工業(yè)機器人課件

1、工業(yè)機器人機器人三原則與機器人學Isaac Asimov 在Im Robot中提出了“機器人三原則” ：A robot must not harm a human being or, through inaction, allow one to come harm.A robot must always obey human beings unless that is conflict with the first law.A robot protect itself from harm unless that is conflict with the first or second laws

2、.并首次出現(xiàn)了“機器人學Robotics”的概念第一節(jié) 概述什么是機器人學？機器人學是人們設(shè)計和應(yīng)用機器人的技術(shù)和知識。機器人系統(tǒng)不僅由機器人組成，還需要其他裝置和系統(tǒng)連同機器人一起來共同完成必需的任務(wù)。機器人學是一門交叉學科，它得益于機械工程、電氣與電子工程、計算機科學、生物學以及其他許多學科。第一節(jié) 概述什么是機器人？不同國家、不同學者給出的定義不同ISO采用了美國的定義: A reprogrammable and multifunctional manipulator, devised for the transport of materials, parts, tools or spe

3、cialized systems, with varied and programmed movements, with the aim of carrying out varied tasks.不同時期，機器人的內(nèi)涵也不同第一節(jié) 概述 1987年國際標準化組織對工業(yè)機器人進行了定義：“工業(yè)機器人是一種具有自動控制操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機?！?我國科學家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器”。 機器人的四大特征仿生特征：模仿人的肢體動作柔性

4、特征：對作業(yè)具有廣泛適應(yīng)性智能特征：具有對外界的感知能力自動特征：自動完成作業(yè)任務(wù)第一節(jié) 概述 工業(yè)機器人(通用及專用)一般指用于機械制造業(yè)中代替人完成具有大批量、高質(zhì)量要求的工作，如汽車制造、摩托車制造、艦船制造，某些家電產(chǎn)品(電視機、電冰箱、洗衣機)、化工等行業(yè)自動化生產(chǎn)線中的點焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配，以及物流系統(tǒng)的搬運、包裝、碼垛等作業(yè)的機器人。圖4-8分別示出了搬運機器人、涂料機器人和焊接機器人。 圖4-8 機器人(a) 搬運機器人；(b) 涂料機器人；(c) 焊接機器人 2. 工業(yè)機器人的組成如圖4-9所示，工業(yè)機器人一般由執(zhí)行機構(gòu)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)以及位置檢測機構(gòu)等幾個部

5、分組成。 圖4-9 工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)組成及運動方式 (1) 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)是一種具有和人手相似的動作功能，可在空間抓放物體或執(zhí)行其它操作的機械裝置，通常包括如下一些部件：手部：又稱抓取機構(gòu)或夾持器，用于直接抓取工件或工具。此外，在手部安裝的某些專用工具，如焊槍、噴槍、電鉆、螺釘螺帽擰緊器等，可視為專用的特殊手部。 腕部：是連接手部和手臂的部件，用以調(diào)整手部的姿態(tài)和方位。手臂：是支承手腕和手部的部件，由動力關(guān)節(jié)和連桿組成，用以承受工件或工具的負荷，改變工件或工具的空間位置，并將它們送至預定的位置。機座：包括立柱，是整個工業(yè)機器人的基礎(chǔ)部件，起著支承和連接的作用。 (2) 控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)是機

6、器人的大腦，支配著機器人按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度等)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出執(zhí)行指令。(3) 驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)是按照控制系統(tǒng)發(fā)來的控制指令進行信息放大，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的傳動裝置，常用的有液壓、氣壓、電氣和機械等四種傳動形式。 (4) 位置檢測裝置 位置檢測裝置通過力、位置、觸覺、視覺等傳感器檢測機器人的運動位置和工作狀態(tài)，并隨時反饋給控制系統(tǒng)，以便使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達到設(shè)定的位置。二、機器人的組成第一節(jié) 概述機械手或移動車末端執(zhí)行器驅(qū)動器傳感器控制器和處理器軟件機器人的主體部分，由連桿、活動關(guān)節(jié)和其他構(gòu)件構(gòu)成。連接在機械手

