《认识工业机器人》PPT课件.ppt

第 1章 认识工业机器人 2020/10/14 主要内容 认识 ABB工业机器人 工业机器人分类与应用 工业机器人结构与主要参数 认识更多工业机器人 1 2 3 4 【学习目标】 1. 知识目标 熟悉工业机器人的分类。 熟悉工业机器人的应用领域。 认识并了解 ABB机器人。 2. 技能目标 能够阐述工业机器人的工作原理。 能够掌握工业机器人的结构和参数。 3. 情感目标 严谨认真、创新思维。 合作学习、团结协作。 任务 1 工业机器人分类与应用 【任务描述】 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人。工业机器人是自 动执行工作的机器装置，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，现代的工业机器人还可以根据人工智 能技术制定的原则纲领行动。本任务中需了解工业机器人的种类以及他们的应用。 任务 1 工业机器人分类与应用 【知识储备】 一、工业机器人的分类 按臂部的运动形式分类，可分为四种： 直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动； 圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作； 球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩； 关节型的臂部有多个转动关节。 按执行机构运动的控制机能分类，可分为两种： 点位型，只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一 般搬运、装卸等作业； 连续轨迹型，可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。 任务 1 工业机器人分类与应用 【知识储备】 一、工业机器人的分类 按程序输入方式区分，有编程输入型和示教输入型两种： 编程输入型，是将计算机上已编好的作业程序文件，通过 RS232串口或者以太网等通 信方式传送到机器人控制柜； 示教输入型，有两种：一种是由操作者用手动控制器 (示教操纵盒 )，将指令信号传给 驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接 领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序 的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相 应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的 工业机器人称为示教再现型工业机器人。 任务 1 工业机器人分类与应用 【知识储备】 二、工业机器人的应用 1. 概述 目前机器人已得到了广泛的应用，最有代表性的是在汽车制造业中 。 其次是在金属 加工制造业、电器制造业、塑料加工业等 。 除上述制造业外，还用于了海洋及太空开发、 原子能工业、医疗及农业、林业、交通。 2. 工业机器人作业系统 在制造业中用工业机器人及周边设备构成了作业系统，这个系统可以是一个加工单 元，也可以是柔性生产线或柔性制造系统的一部分，下面就是其中的几个实例。 （ 1）点焊机器人作业系统 （ 2）弧焊机器人作业系统 （ 3）喷涂机器人作业系统 任务 1 工业机器人分类与应用 【知识储备】 （ 4）搬运机器人作业系统 （ 5）装配机器人作业系统 3. 工业机器人在制造系统中的使用 在以上应用实例中，有的是工业机器人与外围设备而构成加工单元，机器人作为主 机的附属设备。工业机器人可以构成柔性制造系统。 【拓展与提高】 一、工业机器人的由来 1920年捷克作家卡雷尔查培克在其剧本罗萨姆的万能机器人中最早使用机器人 一词，它是最早的工业机器人设想。 任务 1 工业机器人分类与应用 【拓展与提高】 一、工业机器人的由来 20世纪 40年代中后期，机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。 50年代以后，美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手。 1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该这就是所谓的 示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。 1959年 UNIMATION公司的第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新 纪元。 二、工业机器人国内发展概况 我国工业机器人起步于 70年代初期，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。 任务 1 工业机器人分类与应用 【拓展与提高】 二、工业机器人国内发展概况 70年代是世界科技发展的一个里程碑 ， 我国于 1972年开始研制自己的工业机器人。 进入 80年代后，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。 1986年国 家高技术研究发展计划（ 863计划）开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前 沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。 从 90年代初期起，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了各种用 途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我 国机器人产业的腾飞奠定了基础。 