工业机器人操作与编程 课件 工业机器人概述；工业机器人的分类

工业机器人概述1.工业机器人1.1工业机器人发展历史1.2行业应用2.工业机器人的组成

1/251工业机器人

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行。几种常见品牌的工业机器人2/251.1工业机器人的发展历史

1954年乔治·迪沃申请了第一个机器人的专利（于1961年授予），制作机器人的第一家公司是Unimation，Unimation机器人也被称为可编程移机。 1969年，维克多·沙因曼在斯坦福大学发明了斯坦福大学的手臂。

1973年，库卡机器人建立了自己的第一个机器人，被称为FAMULUS。1990年10月，国际机器人工业人士在丹麦首都哥本哈根召开了一次工业机器人国际标准大会，并在这次大会上通过了一个文件，把工业机器人分为四类：顺序型、沿轨迹作业型、远距作业型和智能型。我国工业机器人起步于上世纪1970年初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。3/25工业机器人正向着智能化方向发展，而智能工业机器人将成为未来的技术制高点和经济增长点。我国要想跟上未来工业发展，首要任务是提高工业机器人的智能化技术。智能化技术可以提高机器人的工作能力和使用性能。工业机器人技术是先进制造技术的代表。智能化技术的发展将推动着机器人技术的进步，未来智能化水平将标志着机器人的水平，虽然目前还有很多问题需要解决，但随着科学技术的进步，会逐渐改进发展。

现今我国工业机器人行业发展迅速，必将逐渐成为工厂自动化生产线的主要发展形式。4/251.1工业机器人的发展历史劳动力成本的逐年上涨，将刺激第二产业对机器人的需求。目前，汽车行业使用工业机器人最多，医药等行业的增长需求甚至达到100%以上，2013年全球机器人销量16.8万台。1.2行业应用工业机器人与自动化成套装备是生产过程的关键设备，可用于制造、安装、检测、物流等生产环节，并广泛应用于汽车整车及汽车零部件、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、医药、冶金及印刷出版等众多行业，应用领域非常广泛。5/25汽车制造业

在中国，50%的工业机器人应用于汽车制造业，其中50%以上为焊接机器人；在发达国家，汽车工业机器人占机器人总保有量的53%以上。中国正由制造大国向制造强国迈进，需要提升加工手段，提高产品质量，增加企业竞争力，这一切都预示机器人的发展前景巨大。6/251.2行业应用电子电气行业

电子类的IC、贴片元器件，工业机器人在这些领域的应用均较普遍。在手机生产领域，视觉机器人，例如分拣装箱、撕膜系统、激光塑料焊接、高速四轴码垛机器人等适用于触摸屏检测、擦洗、贴膜等一系列流程的自动化系统的应用。专区内机器人均由国内生产商根据电子生产行业需求所特制，小型化、简单化的特性实现了电子组装高精度、高效的生产，满足了电子组装加工设备日益精细化的需求，而自动化加工更是大大提升生产效益。7/251.2行业应用橡胶及塑料工业

塑料工业的合作紧密而且专业化程度高：塑料的生产、加工和机械制造紧密相连。要跻身塑料工业需符合极为严格的标准。这对机器人来说当然毫无问题。它不仅最佳适用于在净室环境标准下生产工具，而且也可在注塑机旁完成高强度作业。即使在高标准的生产环境下，它也将可靠地提高各种工艺的经济效益。因为机器人掌握了一系列操作、拾放和精加工作业。8/251.2行业应用铸造行业

在极端的工作环境下进行多班作业—铸造域的作业使工人和机器遭受沉重负担。机器人以其模块化的结构设计、灵活的控制系统、专用的应用软件能够满足铸造行业整个自动化应用领域的最高要求。它不仅防水，而且耐脏、抗热。它甚至可以直接在注塑机旁、内部和上方用于取出工件。此外它还可以可靠地将工艺单元和生产单元连接起来。另外在去毛边、磨削或钻孔等精加工作业以及进行质量检测方面，机器人表现非凡。9/251.2行业应用食品行业

目前人们已经开发出的食品工业机器人有包装罐头机器人，自动午餐机器人和切割牛肉机器人等。切割牛肉的机器人将要加工的牛的肢体与数据库中存储的以前的牛的肢体的切割信息进行比较来加工每一头牛，这样就可以顺着每刀切割所定的初始路线方向来确定刀的起点和终点，然后用机器人驱动刀切入牛的身体里面。传感器系统监视切割时所用力量的大小，来确定刀是否是在切割骨头，同时把信息反馈给机器人控制系统，以控制刀片只顺着骨头的轮廓移动，从而避免损坏刀片。10/251.2行业应用化工行业

化工行业是工业机器人主要应用领域之一。目前应用于化工行业的主要洁净机器人及其自动化设备有大气机械手、真空机械手、洁净镀膜机械手、洁净AGV、RGV及洁净物流自动传输系统等。很多现代化工业品生产要求精密化、微型化、高纯度、高质量和高可靠性，在产品的生产中要求有一个洁净的环境，洁净度的高低直接影响产品的合格率，洁净技术就是按照产品生产对洁净生产环境的污染物的控制要求、控制方法以及控制设施的日益严格而不断发展。11/251.2行业应用家用电器行业