7、最后一個關(guān)節(jié)上，用來執(zhí)行任務(wù)。是由公司工程師或外面的顧問為某種用途而專門設(shè)計的。通常，其動作有機器人控制器直接控制?！凹∪狻保Ｒ姷尿?qū)動器有伺服電機、步進電機、氣缸及液壓缸等，還有一些新型驅(qū)動器。它們由控制器控制。“五官”，收集機器人內(nèi)部狀態(tài)的信息或用來與外部環(huán)境進行通信。“大腦”，計算機器人關(guān)節(jié)的運動，確定每個關(guān)節(jié)應(yīng)移動多少和多遠才能達到預定的速度和位置，并監(jiān)督控制器和傳感器?！靶∧X”，從計算機獲取數(shù)據(jù)，控制驅(qū)動器的動作，并與傳感器反饋信息一起協(xié)調(diào)機器人的運動。操作系統(tǒng)：用來操作計算機機器人軟件：根據(jù)機器人的運動方程計算每個關(guān)節(jié)的 必要動作，然后將這些信息傳給控制器例行程序集合和應(yīng)用程序：為

8、了使用機器人外部設(shè)備或為了執(zhí)行特定任務(wù)而開發(fā)3. 工業(yè)機器人的分類1) 按系統(tǒng)功能分類 (1) 專用機器人：在固定地點以固定程序工作的機器人。其結(jié)構(gòu)簡單，無獨立控制系統(tǒng)，造價低廉，如附設(shè)在加工中心機床上的自動換刀機械手。 (2) 通用機器人： 具有獨立控制系統(tǒng)，通過改變控制程序能完成多種作業(yè)的機器人。其結(jié)構(gòu)復雜，工作范圍大，定位精度高，通用性強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的柔性制造系統(tǒng)。 (3) 示教再現(xiàn)式機器人：具有記憶功能，在操作者的示教操作后，能按示教的順序、位置、條件與其他信息反復重現(xiàn)示教作業(yè)。(4) 智能機器人：采用計算機控制，具有視覺、聽覺、觸覺等多種感覺功能和識別功能機器人，通過比較

9、和識別，能自主作出決策和規(guī)劃，自動進行信息反饋，完成預定的動作。 2) 按驅(qū)動方式分類(1) 氣壓傳動機器人：以壓縮空氣作為動力源驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機器人，具有動作迅速、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的特點，適用于高速輕載、高溫和粉塵大的作業(yè)環(huán)境。(2) 液壓傳動機器人：采用液壓元器件驅(qū)動，具有負載能力強、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏的特點，適用于重載或低速驅(qū)動場合。 (3) 電氣傳動機器人：用交流或直流伺服電動機驅(qū)動的機器人，不需要中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)，機械結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快，控制精度高，是近年來常用的機器人傳動方式。 3) 按結(jié)構(gòu)形式分類(1) 直角坐標機器人：由三個相互正交的平移坐標軸組成(見圖4-10(

10、a)，各個坐標軸運動獨立，具有控制簡單、定位精度高等特點。 (2) 圓坐標機器人： 由支柱和一個安狀在立柱上的水平臂組成，其立柱安裝座上，水平臂可以自由伸縮，并可沿立柱上下移動。該類機器人具有一個旋轉(zhuǎn)軸和兩個平移軸(見圖4-10(b)。 (3) 球坐標機器人：由回轉(zhuǎn)機座、俯仰鉸鏈和伸縮臂組成，具有兩個旋轉(zhuǎn)軸和一個平移軸(見圖4-10(c)。可伸縮搖臂的運動結(jié)構(gòu)與坦克的轉(zhuǎn)塔類似，可實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和俯仰運動。 (4) 關(guān)節(jié)機器人： 其運動類似人的手臂，由大小兩臂和立柱等機構(gòu)組成。大小臂之間用鉸鏈連接形成肘關(guān)節(jié)，大臂和立柱連接形成肩關(guān)節(jié)，可實現(xiàn)三個方向的旋轉(zhuǎn)運動(見圖4-10(d)。它能抓取靠近機座的物件