我国市场销售机器人的数量，年化增长率高达 34%。成为全球增长速度最快的工业 机器人市场。预计到 2018年工业机器人年供应量超过 91000台。 2 工业机器人结构与主要参数 【任务描述】 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机 构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有 3 6个运 动自由度，其中腕部通常有 1 3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用 以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出 指令信号，并进行控制。工业机器人的种类、用途以及用户要求都不尽相同。但工业机 器人的主要技术参数应包括以下几种：自由度、精度、工作范围、最大工作速度和承载 能力。 2 工业机器人结构与主要参数 【知识储备】 一、操作机的机构 操作机是机器人机械部分的主体机构，目前应用的主要有固定式和移动式两大类。 固定式的操作机机体和机座是一个整体，其次是手臂、手腕和末端执行器等，如图 1-1所示。 图 1-1 操作机的机构 2 工业机器人结构与主要参数 【知识储备】 一、操作机的机构 移动式操作机除具有固定式操作机的机构外，还必须具有移动机构（或称行走机 构），这种机构多采用在固定导轨上移动的轮式机构，对于一些特殊用途的工业机器人 则采用履带式或步行式机构。 二、手臂 1. 手臂的动作形式 手臂的任务是调整末端执行器在空间的位置，一般具有三个自由度。 关节式机器人的自由度构成方法不同，有图 1-2所示的三种形式。 2 工业机器人结构与主要参数 【知识储备】 图 1-2 关节型手臂 a)一般形 b)平行四边形连杆式 c)SCARA型 2 工业机器人结构与主要参数 【知识储备】 2. 关节 机器人操作机常用的关节形式有回转关节和移动关节。 3. 手腕 手腕位于手臂末端，用来支承末端执行器并调整其姿态。手腕一般由多个同轴回转 副（ R）或销轴回转副（ B）关节组成。 三、末端执行器 末端执行器在操作机手腕的前端，它是操作机直接执行工作的装置。末端执行器因用 途不同，结构各异，一般分为三大类，有机械夹持器、特种末端执行器、万能手或灵巧 手。 2 工业机器人结构与主要参数 【知识储备】 三、末端执行器 1. 机械夹持器 （ 1）机械夹持器的功能 （ 2）机械夹持器的分类和结构形式 根据手指夹持工作时的运动轨迹不同分为： 圆弧开合式 图 1-4是采用凸轮机构实现圆弧开合式的夹持器。 1-4 凸轮式圆弧开合型夹持器 2 工业机器人结构与主要参数 【知识储备】 三、末端执行器 1. 机械夹持器 （ 2）机械夹持器的分类和结构形式 圆弧平行开合式 它们采用平行四边形传动机构，如图 1-5。 a）夹紧时指端前进 b）夹紧时指端后退 图 1-5 圆弧平行开合型夹持器 2 工业机器人结构与主要参数 【知识储备】 三、末端执行器 1. 机械夹持器 （ 2）机械夹持器的分类和结构形式 直线平行开合式 它是采用凸轮机构实现手指平行开合的夹持器，图 1-6在各指的滑动块上开有斜形凸 轮槽，当活塞杆末端的滚子在凸轮槽中运动时，便实现了手指的平形运动。 图 1-6 凸轮式直线平行可合型夹持器 2 工业机器人结构与主要参数 【知识储备】 三、末端执行器 2. 特种末端执行器 特种末端执行器供工业机器人完成某类特定的作业。图 1-7列出了一些特种末端执行 器的应用实例： a)真空吸附手 b)喷枪 c)空气袋膨胀手 d)弧 焊枪 e)电磁吸附手 f)点焊枪 图 1-7 特种末端执行器 2 工业机器人结构与主要参数 【知识储备】 三、末端执行器 3. 灵巧手 如图 1-10所示。由于其控制及操作系统的技术难度较大，因此目前尚处在研制阶段。 图 1-10灵巧手 2 工业机器人结构与主要参数 【知识储备】 四、工业机器人的传动机构 工业机器人的传动机构把原动机发出的机械能传递给关节或其它部分，以实现各种 必要的运动。工业机器人常用的传动机构有齿轮传动，螺旋传动，带及链传动等。 1. 齿轮传动 （ 1）齿轮传动系统 （ 2）行星齿轮减速机构 （ 3）谐波减速机构 2. 螺旋传动 工业机器人中常采用间隙小传动效率高的滚动螺旋传动（滚珠丝杠）。滚动螺旋传 动是指具有螺旋槽的螺杆和螺母间填满滚珠，当螺杆（或螺母）旋转时，钢球沿螺旋滚 道滚动并带动螺母或螺杆作直线运动，实现滚动螺旋传动。钢球靠循环返回通道，在滚 道中实现循环运动。 2 工业机器人结构与主要参数 【知识储备】 四、工业机器人的传动机构 3. 带及链传动 工业机器人中也采用同步齿型带或套筒滚子链作为平行轴间的动力传递。 同步齿型带是以钢丝绳或玻璃纤维等材料做为强力层，再包以基体材料（如氯丁橡胶） 制成。 五、工业机器人的驱动系统 1. 工业机器人的驱动系统分类 工业机器人常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动和电气驱动三种基本类型。 2. 各种驱动方式比较 （ 1）液压驱动的特点 、 主要缺点 （ 2）气压驱动的特点 、 主要缺点 （ 3）电气驱动的特点 2 工业机器人结构与主要参数 【知识储备】 六、控制装置 1. 工业机器人控制系统的特点 2. 对工业机器人控制系统的要求 （ 1）具有对操作机的位姿，速度，加速度等控制的功能 ； （ 2）具有方便的人 /机交互功能 ； （ 3）具有对外部环境和作业条件进行检测和感觉的功能 ； （ 4）具有诊断，故障监视等功能 。 3. 