智能控制-工业机器人及智能控制技术 工业机器人技术

工业机器人技术模块4智能控制—工业机器人及智能控制技术在实现智能制造的过程中，制造系统的自动化水平代表一个国家制造业发达程度。智能控制是指在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。（特征：机器换人）1）数控加工设备2）工业机器人3）生产线自动化控制设备（智能控制器、智能终端、智能识别等）工业机器人是一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，完成各种作业。（国际标准化组织（1SO））一种模拟人手臂、手腕和收功能的机电一体化装置；其动作具有类似于人或其他生物的某些器官（肢体、感受等）的功能可完成多种工作、任务，可灵活改变动作程序如记忆、感知、推理、决策、学习等完整的机器人系统在工作中可以不依赖人的干预工业机器人的主要应用场合：1）恶劣、危险的工作场合。2）特殊作业场合。3）自动化生产领域**。（智能制造的主要使用领域）工业机器人的发展：美国是最早研发机器人的国家，日本是工业机器人第一大国，德国、法国、英国等也是机器人发展大国。工业机器人的发展：国内起步较晚，经过40多年的发展，我国在工业机器人基础技术和工程应用上取得了快速发展，奠定了独立自主发展机器人产业基础。国内工业机器人企业主要有：工业机器人是一种可以模拟人的手臂、手腕及其功能的机电一体化装置。从结构上分：机器人本体、控制器与控制系统和示教器这三大部分。从功能系统上分：执行机构、控制系统、驱动系统和传感系统四部分组成。机器人本体机器人本体示教器控制器/系统1、执行机构（也叫操作机，由一系列连杆和关节或其他形式的运动副所组成,是完成各种作业任务的执行机构)伺服电动机腕关节小臂大臂手腕手臂手腕手臂交流伺服电动机 腰部2、驱动系统（动力传动转置，向机器人各机械臂提供动力和运动的装置)现代工业上用得到最多的一种气压式液压式气压式电力源取用方便反应灵敏、驱动力大驱动方式监控方便、控制方式灵活驱动方式电气式3、控制系统（工业机器人的神经中枢或控制中心，由计算机硬件、软件和一些专用电路、控制器、驱动器等构成)4、传感系统（传感器是用来检测作业对象及外界环境，将感知的信息传递给机器人控制器) 工业机器人的技术参数：（主要技术参数：自由度、定位精度和重复定位精度、分辨率、工作空间、最大运动速度和承载能力等。)工业机器人的主要技术参数按操作机的运动特征分类（坐标特性）：直角坐标机器人具有空间上相互垂直的多个直线移动轴直角坐标机器人具有空间上相互垂直的多个直线移动轴，通常为3个轴，如图所示，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位按操作机的运动特征分类（坐标特性特点：结构简单、刚性好，但缺点是在机器人动作范围内，必须有沿轴线前后方向的移动空间，空间利用率较低。按操作机的运动特征分类（坐标特性）：柱面坐标机器人主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成，R、柱面坐标机器人主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成，R、θ和Z为坐标系的三个坐标，具有一个回转和两个平移自由度，其动作空特点：结构简单，定位精度高，空间轨迹易于求解；动作范围相对较小，设备的空间因数较低。R：手臂的径向长度R：手臂的径向长度ZZ：垂直方向上手臂的位置按操作机的运动特征分类（坐标特性）：球面坐标机器人又称为极坐标型机器人，结构如图所示，R、θ和β为坐标系的三个坐标，具有平移、旋转和摆动三个自由度，动作空间形成球面的一部分。其机械手能够作前后伸缩移动、在垂直平面上摆动以及绕底特点：结构紧凑，所占空间体积小于直角坐标和柱面坐标机器人。R:手臂的径向长度R:手臂的径向长度θ:绕手臂支承底座θ:绕手臂支承底座垂直轴的转动角ββ:手臂在铅垂面内的摆动角按操作机的运动特征分类（坐标特性）多关节型机器人由多个旋转和摆动机构组合而成。