11、，也能繞過機座和目標間的障礙物去抓取物件，具有較高的運動速度和極好的靈活性，成為最通用的機器人。 工業(yè)機器人按臂部的運動形式分為四種直角坐標型的臂部可沿三個直角坐標移動；PPP圓柱坐標型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動作；PPR球坐標型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮；RRP關(guān)節(jié)型的臂部有多個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。PPP 三、機器人的分類第一節(jié) 概述直角坐標機器人結(jié)構(gòu)簡單；定位精度高；空間因數(shù)低；用于印刷電路基板的元件插入、緊固螺絲等。三、機器人的分類第一節(jié) 概述圓柱坐標型（R2P）結(jié)構(gòu)簡單；剛性好；空間利用率低；用于重物的裝卸和搬運，例如Versatran機器人三、機器人的分類第一節(jié) 概述極坐標、球坐標型（2RP）

12、結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間較小。三、機器人的分類第一節(jié) 概述水平多關(guān)節(jié)型垂直方向上的剛性好，適于裝配工作三、機器人的分類第一節(jié) 概述垂直多關(guān)節(jié)動作范圍寬；結(jié)構(gòu)剛度低；精度較低；裝配、搬運、弧焊、噴涂、點焊等圖4-10 工業(yè)機器人的基本結(jié)構(gòu)形式和工作空間(a)直角坐標機器人；(b)圓坐標機器人；(c)球坐標機器人；d)關(guān)節(jié)機器人 工業(yè)機器人按控制系統(tǒng)分類，分為伺服控制和非伺服控制。伺服控制機器人又可分點位型和連續(xù)軌跡型。點位型只控制執(zhí)行機構(gòu)由一點到另一點的準確定位，適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機構(gòu)按給定軌跡運動，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。工業(yè)機器人按程序輸入方式區(qū)

13、分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型工業(yè)機器人通過穿孔卡、穿孔帶或磁帶等信息載體輸入已編好的程序。 示教輸入型機器人的示教方法有兩種：一種由操作者手動操作控制器(示教操縱盒)，如圖4-11所示，將指令信號傳給驅(qū)動系統(tǒng)，使執(zhí)行機構(gòu)按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍；另一種由操作者直接控制執(zhí)行機構(gòu)，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。 三、機器人的分類按照機器人的用途分類：工業(yè)機器人： 焊接、噴漆、碼垛、裝配、搬運農(nóng)業(yè)機器人： 耕種、施肥、噴藥、嫁接、移載、收獲、灌溉、養(yǎng)殖探索機器人： 水下、太空、空間、危險環(huán)境服務(wù)機器人： 清潔、護理、救援、娛樂、保安其它機器人：醫(yī)療、福利、林業(yè)、漁業(yè)、建

14、筑等第一節(jié) 概述4. 工業(yè)機器人的性能特征工業(yè)機器人的性能特征影響著機器人的工作效率和可靠性。在設(shè)計和選用機器人時應(yīng)考慮如下幾個性能指標：(1) 自由度。自由度是衡量機器人技術(shù)水平的主要指標。所謂自由度，是指運動件相對于固定坐標系所具有的獨立運動。 每個自由度需要一個伺服軸進行驅(qū)動，因而自由度數(shù)越高，機器人可以完成的動作越復雜，通用性越強，應(yīng)用范圍也越廣，但相應(yīng)地帶來的技術(shù)困難也越大。一般情況下，通用工業(yè)機器人有36個自由度。 (2) 工作空間。工作空間是指機器人應(yīng)用手爪進行工作的空間范圍。機器人的工作空間取決于機器人的結(jié)構(gòu)形式和每個關(guān)節(jié)的運動范圍。圖4-10中分別畫出了各類機器人的工作空間，

