船舶焊接 焊接机器人 - 工业机器人概述

项目6.1焊接机器人工业机器人概述1.工业机器人概念机器人Robot一词，是原捷克斯洛伐克作家卡尔·恰佩克在于1920年发表的科幻剧《罗萨姆的万能机器人》中描述的一个具有人的外表、特征和功能的机器的名称，它成了“机器人”的起源，此后一直沿用至今。我国一般将工业机器人定义为“一种具有高度灵活性的自动化机器，这种机器除了能动作外还应具备一些与人或生物相似的智能，如感知、规划、动作和协同”。广义地说，工业机器人是一种在计算机控制下的可编程的自动机器，它具有四个基本特征：①具有特定的机械机构，其动作具有类似于人或其他生物的某些器官的功能；②具有通用性，可从事多种工作，可灵活改变动作程序；③具有不同程度的智能，如记忆、感知、推理、决策、学习等；④具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。2.工业机器人的结构形式机器人本体的结构形式有多种多样，完全根据任务需要而定，其追求的目标是高精度、高速度、高灵活性、大工作空间和模块化。依机器人运动部件的结构坐标特点不同，工业机器人运动由主构架和手腕完成，主构架具有3个自由度，其运动由两种基本运动组成，即沿着坐标轴的直线移动和绕坐标轴的回转运动。（1）直角坐标型（如图1(a)是三个直线坐标轴），此类机器人的结构和控制方案与机床类似，其到达空间位置的三个运动（x、y、z）由直线构成，运动方向相互垂直，末端操作由附加的旋转机构实现。这种机器人的优点是运动学模型简单，各轴线位移分辨率在操作范围内任一点上均为恒定，控制精度容易提高；缺点是机构庞大，工作空间小，操作灵活性差。简易和专用的工业机器人常采用这种形式。（2）圆柱坐标型（如图1(b)是两个直线坐标轴和一个回转轴），这种机器人在基座水平转台上装有立柱，水平臂可沿立柱做上下运动，并可在水平方向伸缩。其优点是末端执行器可获得较高的速度；缺点是末端执行器外伸离立柱轴心越远，线位移分辨精度越低。（3）球坐标型（如图1(c)是一个直线坐标轴和两个回转轴），机器人的操作机手臂不仅可绕垂直轴旋转，还可绕水平轴做俯仰运动，且能沿手臂轴做伸缩运动。与其他类型机器人的结构相比，这类机器人的结构灵活，伸缩关节的线位移恒定，但其转动关节在末端执行器上的线位移分辨率是一个变量，控制系统复杂。(a)直角坐标型机器人(b)圆柱坐标型机器人(c)球坐标型机器人(d)全关节型机器人图1工业机器人的结构形式（4）关节型（如图1(d)是三个回转轴关节是三个平面运动关节），该类机器人的外形结构和动作与人的手臂类似，其结构特点是串联关节系统。通过每个关节的旋转运动，最后综合形成机器人末端的运动及位姿。它的优点是结构紧凑、灵活、占地空间小，缺点是运动学模型复杂、高精度控制难度大。目前工业机器人大多采用关节型结构，其原因在于关节型机器人在相同的几何参数和运动参数条件下具有较大的工作空间，手臂的灵活性最大，可使末端执行器的空间位置和姿态调至任意状态，以满足实际作业需要。3．工业机器人的基本组成如图2所示，工业机器人主要由以下几部分组成：操作机、控制器和示教器。图3六轴关节型操作机1-手腕2-小臂3-大臂图3六轴关节型操作机1-手腕2-小臂3-大臂4-腰部5-腕关节6-肘关节7-肩关节8-腰关节9-基座图2工业机器人的基本组成1-操作机（本体）2-控制器3-示教器（1）操作机操作机是工业机器人的机械主体，是用来完成各种作业的执行机械，主要由驱动装置、传动单元和执行机构组成。驱动装置的受控运动通过传动单元带动执行机构，从而精确地保证末端执行器所要求的位置、姿态和实现其运动。为了适应不同的用途，机器人操作机最后一个轴的机械接口通常是一个连接法兰，可接装不同的机械操作装置（习惯上称为末端执行器），如夹紧爪、吸盘、焊枪等。图3所示为Panasonic-TA1400六轴关节型机器人操作机的基本结构。（2）控制器如果说操作机是工业机器人的“肢体”，那么控制器则是工业机器人的“大脑”和“心脏”，它是决定机器人功能和水平的关键部分，也是机器人系统中更新和发展最快的部分。它通过各种控制电路硬件和软件的结合来操纵机器人，并协调机器人与周边设备的关系，其典型硬件架构如图4所示。控制器的功能可分为两大部分：人机界面部分和运动控制部分。相应于人机界面的功能有显示、通信、作业条件等，而相应于运动控制的功能是运动演算、伺服控制、输入输出控制（相当于PLC功能）、外部轴控制、传感器控制等。图4机器人控制器结构框图（3）示教器示教器是人与机器人的交互接口，可由操作者手持移动，使操作者能够方便地接近工作环境进行示教编程。它的主要工作部分是操作键与显示屏。实际操作时，示教器控制电路的主要功能是对操作键进行扫描