工业机器人技术及应用 课件 项目1 工业机器人认知

项目1工业机器人认知《工业机器人技术及应用》1.1工业机器人的定义工业机器人认知di1.1工业机器人的定义知识目标：掌握工业机器人的概念和定义。能力目标：能准确说出工业机器人的定义。素养目标：培养勇于探索、敢于创新的素质。重点：工业机器人的概念。难点：工业机器人的定义。项目目标1.1工业机器人的定义机器人一词的出现：1920年、捷克作家、

KarelCapek、《Rossum’sUniversalRobots》，“Robota”（奴隶）写成了“Robot”。

小说在1924年和1927年的时候被纷纷传到了日本、法国和欧洲国家，机器人这个名词就向全世界铺展开来。

故事情节：带感情的机器人消灭了人类，一对男女机器人相爱，世界又起死回生。的的1.1工业机器人的定义工业机器人服务机器人

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和非制造环境下的服务与仿人型机器人。而中国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和服务机器人。

1.1工业机器人的定义

在工业领域内应用的机器人我们称为工业机器人。

通常对工业机器人的定义是：工业机器人是一种能模拟人的手、臂的部分动作,按照预定的程序、轨迹及其它要求,实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置。1.1工业机器人的定义工业机器人以刚性高的机械手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬更重的东西，而且定位精度相当高。它可以很据外部来的信号，自动进行各种操作。工业机器人是应用计算机进行控制的替代人进行工作的高度自动化系统，是典型的机电一体化的产品。工业机器人在实现智能化、多功能化、柔性自动化生产、提高产品质量、代替人在恶劣环境条件下工作中发挥重大作用。授课人：郝建豹项目1工业机器人认知——任务1.1工业机器人的定义谢谢大家观看《工业机器人技术及应用》项目1工业机器人认知《工业机器人技术及应用》1.2工业机器人的组成工业机器人认知1.2工业机器人的组成知识目标：掌握工业机器人的组成原理。能力目标：能独立分析常见的工业机器人系统各组成部分。素养目标：培养精益求精、团队合作的素质。重点：工业机器人的组成原理。难点：工业机器人的控制系统部分。项目目标1.2工业机器人的组成机器人本体部分执行机构驱动电机传动机构齿轮传动同步带传动控制装置1.2工业机器人的组成机器人的组成机器人的组成部分机械部分传感部分控制部分机器人的组成系统驱动系统机械结构系统人机交互系统感受系统机器人－环境交互系统控制系统1.2工业机器人的组成人机交互系统控制系统驱动系统机械机构系统机器人－环境交互系统感受系统控制部分机械部分传感部分1.2工业机器人的组成驱动系统机器人系统组成分析机械结构系统控制系统人机交互系统机器人－环境交互系统感受系统1.2工业机器人的组成概念：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1、驱动系统作用：提供机器人各部位、各关节动作的原动力

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。1.2工业机器人的组成1.2工业机器人的组成驱动系统机器人系统组成分析机械结构系统控制系统人机交互系统机器人－环境交互系统感受系统1.2工业机器人的组成2、机械结构系统机身部分机身部分：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。手臂部分手臂部分：分为大臂、小臂和手腕，完成各种动作。末端操作器末端操作器：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。关节关节：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。1.2工业机器人的组成驱动系统机器人系统组成分析机械结构系统控制系统人机交互系统机器人－环境交互系统感受系统1.2工业机器人的组成3、感受系统1感受系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成,用以获取内部和外部环境状态中有意义的信息。2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。3对于一些特殊的信息,传感器比人类的感受系统更有效。1.2工业机器人的组成驱动系统机器人系统组成分析机械结构系统控制系统人机交互系统机器人－环境交互系统感受系统1.2工业机器人的组成1、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。2、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。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。4、机器人－环境交互系统1.2工业机器人的组成驱动系统机器人系统组成分析机械结构系统控制系统人机交互系统机器人－环境交互系统感受系统1.2工业机器人的组成5、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。