15、其中直角坐標機器人的工作空間是一個矩形空間，圓柱坐標機器人的工作空間是一圓柱體，而球坐標機器人的工作空間是一個球體。(3) 提取重力。機器人提取的重力是反映其負載能力的一個參數(shù)，根據(jù)提取重力的不同，可將機器人大致分為： 微型機器人，提取重力在10 N以下； 小型機器人， 提取重力為1050 N； 中型機器人， 提取重力為50300 N； 大型機器人， 提取重力為300500 N； 重型機器人，提取重力在500 N以上。目前實際應(yīng)用機器人一般為中、小型機器人。 (4) 運動速度。 運動速度影響機器人的工作效率，它與機器人所提取的重力和位置精度均有密切的關(guān)系。運動速度高，機器人所承受的動載荷增大，

16、必將在加減速時承受較大的慣性力，影響機器人的工作平穩(wěn)性和位置精度。就目前的技術(shù)水平而言，通用機器人的最大直線運動速度大多在1000 mm/s以下。 (5) 位置精度。 位置精度是衡量機器人工作質(zhì)量的又一技術(shù)指標。位置精度的高低取決于位置控制方式以及機器人運動部件本身的精度和剛度，此外還與提取重力和運動速度等因素有密切的關(guān)系。 5. 工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)1) 工業(yè)機器人的手部結(jié)構(gòu)工業(yè)機器人的手部是直接用于抓取和握緊(或吸附)工件或夾緊專用工具進行操作的部件。它安裝在機器人手臂的前端，具有模仿人手動作的功能。 由于被握持工件的形狀、尺寸、質(zhì)量、材料性能以及表面形狀不同，故工業(yè)機器人的手部結(jié)構(gòu)多種多

17、樣，大部分手部結(jié)構(gòu)都是根據(jù)特定的工作要求而專門設(shè)計的，它們不僅結(jié)構(gòu)形式不完全相同，其工作原理也并不一樣。如按握持工件的原理分，機器人的手部可大致分為夾持式和吸附式兩大類。 夾持式手部是利用夾鉗的開閉來夾緊和抓取工件的，按其結(jié)構(gòu)又分為兩指或多指、回轉(zhuǎn)和平移、外夾和內(nèi)撐等多種形式。 吸附式手部又分為氣吸式和磁吸式： 氣吸式手部利用真空吸力及負壓吸力吸持工件，它適用于抓取薄片工件，通常吸盤由橡膠或塑料制成；磁吸式手部利用電磁鐵和永久磁鐵的磁場力吸取具有磁性物質(zhì)的小五金工件。 除此之外，在機器人腕部可直接安裝被視為特殊手部的專用工具，如焊槍、噴槍、電動扳手、電鉆等。 圖4-12 機器人手部的結(jié)構(gòu)類型

18、2) 手臂的機械結(jié)構(gòu)手臂是機器人機械結(jié)構(gòu)的重要部件，它具有前后伸縮、上下升降、左右擺動或左右回轉(zhuǎn)等運動功能。機器人手臂由大臂和小臂組成，小臂只完成伸縮運動，大臂完成回轉(zhuǎn)、升降或上下擺動運動。機器人的大臂與機座連在一起，小臂前端裝有手腕和手部。若沒有手腕，可在手臂前端直接安裝手部。 手臂是支持手指和手腕部分的機構(gòu)，它不僅承受被抓取工件的物重，而且承受手部、手腕和手臂自身的重量。 它的結(jié)構(gòu)性能、工作范圍、承載能力和動作精度直接影響機器人的工作性能。 因此，必須根據(jù)機器人的抓取物重、運動方式、自由度數(shù)和運動速度等要求來設(shè)計選擇手臂的結(jié)構(gòu)形式。 機器人手臂有不同的結(jié)構(gòu)形式和驅(qū)動方法。常見的驅(qū)動方式有氣

