以手动杆确定)编程键进入变成状态输入输出键多功能键程序停顿键比照度菜单键功能键运动单元键运动类型键12.增量键翻页键删除键回车键上下箭头左右箭头用户自定义键手动模式下的电机启动和文本输入字符可通过数字键和功能键协作输入作业：简述自动模式〔生产模式〕下启动机器人必需确保工作空间是安全的含义课后教学小结：概要表达讲