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。1.2工业机器人的组成驱动系统机器人系统组成分析机械结构系统控制系统人机交互系统机器人－环境交互系统感受系统1.2工业机器人的组成6、控制系统

是根据程序和反馈信息控制机器人动作的中心。分为开环系统和闭环系统。授课人：郝建豹项目1工业机器人认知——任务1.2工业机器人的组成谢谢大家观看《工业机器人技术及应用》项目1工业机器人认知《工业机器人技术及应用》1.3工业机器人的技术参数工业机器人认知1.3工业机器人的技术参数知识目标：掌握工业机器人的技术参数。能力目标：能根据工业机器人的技术参数进行机器人选型。素养目标：培养精益求精、刻苦钻研的素质。重点：工业机器人的自由度。难点：工业机器人的重复精度。项目目标1.3工业机器人的技术参数自由度（Degreeoffreedom）：或者称坐标轴数，是指描述物体运动所需要的独立坐标数。手指的开、合，以及手指关节的自由度一般不包括在内。

冗余自由度机器人利用冗余自由度可以增加机器人的灵活性、躲避障碍物和改善动力性能。人的手臂(大臂、小臂、手腕)共有七个自由度,所以工作起来很灵巧,手部可回避障碍而从不同方向到达同一个目的点。

1.3工业机器人的技术参数2．工作精度包括定位精度和重复定位精度。定位精度（Positioningaccuracy）：指机器人末端参考点实际到达的位置与所需要到达的理想位置之间的差距。重复性（Repeatability）或重复精度：指机器人重复到达某一目标位置的差异程度。或在相同的位置指令下，机器人连续重复若干次其位置的分散情况。它是衡量一列误差值的密集程度，即重复度。oo1.3工业机器人的技术参数3．工作范围:指机器人末端操作器所能到达的区域。工作空间（Workingspace）：机器人手腕参考点或末端操作器安装点（不包括末端操作器）所能到达的所有空间区域，一般不包括末端操作器本身所能到达的区域。1.3工业机器人的技术参数4．工作速度：

指机器人各个方向的移动速度或转动速度。这些速度可以相同，可以不同。1.3工业机器人的技术参数5．承载能力：

指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。1.3工业机器人的技术参数以IRB120为例授课人：郝建豹项目1工业机器人认知——任务1.3工业机器人的技术参数谢谢大家观看《工业机器人技术及应用》项目1工业机器人认知《工业机器人技术及应用》1.4工业机器人分类工业机器人认知1.4工业机器人的分类知识目标：掌握工业机器人的分类方法。能力目标：能用不同的方法对机器人进行分类。素养目标：培养具有理性思维、独立思考的素质。重点：用根据坐标对工业机器人进行分类。难点：用根据关节对工业机器人进行分类。项目目标1.4工业机器人的分类工业机器人服务机器人1）按应用领域来分1.4工业机器人的分类直角坐标型机器人关节型机器人移动机器人悬臂机器人龙门机器人洁净机器人串联型6轴串联型4轴SCARA型并联型搬运型装配型特种真空机械手大气机械手洁净搬运机械手2）按其他类型来分1.4工业机器人的分类直角坐标型机器人用于上下料的桁架机器人多自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角。按自由度分：两坐标机器人、三坐标机器人、四坐标机器人、五坐标机器人和六坐标机器人。主要应用：搬运、上下料、包装、码垛等。1.4工业机器人的分类关节型机器人6自由度串联型机器人4自由度串联型机器人并联型机器人SCARA型机器人关节型机器人的机械本体是一个由旋转和移动关节连接起来的开链式连杆系统，每个独立驱动的关节决定这机器人的一个自由度。1.4工业机器人的分类移动机器人输送型AGV装配型AGV背叉式运输型LGV智能巡检机器人工业移动机器人主要指AGV（AutomatedGuidedVehicle，自动导引车），是装备有电磁或光学导航，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护和各种移栽功能的运输车。1.4工业机器人的分类洁净机器人真空机械手垂直多关节洁净搬运机器人水平多关节洁净搬运机器人大气机械手洁净机器人是一种在洁净环境中使用的工业机器人，广泛应用于半导体、电子、平板显示、太阳能等行业。授课人：郝建豹项目1工业机器人认知——任务1.4工业机器人的分类谢谢大家观看《工业机器人技术及应用》项目1工业机器人认知《工业机器人技术及应用》1.5工业机器人的坐标工业机器人认知di1.5工业机器人的坐标知识目标：掌握工业机器人的各种坐标的典型形式。能力目标：能合理根据具体应用选择工业机器人的坐标形式。素养目标：培养统筹全局、立场坚定的素质。重点：工业机器人的关节坐标。难点：工业机器人的平面关节型坐标。项目目标1.5工业机器人的坐标1.直角坐标／笛卡儿坐标／台架型(3P)优点：很容易通过计算机控制实现，容易达到高精度。缺点：妨碍工作,且占地面积大,运动速度低,密封性不好。直角坐标机器人的工作空间示意图