19、壓驅(qū)動、液壓驅(qū)動、電力驅(qū)動以及復合驅(qū)動方式等。常用的運動形式和傳動機構(gòu)有：(1) 直線運動機構(gòu)包括直線運動液(氣)壓缸、絲桿螺母機構(gòu)、直線電動機、鏈傳動、直線液(氣)壓缸加齒輪齒條機構(gòu)、絲桿螺母加花鍵導向機構(gòu)等。 (2) 回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)包括葉片式擺動液(氣)壓缸、直線液(氣)壓缸加齒輪齒條機構(gòu)、回轉(zhuǎn)液(氣)壓缸加行星機構(gòu)、直線液(氣)壓缸加鏈條鏈輪機構(gòu)、擺動直線液(氣)壓缸加擺桿機構(gòu)等。 3) 手腕的機械結(jié)構(gòu)手腕是連接手部和手臂的部件，起著調(diào)整和改變手部方位的作用(見圖4-13)。然而不是所有的機器人都有手腕部分。手腕的設(shè)置增加了手臂的負荷，影響機器人的抓取能力和慣性矩。在設(shè)計機器人手腕時應(yīng)考慮

20、如下的兩個原則：(1) 凡是能由臂部完成的動作，盡量不選取腕部，以使機器人結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，降低成本且減輕重量，改善機器人的動力學性能。 (2) 在不得不使用手腕時，應(yīng)使腕部的結(jié)構(gòu)在保證動作要求下盡量簡單、緊湊和小巧。機器人手腕的設(shè)計首先應(yīng)確定所要求的運動和動作。手腕動作一般是在手臂動作確定之后，根據(jù)工件的上下料要求進行確定的。手臂完成不了的動作由手腕來完成，或同時考慮和分配手臂、手腕共同擔負的動作。 手腕的機械結(jié)構(gòu)是根據(jù)它的運動要求來確定的。對于手腕的回轉(zhuǎn)運動，多采用回轉(zhuǎn)液(氣)壓缸或直線液(氣)壓缸加齒條的結(jié)構(gòu)形式。 6. 工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)1) 機器人控制系統(tǒng)的組成機器人控制系統(tǒng)的組

21、成如圖4-14所示。 (1) 控制計算機：控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機構(gòu)，一般為微型機，微處理器有32位、64位等，如奔騰系列CPU以及其他類型的CPU。 (2) 示教盒：設(shè)定示教機器人的工作軌跡和參數(shù)以及所有人機交互操作，擁有自己獨立的CPU及存儲單元，與主計算機之間以串行通信方式實現(xiàn)信息交互。 (3) 操作面板：由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構(gòu)成，只完成基本操作功能。(4) 存儲設(shè)備：存儲機器人工作程序的外圍存儲器，分為硬盤和軟盤兩大類。(5) 數(shù)字和模擬量輸入輸出：各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出設(shè)備。(6) 打印機接口：記錄需要輸出的各種信息。(7) 傳感器接口：用于信息的自動檢測，實現(xiàn)機器人柔性控

22、制，一般為力覺、觸覺和視覺傳感器。 (8) 軸控制器：完成機器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度的控制。(9) 輔助控制設(shè)備：用于配合機器人工作的輔助控制設(shè)備，如手爪變位器等。(10) 通信接口：實現(xiàn)機器人和其他設(shè)備的信息交換，一般分為串行接口和并行接口。(11) 網(wǎng)絡(luò)接口：通過網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)更多擴展功能。 2) 機器人的編程語言及其分類描述機器人運動的語言叫做機器人語言(Robot Language)。以機器人語言為線索，利用機器人語言對機器人編程，可實現(xiàn)對機器人及其周邊裝置的控制。機器人語言是一種在人與機器人之間記錄信號或交換信息的程序語言。從不同的方面考慮，機器人語言有多種分類方法，通常人們根據(jù)作