使用机器人可以更经济有效地完成白色家电生产、加工、搬运、测量和检验工作。原因是多方面的：因其具有最高的生产率、重复性的高精确度、很高的可靠性以及光学和触觉性能，机器人几乎可以运用到家用电器生产工艺流程的所有方面。12/251.2行业应用冶金行业

无论是轻金属、彩色金属、贵金属、特殊金属，还是钢金属工业离不开铸造厂和钢金属加工。而且如果没有自动化和多班作业，就无法确保生产的经济效益和竞争力并减轻员工繁重的工作。工业机器人在冶金行业的主要工作范围包括钻孔、铣削或切割以及折弯和冲压等加工过程。此外它还可以缩短焊接、安装、装卸料过程的工作周期并提高生产率。13/251.2行业应用烟草行业

工业机器人在烟草行业的应用我国烟草行业多年来不断加强技术改造，促进技术进步，重点卷烟企业的生产设备已达到国际90年代初期水平。但是，先进的生产设备必须配备与之相应的管理方法和后勤保障系统，才能真正发挥设备的高效益，如卷烟原、辅料的配送，就需要先进的自动化物流系统来完成，传统的人工管理，人工搬运极易出错，又不准时，已不能适应生产发展的需要。精准的工业机器人被应用于这个领域。14/251.2行业应用工业机器人1-机械结构系统2-驱动系统3-控制系统工业机器人通常由机械结构系统、驱动系统、和控制系统三部分组成。

2工业机器人的组成15/251.机械结构系统

工业机器人的机械结构系统主要由末端执行器、手腕、手臂、腰部和基座组成。末端执行器手腕手臂腰部基座16/252工业机器人的组成机械结构系统——末端执行器

末端执行器是机器人直接用于抓取和握紧（或吸附）工件或夹持专用工具（如喷枪、扳手、焊接工具）进行操作的部件，它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。末端执行器大致可分为以下几类：●夹钳式取料手；●吸附式取料手；●专用操作器及转换器；●仿生多指灵巧手。17/252工业机器人的组成机械结构系统——手腕

手腕是连接末端执行器和手臂的部件，它的作用是调整或改变工件的方位，因而它具有独立的自由度，以使机器人末端执行器适应复杂的动作要求。18/252工业机器人的组成机械结构系统——手臂

手臂是机器人执行机构中重要的部件，它的作用是将被抓取的工件运送到给定的位置上。19/252工业机器人的组成机械结构系统——腰部和基座

腰部又称立柱，是支撑手臂的部件，其作用是带动臂部运动，可以在基座上转动，也可以与基座制成一体。与臂部运动结合，把腕部传递到需到的工作位置。

基座是机器人的基础支持部分，起支撑作用。整个执行机构和驱动装置都是安装在基座上的，有固定式和移动式两种。所以该部件必须具有足够的刚度、强度和稳定性。20/252工业机器人的组成2.驱动系统传动机构传动机构能够带动机械结构系统产生运动，常用的传动机构有：谐波减速器、滚珠丝杆、链、带以及各种齿轮系。驱动装置驱动装置是驱使工业机器人机械机构系统运动的机构，按照控制系统发出的信号指令，借助动力元件使机器人产生动作，作用就相当于人类的肌肉、筋络通常有：电机驱动，包括直流伺服电机、步进电机、交流伺服电机，液压驱动和气动驱动。

工业机器人的驱动系统包括驱动装置和传动机构两部分，它们通常与机械结构连成机器人本体。21/252工业机器人的组成3.控制系统

控制系统，相当于机器人的“大脑”，要有效地控制工业机器人，它的控制系统就必须具备以下两种功能，也是工业机器人控制系统所必需的基本功能。示教再现功能示教再现功能是指在执行新的任务之前，预先将作业的操作过程示教给工业机器人，然后让工业机器人再现示教的内容，以完成作业任务。运动控制功能运动控制功能是指对工业机器人末端执行器的位姿、速度、加速度等项的控制。22/252工业机器人的组成3.控制系统

工业机器人的控制系统主要包括硬件和软件两个方面。控制系统硬件传感装置控制装置关节伺服驱动部分软件算法运动轨迹规划关节伺服控制算法动作程序23/252工业机器人的组成总结

通过对工业机器人的系统组成的的学习，了解常用工业机器人的系统构成，能够识别工业机器人的基本组成部分。

通过对工业机器人的发展历史和行业中的应用，能够对工业机器人进行简单地了解。24/25THANKS!华航科技致真唯实工业机器人的分类工业机器人的分类按机械结构分类2.1串联机器人

2.2并联机器人按用途分类

27/30主要内容了解工业机器人按机械结构分类的适用领域。了解工业机器人按用途分类的适用领域。28/30工业机器人的分类机器人种类简要解释操作型机器人能自动控制可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中程控型机器人按预先的要求及顺序条件，依次控制机器人的机械动作示教再现型机器人通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业数控型机器人不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业感觉控制型机器人利用传感器获取的信息控制机器人的动作适应控制型机器人机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动学习控制型机器人机器人能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中智能机器人以人工智能决定其行动的机器人129/30

