《工业机器人》PPT课件.ppt

机器人常识,一、机器人的定义,机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。,二、机器人的分类,我国从应用环境上把机器人分为两类： 工业机器人 特种机器人 国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类： 制造环境下的工业机器人 非制造环境下的服务与仿人型机器人,工业机器人,所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。如：机械手。,特种机器人,而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人。 包括：服务机器人、水下机器人、微操作机器人、 娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。,机器人举例（视频）,机器爬虫,机械手,机器恐龙,机器人走迷宫,工业机器人应用,第一节 工业机器人概述,一、工业机器人的含义 二、工业机器人的组成 三、工业机器人的特点 四、工业机器人的分类 五、工业机器人发展简况及趋向,一、工业机器人的含义,工业机器人是能模仿人体某些器官的功能(主要是动作功能)、有独立的控制系统、可以改变工作程序和编程的多用途自动操作装置。 工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。,二、工业机器人的组成,工业机器人是机电一体化的系统，它由以下几个部分组成： 1、执行机构 2、机械本体 3、控制系统 4、检测系统,组成部分关系图,1、执行机构,执行机构可以抓起工件，并按规定的运动速度、运动轨迹、把工件送到指定位置处，放下工件。通常执行机构有以下几个部分： （1）手部 手部是工业机器人用来握持工件或工具的部位，直接与工件或工具接触。有些工业机器人直接将工具（如电焊枪、油漆喷枪、容器等）固定在手部，它就不再另外安装手部了。 （2）腕部 腕部是将手部和臂部连接在一起的部件。它的作用是调整手部的方位和姿态，并可扩大臂部的活动范围。 （3）臂部 臂部支承着腕部和手部，使手部活动的范围扩大。 无论是手部、腕部或是臂部都有许多轴孔，孔内有轴、轴和孔之间形成一个关节，机器人有一个关节就有了一个自由度。,2、机械本体,（1）机械本体的作用 机械本体用来支承手部、腕部和臂部，驱动装置及其他装置也固定在机械本体上。 （2）行走机构 对用可以行走的工业机器人，它的机械本体是可以移动的；否则，机械本体直接固定在基座上。行走机构用来移动工业机器人。有的行走机构是模仿人的双腿，有的只不过是轨道和车轮机构而已。 （3）驱动系统 驱动系统装在机械本体内，执行机构的作用是向执行元件提供动力。根据不同的动力源，驱动系统的传动方式也分为液压式、气动式、电动式和机械式四种。,3、控制系统,（1）控制系统的作用 控制系统是工业机器人的指挥中心。他控制工业机器人按规定的程序动作。控制系统还可存储各种指令（如动作顺序、运动轨迹、运动速度以及动作的时间节奏等），同时还向各个执行元件发出指令。必要时，控制系统汉对自己的行为加以监视，一旦有越轨的行为，能自己排查出故障发生的原因并及时发出报警信号。 （2）人工智能系统 人工智能系统赋予工业机器人五种感觉功能，以实现机器人对工件的自动识别和适应性操作。具有自适应性的智能化的机械系统也是当前机电一体化技术的发展方向，模糊计算机的应用虽然处于这一步的初级阶段，但真正具有自适应性的智能化系统必将总这里突破。,4、检测系统,检测系统主要用来检测自己的执行系统所处的位置、姿势，并将这些情况及时反馈给控制系统，控制系统根据这个反馈信息在发出调整动作的信号，使执行机构进一步动作，从而使执行系统一一定的精度到达规定的位置和姿势。,三、工业机器人的特点,通用性 柔软性 自动性 准确性,四、工业机器人的主要种类,焊接机器人 喷漆机器人 装配机器人 采矿机器人 搬运机器人 食品工业机器人,五、工业机器人发展简况,日本技术实力和数量世界第一 欧美快速追赶日本 中国相对比较落后，近几年发展迅速 机器人性能上升，价格下降 在各个领域有广泛应用,焊接机器人,焊接机器人,焊接机器人則是工業机器人應用最為廣泛的一种類型，即應用于焊接操作的工業机器人。,一、焊接机器人的分类,按照其應用，通常可分為以下几類： 1、弧焊机器人 ：最常用的應用范圍是結构鋼的熔化极活性气体保護焊（CO2、MAG）、不鏽鋼、鋁的熔化极惰性气体保護焊（MIG），各种金屬的鎢极惰性气体保護焊（TIG）等。 2、點焊机器人: 典型的應用領域是汽車車身的焊裝流水線。但現在有一种趨勢，即點焊机器人在中小型零部件制造企業的應用也不斷在擴展。 