23、業(yè)描述水平將其分為三級。 (1) 動作級。 動作級語言以機器人的運動作為描述的中心，由一系列命令組成，一般一個命令對應(yīng)一個動作，語言簡單，易于編程，其缺點是不能進行復雜的數(shù)學運算。 (2) 對象級。 對象級語言是以描寫操作物之間的關(guān)系為中心的語言。 (3) 任務(wù)級。 任務(wù)級語言是比較高級的機器人語言，這類語言允許使用者對工作任務(wù)要求達到的目標直接下命令，不需要規(guī)定機器人所做的每一個動作的細節(jié)，只要按某種原則給出最初的環(huán)境模型和最終的工作狀態(tài)，機器人即可自動進行推理計算，最后生成機器人的動作。 7工業(yè)機器人的應(yīng)用1) 在摩托車行業(yè)中的應(yīng)用海南新大洲摩托車廠用4臺弧焊機器人工作站完成新大洲50系列

24、摩托車的車架焊接。該生產(chǎn)線自1998年3月投入運行以來，運行良好，性能穩(wěn)定。南京金城機械有限公司在其125-7D車架的生產(chǎn)線上使用了7臺機器人用于焊接和切割，提高了產(chǎn)品的一致性。 2) 在電子、家電行業(yè)中的應(yīng)用機器人的應(yīng)用改變了韻聲集團八音琴全靠手工裝配的歷史，提高了企業(yè)形象，積累了經(jīng)驗，培養(yǎng)了人才，為企業(yè)的下一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。3) 在石化行業(yè)中的應(yīng)用哈工大博實公司自主開發(fā)的“自動包裝機器人碼垛生產(chǎn)線”應(yīng)用于大慶石化公司10萬噸/年聚丙烯生產(chǎn)裝置，全線實現(xiàn)了自動運行， 動作平穩(wěn)可靠，運行速度快，稱重精度高，縫口位置準確，碼垛垛形整齊。 4) 在采礦業(yè)中的應(yīng)用采礦業(yè)是一種勞動條件相當惡劣的生產(chǎn)

25、行業(yè)，根據(jù)井下作業(yè)的特殊條件和特點，機器人主要應(yīng)用在以下幾個方面：(1) 特殊煤層采掘機器人目前，一般煤礦都用綜合機械化采煤機采煤，但對于薄煤層這類特殊情況，運用綜合機械化采煤機采煤就很不方便，有時甚至是不可能的，而人工采煤作業(yè)又十分艱苦和危險，但如果舍棄薄煤層，又會造成資源的極大浪費。因此，采用遙控機器人進行特殊煤層的采掘是最佳的方法。這種采掘機器人應(yīng)該能拿起各種工具，比如高速轉(zhuǎn)機、電動機和其它采爆器械等，并且能操作這些工具。這種機器人的肩部應(yīng)裝有強光源和視覺傳感器，這樣能及時將采區(qū)前方的情況傳送給操作人員。 (2) 鑿巖機器人。這種機器人可以利用傳感器來確定巷道的上緣，這樣就可以自動瞄準巷

26、道縫，然后把鉆頭按規(guī)定的間隔布置好，鉆孔過程用微機控制，隨時根據(jù)巖石硬度調(diào)整鉆頭的轉(zhuǎn)速、力的大小以及鉆孔的形狀，這樣可以大大提高生產(chǎn)率，人只要在安全的地方監(jiān)視整個作業(yè)過程就行了。(3) 井下噴漿機器人。井下噴漿作業(yè)是一項繁重且危害人體健康的作業(yè)，目前這種作業(yè)主要由人操作機械裝置來完成，缺陷很多。采用噴漿機器人不僅可以提高噴涂質(zhì)量，也可以將人從惡劣和繁重的作業(yè)環(huán)境中解放出來。 (4) 瓦斯、地壓檢測機器人。瓦斯和沖擊地壓是井下作業(yè)中的兩個不安全的自然因素，一旦發(fā)生突然事故，則相當危險，后果十分嚴重。瓦斯和沖擊地壓在形成突發(fā)事故之前都會表現(xiàn)出種種跡象，如巖石破裂等。采用帶有專用新型傳感器的移動式機