直角坐标机器人的工作空间是一个矩形空间。结构：具有三个独立的自由度。1.5工业机器人的坐标主要用途：生产设备的上下料及高精度的装配和检测。占工业机器人总数的14％左右。1.5工业机器人的坐标易于实现高定位精度；当具有相同的工作空间时，本体所占空间体积较大这也是大多数数控设备采用这种结构形式的原因1.5工业机器人的坐标2.圆柱坐标型(R2P)

优点：且计算简单;直线部分可采用液压驱动,可输出较大的动力;能够伸入型腔式机器内部。

缺点：它的手臂可以到达的空间受到限制,不能到达近立柱或近地面的空间;直线驱动部分难以密封、防尘;后臂工作时,手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。圆柱坐标机器人的工作空间是一圆柱。1.5工业机器人的坐标1.5工业机器人的坐标3.球坐标型(2RP)

特点：中心支架附近的工作范围大,两个转动驱动装置容易密封,覆盖工作空间较大。但该坐标复杂,难于控制,且直线驱动装置仍存在密封及工作死区的问题。球坐标机器人的工作空间是一个球体。1.5工业机器人的坐标实物图：原理图：1.5工业机器人的坐标1.5工业机器人的坐标关节坐标机器人主要由立柱、大臂和小臂组成，立柱绕Z轴做旋转运动，形成腰关节，立柱和大臂形成肩关节，大臂和小臂形成肘关节，大臂和小臂做俯仰运动。特点：工作范围大，动作灵活，避障性好，但位置精度较低，有平衡问题，控制耦合较复杂4.关节坐标型/拟人型(3R)关节机器人的关节全都是旋转的,类似于人的手臂,工业机器人中最常见的结构。它的工作范围较为复杂。1.5工业机器人的坐标1.5工业机器人的坐标5.平面关节型SCARA机器人常用于装配作业,最显著的特点是它们在x-y平面上的运动具有较大的柔性,而沿z轴具有很强的刚性,所以,它具有选择性的柔性。这种机器人在装配作业中获得了较好的应用。平面关节机器人的工作空间

1.5工业机器人的坐标1.5工业机器人的坐标结构形式直角坐标式—雕刻、搬运、装配关节坐标式—喷涂、焊接平面关节式—搬运、装配圆柱坐标式—专用搬运球坐标式—专用

不常用授课人：郝建豹项目1工业机器人认知——任务1.5工业机器人的坐标谢谢大家观看《工业机器人技术及应用》项目1工业机器人认知《工业机器人技术及应用》1.6工业机器人的特点工业机器人认知1.6工业机器人的特点知识目标：掌握工业机器人的特点。能力目标：能根据工业机器人的特点进行选型。素养目标：培养因地制宜、敢于创新的素质。重点：工业机器人的可编程性。难点：工业机器人的拟人化。项目目标1.6工业机器人的特点(1)可编程

生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。1.6工业机器人的特点(2)拟人化

工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有控制器。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。1.6工业机器人的特点(3)通用性