按照結构坐標系來分，可以分為 ：直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標型、全關節型。,二、焊接机器人的优點,穩定和提高焊接質量，保証其均勻性。 提高勞動生產率，一天可24小時連續生產。 改善工人勞動條件，可在有害環境下工作。 降低對工人操作技術的要求。 縮短產品改型換代的准備周期，減少相應的設備投資。 可實現小批量產品的焊接自動化。 為焊接柔性生產線提供技術基礎。,三、焊接机器人的组成,焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分。 1、机器人由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成。 2、焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电源，（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成。对于智能机器人还应有传感系统，如激光或摄像传感器及其控制装置等。 图1a、b表示弧焊机器人和点焊机器人的基本组成。,组成图,焊接机器人举例（视频）,喷漆机器人,喷漆机器人,一、概述 二、特点 三、分类 四、PR11喷漆机器人 1、概况 2、主要机构 3、主要技术指标,一、概述,喷漆机器人能在恶劣环境下连续工作，并具有工作灵活、工作精度高等特点，因此喷漆机器人被广泛应用于汽车、大型结构件等喷漆生产线，以保证产品的加工质量、提高生产效率、减轻操作人员劳动强度。,二、特点,喷涂机器人在使用环境和动作要求上有如下的特点: 工作环境包含易爆的喷涂剂蒸气; 沿轨迹高速运动，途经各点均为作业点; 多数和被喷涂件都搭载在传送带上，边移动边喷涂，所以它需要一些特殊性能。,三、分类,喷涂机器人通常有两类。 液压喷涂机器人 电动喷涂机器人,四、PR11型喷漆机器人,1、概况 PR 1 型 喷 漆 机 器 人 是 为 适 应 生 产 自 动 化 发 展 的 需 要 ， 改 善 劳 动 条 件 ， 提 高 产 品 质 量 和劳 动 生 产 率 ， 降 低 生 产 成 本 而 研 制 的 自 动 化 喷 漆 装 置 ， 也 是 机 电 一 体 化 的 高 技 术 产 品 。 PR 1 型 机 器 人 为 计 算 机 闭 环 控 制 ， 电 液 伺 服 驱 动 ， 示 教 再 现 式 ， 多 关 节 型 工 业 机 器 人。 具 有 设 计 方 案 合 理 ； 机 、 电 、 液 匹 配 协 调 ； 控 制 系 统 设 计 合 理 ； 元 件 国 产 化 程 度 高 等 特 点。 达 到 国 内 自 行 设 计 同 类 产 品 的 先 进 水 平 ， 其 关 键 性 能 指 标 重 复 位 置 精 度 处 国 内 领 先 地位 。,2、主要机构 操作机械手 液压站 微机控制柜 。,3、主 要 技 术 指 标如 下： 自 由 度 数 ： 5 个 额 定 负 载 ： 5kgf 动 作 范 围 ： 1600 1300 500mm 平 均 速 度 ： 1m/s 重 复 位 置 精 度 ： 0.93mm 操 作 方 式 ： 示 教 再 现 ， PTC/CP 计 算 机 内 存 ： 122Kb,喷漆机器人的图片,机器人在喷涂、涂胶领域的应用,喷漆机器人生产线,车灯涂胶机器人工作站,卫生陶瓷施釉机器人工作站,装配机器人,装配机器人,一、概述 二、精密装配机器人 1、装配机器人（ 装配单元、装配线) 2、装配机器人的周边设备,一、概述,随着机器人智能程度的提高，使得它有可能对复杂产品如汽车发动机、电动机等进行自动装配，并可大大提高产品质量和生产效率。,二、精密装配机器人,（1）装配机器人（装配单元、装配线）,水平多关节型机器人是装配机器人的典型代表。 它共有4个自由度:两个回转关节，上下移动以及手腕的转动。 最近开始在一些机器人上配备各种可换手，以增加通用性。,手爪主要有电动手爪和气动手爪两种形式,气动手爪相对来说比较简单，价格便宜， 因而在一些要求不太高的场合用得比较多。,电动手爪造价比较高，主要用在一些特殊场合,带有传感器的装配机器人可以更好地顺应对象物进行柔软的操作。装配机器人经常使用的传感器有视觉传感器、触觉传感器、接近觉传感器和力传感器等。 视觉传感器主要用于零件或工件的位置补偿，零件的判别、确认等。 触觉和接近觉传感器一般固定在指端，用来补偿零件或工件的位置误差，防止碰撞等。 力传感器一般装在腕部，用来检测腕部受力情况，一般在精密装配或去飞边一类需要力控制的作业中使用。,（2） 装配机器人的周边设备 机器人进行装配作业时，除机器人主机、手爪、传感器外，零件供给装置和工件搬运装置也至为重要。