《KEBA机器人控制系统基础操作与编程应用》 教案1.2 工业机器人系统组成

KEBA机器人控制系统基础操作与编程应用教案课程KEBA机器人控制系统基础操作与编程应用课题工业机器人系统组成教学目的及要求：了解工业机器人系统的组成各部分。熟悉控制系统、驱动系统、机械系统、感知系统的功能作用。了解伺服驱动器的控制方式。了解驱动系统的3种动力装置和传动机构。熟悉工业机器人的机械系统。教学重点：工业机器人的驱动系统。工业机器人的机械系统。教学难点：工业机器人的驱动系统。实验仪器及教具：无教学过程备注一、教学导入（约5分钟）本节课的课程安排；本节课的课堂练习；本节课的重难点内容；二、主要内容（约35分钟）、工业机器人的系统组成（约35分钟）1、控制系统（1）控制器（2）伺服驱动2、驱动系统（1）伺服电机（2）减速器3、机械系统（1）机器人本体（2）机器人末端执行器4、感知系统（1）内部传感器（2）外部传感器三、本节小结四、布置作业及其它课后作业：无续页一、控制系统机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功用和功能的主要要素。控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构收回指令信号，并进行控制。工业机器人控制技术的主要任务便是控制工业机器人在工作空间中的活动范围、姿势和轨迹、动作的时间等。1、控制器机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于对操作机的控制，以完成特定的工作任务，其基本功能如下:1)记忆功能:指存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。2)示教功能:指离线编程、在线示教和间接示教。在线示教包括示教器和导引示教两种。3)与外围设备联系功能。此功能需要的接口有输人和输出接口、通信接口、网络接口和同步接口。4)坐标设置功能:有关节坐标系、绝对坐标系、工具坐标系、用户自定义坐标系四种。5)人机接口:有示教器接口，操作面板接口及显示屏接口。6)传感器接口:有多种传感器(如位置传感器，视觉传感器、触觉传感器、力觉传感器)接口。7)位置何服功能:包括机器人多轴联动，运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。2、示教器示教器是指进行机器人的手动操纵、程序编写、参数配置以及监控用的手持装置，是常用于机器人的控制。3、伺服驱动器伺服驱动器（ServoDrives）又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机（有的资料也把电机称为马达）进行控制，实现高精度的传动系统定位。二、驱动系统（一）动力装置工业机器人动力装置，按照动力源不同，可以分为液压动力系统、气动动力系统和电动动力系统三大类。1、液压动力系统是利用存储在也体内的势能驱动工业机器人运动的系统，主要包括直线位移或旋转式活塞、液压伺服系统。液压伺服系统是利用伺服阀改变液流截面，与控制信号成比例地调节流速的一种方式。液压驱动的特点是动力大，力或力矩惯量比大，响应快速，易于实现直接驱动等，故适于在承载能力大、惯量大、防爆环境条件下使用。但由于要进行电能转换为液压能的能量转换，速度控制多采用节流调速，效率比电动驱动要低，液压系统液体泄漏会对环境造成污染，工作噪声较高，一般中低负载的机器人动力驱动系统多采用电动系统。2、气动动力系统是利用气动压力驱动工业机器人运动的系统，一般由活塞和控制阀组成。其特点是速度快，系统结构简单，维修方便，价格低廉，适于中小负荷机器人使用。但实现伺服控制困难，多用于程序控制的机器人中，如上下料、冲压等。3、电动动力系统有步进电动机驱动、直流伺服电动机驱动和交流伺服电动机驱动等方式。近十年来，低惯量、大转矩交直流伺服电动机及其配套的伺服驱动器广泛用于各类机器人中。其特点是:不需能量转换，使用方便，噪声较低，控制灵活。大多数电动机后面需装精密的传动机构，直流有刷电动机不能用于要求防爆的环境中。近几年又开发了直接驱动电动机，使机器人能快速、高精度定位，已广泛用于装配机器人中。电动动力系统是目前主流的动力装置。伺服电机（ServoMotor）也称为执行电机，是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。在自动控制系统中，伺服电机是执行元件，其作用是把接收到的电信号转换成为电机转轴上的角位移或角速度输出。它的动作完全服从于控制信号：当控制信号到来之前，其转子静止不动；当控制信号到来时，其转子立即转动起来；当控制信号消失时，其转子立即自动停转。正是由于这种“伺服”性能，故而称之为伺服电机。按使用电源类型的不同，伺服电机可分交流伺服电机和直流伺服电机两大类。结合视频《机器人核心部件》了解。(二)传动机构工业机器人的传动机构（减速器）用来把动力装置的动力传递到关节和动作部位。减速器将电机的反转数减速到所要的反转数，并得到较大转矩的装置，从而降低转速，添加转矩；当负载较大时，一味提升伺服电机的功率是很不划算的，能够在适宜的速率范畴内通过减速器来进步输出扭矩。伺服电机在低频运转下容易发热和出现低频振动，长时间和重复性的工作不利于确保其准确性、牢靠地运转。精细减速电机的存在使伺服电机在一个适宜的速率下运转，加强机器体刚性的同时输出更大的力矩。如今主流的减速器有两种：谐波减速器和RV减速。（有的资料，比如ABB的操作手册，也把减速器写为齿轮箱）结合《谐波减速器》视频了解。三、机械系统工业机器人的机械系统由基座、臂部、腕部、末端执行器（或手部）组成。对于6关节机器人的本体，J1（第一轴、肩部）、J2（第二轴、大臂）、J3（第三轴、小臂）的运动主要改变机器人的位置，称为basejoints（基本关节）；J4（第四轴）、J5（第五轴）、J6（第六轴、腕部）的运动主要改变机器人的方向姿态，称为wristjoints（腕关节）。结合《工业机器人本体结构》视频了解。1、基座工业机器人的臂部是机器人的主要执行部件，它的作用是支承腕部和末端执行器，并带腕部和末端执行器进行运动，改变腕部和末端执行器的空间位置，满足机器人的作业空间，并将各种载荷传递到机身。2、臂部工业机器人的臂部是机器人的主要执行部件，它的作用是支承腕部和末端执行器，并带腕部和末端执行器进行运动，改变腕部和末端执行器的空间位置，满足机器人的作业空间，并将各种载荷传递到机身。3、腕部工业机器人的腕部作用是改变末端执行器的空间方向和将载荷传递到臂部。4、末端执行器机器人末端执行器也称为机器人工具或者机