工业机器人控制系统的分类 （ 1）程序控制系统 （ 2）按照外界状态进行控制的系统 （ 3）适应控制系统 2 工业机器人结构与主要参数 【知识储备】 六、控制装置 4、工业机器人控制系统的构成 （ 1）多级计算机控制 目前大部分工业机器人都采用多级计算机控制系统，第一级进行系统的监控、作业 管理、自诊断等，后级进行各关节伺服系统的控制。 （ 2）两级计算机控制系统 2 工业机器人结构与主要参数 【拓展与提高】 一、工业机器人行业概况 国际机器人联盟（ IFR）日前发布的一份报告显示， 2016年全球工业机器人本体销 量将达 19.2万台。据悉，全球机器人贸易市场规模已达 95亿美元，如包括相关软件、外 围设备和系统工程在内，该市场规模则高达 290亿美元。 二、机器人软件的 10个发展趋势 网络技术的发展，使得不同厂商的机器人和系统之间的通讯与协作更加容易，正逐 步向智能工厂、工业物联网（ IIoT）、工业 4.0框架推进。 三、工业机器人选型方法 工业机器人之间差别很大，可能包含的元件也不止一种。一个关节式机器人可以和 龙门集成在一起，也可以和移动机器人结合在一起。本文为您介绍 9种类型的工业机器人， 通过比较不同类型机器人的功能区别，您可以根据不同的应用选择最适合的机器人。 3 认识 ABB工业机器人 【任务描述】 ABB机器人是目前世界上应用最广的工业机器人之一，以 ABB机器人作为切入点以 求较为全面、深入地了解工业机器人是我们本书的主要目的，在本任务中我们将对 ABB 机器人进行简单介绍。 【知识储备】 一、 ABB公司简介 ABB集团总部位于瑞士苏黎世，是全球电力和自动化技术领域的领导企业，致力于 为电力、工业、交通和基础设施客户提供解决方案，帮助客户提高生产效率和能源效率， 同时降低对环境的不良影响。 二、 ABB机器人的中国化历程 ABB机器人早在 1994年就进入了中国市场。经过 20多年的发展， ABB已逐步形成了 包括白车身、冲压自动化、动力总成和涂装自动化在内的四大系统，正为各大汽车整车 厂和零部件供应商以及消费品、铸造和金属加工等工业提供越来越全面、完善的服务。 3 认识 ABB工业机器人 【拓展与提高】 一、工业机器人家族 目前世界上的机器人品牌可以主要分为以下三类： 第一类是以欧系通用性机器人为代表的德国 KUKA、瑞典 ABB、意大利 COMAU； 第二类是以日系通用性机器人为代表的 MOTOMAN、 FANUC; 第三类是其他日韩系小品牌或专业性的 KAWASKY、 HUYDAI、 OTC、 PANONSIONC等。 全球工业机器人有四大品牌： ABB、 FANUC、 MOTOMAN、 KUKA。 二、典型 ABB工业机器人介绍 1. IRB140； 2. IRB1410； 3. IRB1600； 4. IRB2400； 5. IRB4600 3 认识 ABB工业机器人 【拓展与提高】 三、 ABB机器人控制柜简介 ABB机器人主要可以分为本体、控制柜和示教盒三个部分。控制柜是机器人的控制 系统，主要包括 以下各部分： 1. 主计算机：相当于电脑的主机，用于存放系统和数据 ； 2. 串口测量板：一般是机器人标配的 I/O板，通常挂在控制柜的门上 ,可以直接把输出点或 输入点接到外部设备上，从而与机器人进行交互和控制 ； 3. I/O电源板：给 I/O输入输出板提供电源 ； 4. 电源分配板：给机器人各轴运动提供电源 ； 5. 轴计算机：进行各个机器人轴的转数计算 ； 6. 安全面板：当控制柜正常工作时，其上所有指示灯点亮，急停按钮从此接入 ； 7. 六轴驱动器：用于驱动机器人各个轴的电机 ； 8. 电容：用于机器人关闭电源保存数据后再断电，相当于延时断电功能 。 4 认识更多工业机器人 【任务描述】 工业机器人多种多样，了解比较热门的工业机器人，知道他们的结构、主要参数和 用途是我们学习的主要目标。 【知识储备】 一、核工业机器人 核工业机器人是在核电站中应用在辐射环境下的特种机器人。 二、自动去毛刺机 自动去毛刺机是典型的机电一体化装置，它综合运用了机械与精密机械、微电子与 计算机、自动控制与驱动、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果 . 三、外科手术机器人 外科手术机器人是集临床医学、生物力学、机械学、材料学、计算机科学、微电子 学、机电一体化等诸多学科为一体的新型医疗器械 。 4 认识更多工业机器人 【拓展与提高】 一、国内外机器人历史发展 西周时期，中国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人，这是中国最早记载的 机器人。 1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明厂自动机器玩偶，并在大阪的演出。 1738年，法国天才技师杰克戴瓦克逊发明了一只机器鸭， 进人 20世纪后，机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持 。 二、中国古代典型机器人 1. 会跳舞的机器人 2. 会捉鱼的机器人 3. 木牛流马 4. 指南车 5. 记里鼓车 4 认识更多工业机器人 【拓展与提高】 一、国内外机器人历史发展 西周时期，中国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人，这是中国最早记载的 机器人。 1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明厂自动机器玩偶，并在大阪的演出。 1738年，法国天才技师杰克戴瓦克逊发明了一只机器鸭， 进人 20世纪后，机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持 。 二、中国古代典型机器人 1. 会跳舞的机器人 2. 会捉鱼的机器人 3. 木牛流马 4. 指南车 5. 记里鼓车