无论从投资额的角度还是从安装占地面积的角度，它们往往比机器人主机所占的比例大。周边设备常由可编程控制器控制，此外一般还要有台架、安全栏等。,零件供给器 零件供给器的作用是保证机器人能逐个正确地抓取待装配零件，保证装配作业正常进行。 给料器 用振动或回转机构把零件排齐，并逐个送到指定位置。 托 盘 大零件或易磕碰划伤的零件加工完毕后一般应码放在称为“托盘“的容器中运输，托盘装置能按一定精度要求把零件送到给定位置，然后再由机器人一个一个取出。,输送装置 在机器人装配线上，输送装置承担把工件搬运到各作业地点的任务，输送装置中以传送带居多。输送装置的技术问题是停止精度、停止时的冲击和减速振。减震器可用来吸收冲击能。,其他用途的工业机器人,2.6 其他用途的工业机器人,搬运机器人 主要用于工厂中一些工序的上下料作业、拆垛和码垛作业等。这类机器人精度相对低一些，但负荷比较大，运动速度比较高。其机器人操作机多采用点焊或弧焊机器人结构，也有的采用框架式和直角坐标式结构形式。随着工厂自动化程度的不断提高和生产节拍的加快，搬运机器人使用得越来越多。,水切割机器人、激光加工机器人 它通过高压水和激光这种新的工具，对工件实施切割、焊接或者是金属材料的表面特殊处理，可以实现金属及其他材料的特殊加工。高压水切割的特点是其切缝处光滑，无需进行二次处理，并且避免了其他热加工手段带来的工件变形。激光加工则是充分利用了激光的特性，实现对工件的精密切割、钻孔、焊接以及表面热处理这些作业往往是传统的加工手段无法完成的。,检查和测量机器人 集三种功能于一体，包括机器人的运动控制、操作对象状态的感知以及对所采集到的信息进行分析和判断，最终给出检查和测量结果。检查和测量机器人主要用于工件的形状测量、装配检查以及产品缺陷检查等。,随着信息技术和微电子技术的发展，这些行业也迫切需要机器人进行作业。但这些行业的特点是超精密化和精细化，产品的质量与环境的好坏有直接关系，在这种环境下作业对机器人有特殊要求，因此产生了净化机器人。对于净化机器人，如何抑制尘埃粒子大小和数量是其关键问题。另外，现代制造业中，许多器件的制造需要在真空环境下进行，因此也出现了真空机器人。净化机器人和真空机器人除对环境有很高的要求之外，其速度和精度也有了很大提高。并且机器人的结构不同于一般工业机器人的结构，具有一定的特殊性。,工业机器人发展趋势,工业机器人发展趋势 机器人技术是一种综合性高技术，它涉及到多种相关技术及学科，如机构学、控制工程、计算机、人工智能、微电子学、传感技术、材料科学以及仿生学等科学技术。因此机器人技术的发展一方面带动了相关技术及学科的发展，另一方面也取决于这些相关技术和学科的发展进程。 (1) 机器人操作机,负载/自重比大、高速高精度的机器人操作机一直是机器人设计者追求的目标，通过有限元模拟分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。,(3) 控制系统 控制系统的性能迸一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，以实现多机器人系统及周边设备的协调运动，并且实现了软件伺服和全数字控制。在该领域日本YASKAWA和德国KUKA公司处于领先地位。,(2) 并联机器人 采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是机器人技术向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术的一体化奠定了基础。意大利comau公司、日本fanuc等公司已开发出了此类产品。,(5)网络通讯功能 日本YASKAWA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与Canbus、Profibus总线及一些网络的连接，使机器人由专用设备向标准化设备发展。,(4) 传感系统 激光传感器、视觉传感器和力传感器在工业机器人系统中已得到广泛应用，并实现了利用激光传感器和视觉传感器进行焊缝自动跟踪以及自动化生产线上物体的自动定位，利用视觉系统和力觉系统进行精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。日本YASKAWA、FANUC和瑞典ABB、德国KUKA、REIS等公司皆推出了此类产品。,(6) 可靠性 过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去了由于微电子技术的快速发展相大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大提高。过去机器人系统的可靠性MTBF一般为几千小时，而现在已达到5万小时，几乎可以满足任何场合的需求。,