27、器人連續(xù)監(jiān)視采礦狀態(tài)，可以及早發(fā)現(xiàn)突發(fā)事故的先兆，采取相應(yīng)的預防措施。此外，在食品工業(yè)、核工業(yè)等行業(yè)中也已經(jīng)開始廣泛使用機器人來代替一些手工作業(yè)。 2.5.2 點焊機器人 (1)點焊機器人的應(yīng)用范圍 汽車工業(yè)是點焊機器人一個典型的應(yīng)用領(lǐng)域。一般裝配每臺汽車車體大約需要完成3000一4000個焊點，而其中的60%是由機器人完成的。在有些大批量汽車生產(chǎn)線上，服役的機器人臺數(shù)甚至高達150臺。 引人機器人會取得下述效益: a.改善多品種混流生產(chǎn)的柔性; b. 提高焊接質(zhì)量并提高生產(chǎn)率; c. 把工人從惡劣的作業(yè)環(huán)境中解放出來。 今天，機器人已經(jīng)成為汽車生產(chǎn)行業(yè)的支柱裝備。 (2)點焊機器人的性能要求

28、 最初，點焊機器人只用于增強焊作業(yè) (往己拼接好的工件上增加焊點)。后來為了保證拼接精度，又讓機器人完成定位焊作業(yè)。這樣點焊機器人逐漸被要求具有更全的作業(yè)性能。 具體來說有: a.安裝面積小，工作空間大; b.節(jié)距的多點定位 (例如每0.3一0.4S移動30一50mm節(jié)距后定位); c.定位精度高 (+0.25mm)，以確保焊接質(zhì)量; d.持重大 (60一150kgf)，以便攜帶內(nèi)裝變壓器的焊鉗; f.示教簡單，節(jié)省工時 g.安全可靠性好。1牛頓(N)=0.225磅力(lbf)=0.102千克力(kgf). (3) 點焊機器人的分類 在驅(qū)動形式方面，由于電伺服技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓伺服在機器人中

29、的應(yīng)用逐漸減少，甚至大型機器人也在朝電機驅(qū)動方向過渡。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，機器人技術(shù)在性能、小型化、可靠性以及維修等方面的進步日新月異。 在機型方面盡管主流仍是多用途的大型六軸垂直多關(guān)節(jié)型機器人，但是出于機器人加工條件的需要，一些汽車制造廠家也在進行開發(fā)立體配置的3一5軸小型專用機器人的嘗試。 (4)典型點焊機器人的規(guī)格 以持重120kgf，最高速度4m/s的六軸垂直多關(guān)節(jié)機器人為例，這是一種典型的點焊機器人，可勝任大多數(shù)本體裝配工序的點焊作業(yè)。 2.5.3 裝配機器人（1）裝配機器人（裝配單元、裝配線）水平多關(guān)節(jié)型機器人是裝配機器人的典型代表。它共有4個自由度:兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，上下移動以及手

30、腕的轉(zhuǎn)動。最近開始在一些機器人上配備各種可換手，以增加通用性。手爪主要有電動手爪和氣動手爪兩種形式氣動手爪相對來說比較簡單，價格便宜，因而在一些要求不太高的場合用得比較多。電動手爪造價比較高，主要用在一些特殊場合 帶有傳感器的裝配機器人可以更好地順應(yīng)對象物進行柔軟的操作。裝配機器人經(jīng)常使用的傳感器有視覺傳感器、觸覺傳感器、接近覺傳感器和力傳感器等。 視覺傳感器主要用于零件或工件的位置補償，零件的判別、確認等。 觸覺和接近覺傳感器一般固定在指端，用來補償零件或工件的位置誤差，防止碰撞等。 力傳感器一般裝在腕部，用來檢測腕部受力情況，一般在精密裝配或去飛邊一類需要力控制的作業(yè)中使用。 （2） 裝配