其摆动方向主要有铅多关节型机器人由多个旋转和摆动机构组合而成。其摆动方向主要有铅锤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优点：可以自由地实现三维空间地各种姿势，可以生成各种复杂形状地轨迹，且动作范围很宽；缺点：结构刚度较低，动作的绝对位置精度较低。垂直多关节型机器人水平多关节型机器人优点：可以自由地实现三维空间地各种姿势，可以生成各种复杂形状地轨迹，且动作范围很宽；缺点：结构刚度较低，动作的绝对位置精度较低。按操作机的运动特征分类（坐标特性）并联机器人是近些年来发展起来的一种由固定机座和具有若干自由度的末端并联机器人是近些年来发展起来的一种由固定机座和具有若干自由度的末端执行器、以不少于两条独立运动链连接形成的一个轴的运动不影响另一个轴的坐标原点按控制方式分类：工作能力比较有限，机器人按照预先编好的程序顺序进行工作，使用限位开关、制动器、插销板和定序器来控在某些情况下不如简单的机器人可靠。伺服系统的被控制量可为机器人手部执行装置的位按发展阶段分类（智能程度）：手把手示教手把手示教示教器示教示教器示教示教再现机器人第一代机器人示教再现机器人第一代机器人主要指只能以示教再现方式工作的工业机器人。示教指由人教机器人依照教给的行为、顺序和按发展阶段分类（智能程度）：感知机器人第二代机器人感知机器人第二代机器人又称为传感机器人按发展阶段分类（智能程度）：智能机器人它不仅具有感觉能力智能机器人它不仅具有感觉能力，而且还具有独立判断和行动的能力，并具有记忆、推理和决它具有与外部世界—对象、环境和人相适应、相协调的工作机能，从控制方式看是以一种“认知—适应”的方式自律地进行按承载能力和工作空间大小分类：大型机器人——承载能力为1000～10000N，工作空间为10m3以上。中型机器人——承载能力为100～1000N，工作空间为1～10m3。小型机器人——承载能力为1～100N，工作空间为0.1～1m3。超小型机器人——承载能力小于1N，工作空间小于0.1m3。目前目前，焊接机器人作为一种广泛使用的自动化设备，具有通用性强、工作稳点等优点，且操作简单、功能丰富，日 按作业用途分类：搬运机器人搬运机器人是可以进行自动搬运作业的工业机器人，搬运时其末端执行器夹持工件，将工件从一个加工位置移动至另一个加工位置。搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各4、生产柔性高、适应性强、可实现多形状不规则物按作业用途分类：装配机器人装配机器人是专门为装配而设计的机器人。常用的装配机器人主要可以完成生产线上一按作业用途分类：喷涂机器人喷涂机器人又称为喷漆机器人，是一种自动喷漆或喷涂其它涂料的工业机器人。1969年挪威Trallfa公司（后并入ABB集团）制造了第一个喷涂机器人。在喷涂技术高度发展的今天，企业进入一个新的竞争格局，即更环保、更高效、更低成本及更有竞示教盒示教盒伺服放大工作装置记忆装置伺服放大工作装置记忆装置示教部分再现部分公共部分机器人示教编程工作原理u设备利用率高，不会因编程而影响机器人执行任务；u便于信息集成，可将机器人控制信息集成到CAD/CAM数据库和信息系统中去。控制系统示教器传感器机器人末端执行器等辅助设备及其他周边设备则随应用场合和工件控制系统示教器传感器机器人厂厂工作站的设计是一项较为灵活多变、关联因素甚多的技术工作，若工作站设计原则（1）设计前必须充分分析作业对象，拟定最合理的作业工艺。（2）必须满足作业的功能要求和环境条件。（3）必须满足生产节拍要求。（4）整体及各组成部分必须全部满足安全规范及标准。（5）各设备及控制系统应具有故障显示及报警装置。（6）便于维护修理。（7）操作系统应简单明了，便于操作和人工干预。（8）操作系统便于联网控制。（9）工作站便于组线。（10）经济实惠，快速投产。焊接机器人工作站汽车自动喷涂工作站