除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。1.6工业机器人的特点

工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。1.6工业机器人的特点

当今工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。授课人：郝建豹项目1工业机器人认知——任务1.6工业机器人的特点谢谢大家观看《工业机器人技术及应用》项目1工业机器人认知《工业机器人技术及应用》1.7工业机器人的应用工业机器人认知1.7工业机器人的应用知识目标：掌握工业机器人的典型应用。能力目标：能根据工业机器人的具体应用进行机器人设计。素养目标：培养解放思想、实事求是的素质。重点：工业机器人的重点行业应用。难点：工业机器人的特定行业应用。项目目标1.7工业机器人的应用理由之三：机器人做人做不了的事情。比如人们对太空的认识，对原子分子进行搬迁的机器人为什么要应用工业机器人?理由之二：机器人做人不愿意做或做不好的事。比如有毒的、高温的或危险的环境，汽车生产线上的焊接工作机器人汽车焊接生产线理由之一：提高生产效率降低人的劳动强度。比如焊机器人提高生产效率，提高汽车焊接的质量，降低工人的劳动强度

汽车装配机器人1.7工业机器人的应用序号应用行业1点焊汽车、工程机械、铁路机车2弧焊汽车、工程机械、铁路机车3激光焊接电子元件、医疗器械、食品包装4分拣电子商务、工厂、物流、食品加工5搬运、码垛畜牧行业、工厂、物流6装配金属冶金、汽车制造、食品加工、电子7机床上下料机械加工8打磨五金行业、IT行业、汽车零部件、工业零件、医疗9喷涂汽车、航空航天10测量桥梁隧道建设、汽车工业机器人应用1.7工业机器人的应用点焊点焊机器人是由机器人本体、计算机控制系统、示教盒和点焊焊接系统组成，具有六个自由度：腰转、大臂转、小臂转、腕转、腕摆及腕捻，有两种驱动方式：液压和电气驱动。点焊机器人按照示教程序规定的动作、顺序和参数进行点焊作业，其过程是完全自动化的。1.7工业机器人的应用弧焊弧焊机器人由示教盒、控制盘、机器人本体及自动送丝装置、焊接电源等部分组成，可在计算机的控制下实现连续轨迹控制和点位控制。弧焊机器人主要有熔化极焊接作业和非熔化极焊接作业两种类型，具有可长期进行焊接作业、保证焊接作业的高生产率、高质量和高稳定性等特点。1.7工业机器人的应用激光焊接激光焊接机器人由机器人本体、工作台、吸尘器、激光光源和冷水机组成。对于激光光源而言，脉冲激光器，二极管激光器，光纤激光器和碟片激光器都可以与机器人系统相连。广泛应用于电子元件、医疗器械和食品包装等行业。1.7工业机器人的应用搬运、码垛胶块机器人装箱系统纸箱机器人码垛系统码垛搬运机器人是指机器人自动执行应用程序，把产品装卸箱或其它物品，从生产线搬运下来，堆码在推盘上。一个码垛机器人能够处理重型有效载荷、实现较大的垂直和水平的距离。1.7工业机器人的应用装配装配机器人是柔性自动化装配系统的核心设备，由机器人、控制器、末端执行器和传感系统组成。传感系统用来获取装配机器人与环境和装配对象之间相互作用的信息。1.7工业机器人的应用机床上下料在立加加工轮毂等大型零件时，负载可达几十公斤重，其外形也大多是盘类件。这类加工件数量大，机床几乎要24小时运行。要根据加工零件的形状及加工工艺的不同，来采用不同的手爪抓取系统。1.7工业机器人的应用打磨

打磨机器人主要由工业机器人本体和打磨机具、抓手等外围设备组成。机器人打磨主要有两种方式：一种是通过机器人末端执行器夹持打磨工具，主动接触工件，工件相对固定不动。这种打磨机器人可称为工具主动型打磨机器人；另一种是机器人末端执行器夹持工件，通过工件贴近接触去毛刺机具设备，机具设备相对固定不动，这种打磨机器人也称为工件主动打磨机器人。1.7工业机器人的应用喷涂喷涂机器人多采用5或6自由度关节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，其腕部一般有2～3个自由度，可灵活运动。