以下是按照设备的机械结构（坐标形式）和用途对机器人进行分类。机械结构（坐标形式）用途1工业机器人的分类30/30串联机器人并联机器人1根据机械结构（坐标形式）分类31/30串联机器人是开式运动链，它是由一系列连杆通过转动关节或移动关节串联而成。关节由驱动器驱动，关节的相对运动导致连杆的运动，使手爪到达一定的位姿。串联机器人2.1串联机器人32/30串联机器人柱坐标机器人球坐标机器人笛卡尔坐标机器人多关节型机器人串联机器人的机构运动特征是用其坐标特性来描述的。串联机器人2.133/301.串联机器人——柱坐标机器人当水平臂或杆架安装在一垂直柱上，而该柱又安装在一个旋转基座上，这种结构可称为柱坐标机器人。其运动特点如下：●手臂可伸缩（沿r方向）●滑动架（或托板）可沿柱上下移动（z轴方向）●水平臂和滑动架组合件可作为基座上的一个整体而旋转（绕z轴）串联机器人2.134/302.串联机器人——球坐标机器人球坐标机器人的空间位置分别由旋转、摆动和平移3个自由度确定。由于机械和驱动连线的限制，机器人的工作包络范围是球体的一部分。其工作特点如下：●手臂可伸出缩回范围R，类似于可伸缩的望远镜套筒●在垂直面内绕β轴旋转●在基座水平内转动角度为θ串联机器人2.135/303.串联机器人——笛卡尔坐标机器人

笛卡尔坐标机器人也称为直角坐标机器人，这是一种最简单的结构，其机械手的连杆按线性方式移动。串联机器人2.136/303.串联机器人——笛卡尔坐标机器人①悬臂笛卡尔式机器人这种机器人的机械手构件受到约束，只在平行于笛卡尔坐标轴X、Y、Z的方向上移动串联机器人2.137/303.串联机器人——笛卡尔坐标机器人②门形笛卡尔式机器人门形笛卡尔式机器人也称为桁架机器人，一般在需要精确移动及负载较大的场合使用，这类机器人常常安装在顶板（天花板）上。串联机器人2.138/304.串联机器人——多关节机器人

多关节型机器人由多个旋转和摆动机构组合而成。纯球状平行四边形球状圆柱状串联机器人2.139/304.串联机器人——多关节机器人①纯球状优点：机械臂可以够得着机器人基座附近的地方，并越过其工作范围内的人和障碍物。这类结构的机器人的工作包络范围大体上是球状的。串联机器人2.140/304.串联机器人——多关节机器人②平行四边形球状优点：允许关节驱动器位置靠近机器人的基座或装在机器人的基座上。这种结构的机器人刚度比其它大多数机械手大。缺点：平行四边形结构的机器人与相应的球状关节坐标机器人的工作范围相比，受到较大限制。串联机器人2.141/304.串联机器人——多关节机器人③圆柱状优点：机器人精密且快速。缺点：一般垂直作用范围有限（Z方向）。串联机器人2.142/30并联机器人可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机器人。并联机器人2.2并联机器人43/30并联机器人两自由度并联机构三自由度并联机构四自由度并联机构五自由度并联机构六自由度并联机构按照并联机构的自由度分类：并联机器人2.244/30并联机器人按照并联机构的自由度分类——两自由度并联机构由5个转动副首尾相连，5个转动副的轴线汇交于一点（转动中心），这种机构的输出参考点具有沿球面移动的2个自由度。球面2自由度5R对称并联机构并联机器人2.245/30并联机器人按照并联机构的自由度分类——三自由度并联机构（1）平面三自由度并联机构，如3-RPR机构。（2）球面三自由度并联机构，如3-RRR球面机构、3-UPS-1-S球面机构。（3）三自由度移动并联机构，如StarLike并联机构、T阿斯并联机构和DELTA机构（4）空间三自由度并联机构，如典型的3-RPS机构（5）还有一类是增加辅助杆件和运动副的空间机构，如德国汉诺威大学研制的并联机床采用的3-UPS-1-PU球坐标式三自由度并联机构并联机器人2.246/30并联机器人按照并联机构的自由度分类——四自由度并联机构四自由度并联机构大多不是完全并联机构，如2-UPS-1-RRRR机构，运动平台通过3个支链与定平台相连，有2个运动链是相同的，各具有1个虎克铰U、1个移动副P，其中P和其中一个的R是驱动副，因此这种机构不是完全并联机构。并联机器人2.247/30并联机器人按照并联机构的自由度分类——五自由度并联机构国际上一直认为不存在全对称五自由度并联机器人机构。相对而言，非对称五自由度并联机构比较容易综合。Lee和Park在1999年提出一种结构复杂的双层5自由度并联机构，Jin等在2001年综合出具有三个移动自由度和两个转动自由度的非对称5自由度并联机构，高峰等在2002年通过给六自由度并联机构添加一个五自由度约束分支的方法，综合出两种5自由度并联机构。并联机器人2.248/30并联机