31、機器人的周邊設(shè)備 機器人進行裝配作業(yè)時，除機器人主機、手爪、傳感器外，零件供給裝置和工件搬運裝置也至為重要。無論從投資額的角度還是從安裝占地面積的角度，它們往往比機器人主機所占的比例大。周邊設(shè)備常由可編程控制器控制，此外一般還要有臺架、安全欄等。 零件供給器 零件供給器的作用是保證機器人能逐個正確地抓取待裝配零件，保證裝配作業(yè)正常進行。給料器 用振動或回轉(zhuǎn)機構(gòu)把零件排齊，并逐個送到指定位置。托 盤 大零件或易磕碰劃傷的零件加工完畢后一般應(yīng)碼放在稱為托盤的容器中運輸，托盤裝置能按一定精度要求把零件送到給定位置，然后再由機器人一個一個取出。輸送裝置 在機器人裝配線上，輸送裝置承擔把工件搬運到各作業(yè)

32、地點的任務(wù)，輸送裝置中以傳送帶居多。輸送裝置的技術(shù)問題是停止精度、停止時的沖擊和減速振。減震器可用來吸收沖擊能。 2.5.4 噴涂機器人 (painting robot) 噴涂機器人廣泛用于汽車車體、家電產(chǎn)品和各種塑料制品的噴涂作業(yè)。 噴涂機器人在使用環(huán)境和動作要求上有如下的特點: 工作環(huán)境包含易爆的噴涂劑蒸氣; 沿軌跡高速運動，途經(jīng)各點均為作業(yè)點; 多數(shù)和被噴涂件都搭載在傳送帶上，邊移動邊噴涂，所以它需要一些特殊性能。 噴涂機器人通常有液壓噴涂機器人和電動噴涂機器人兩類。 (1)液壓噴涂機器人 機器人的結(jié)構(gòu)為六軸多關(guān)節(jié)型，工作空間大，腰回轉(zhuǎn)采用液壓馬達驅(qū)動，手臂采用油缸驅(qū)動。手部采用柔性用腕

33、結(jié)構(gòu)，可繞臂的中心軸沿任意方向做110彎曲，而且在任意彎曲狀態(tài)下可繞腕中心軸扭轉(zhuǎn)420。由于腕部不存在奇異位形，所以能噴涂形態(tài)復雜的工件并具有很高的生產(chǎn)率。 關(guān)鍵技術(shù)： 高精度伺服控制技術(shù) 在補償臂姿態(tài)、變速變化引起的慣性矩變化的位置反饋回路中采用可變PID控制;在速度反饋系統(tǒng)中進行可變P控制，以補償作業(yè)中噴涂速度可能發(fā)生的大幅度的變化;實施加減速控制，以防止在運動軌跡的拐點產(chǎn)生振動。液壓系統(tǒng)的限速措施 用遙控操作進行示教和修正時，需要操作者靠近機器人作業(yè)。為了安全起見，不但應(yīng)在軟件上采取限速措施，而且在硬件方面應(yīng)加裝限速液壓回路。 防爆技術(shù) 噴涂機器人主機和操作板必須滿足本質(zhì)防爆安全規(guī)程的有

34、關(guān)規(guī)定。(2)電動噴涂機器人 近年來，由于AC伺服電機的應(yīng)用和高速伺服技術(shù)的迸步，在噴涂機器人中采用電驅(qū)動已經(jīng)參展為可能?，F(xiàn)階段，電動噴涂機器人多采用耐壓或內(nèi)壓防爆結(jié)構(gòu)，限定在1級危險環(huán)境 (在通常條件下有生成危險氣體介質(zhì)之虞)和2級危險環(huán)境 (在異常條件下有生成危險氣體介質(zhì)之虞)下使用。 電動噴涂機器人一般也有六個軸，但工作空間大。在設(shè)計手臂時注意了減輕重量和簡化結(jié)構(gòu)，結(jié)果降低了慣性負荷，提高了高速動作的軌跡精度。 該機具有與液壓噴涂機器人完全一樣的控制功能。只是驅(qū)動改用AC伺服電機和相應(yīng)的驅(qū)動電路，維修保養(yǎng)十分方便。 電動噴涂機器人采用所謂內(nèi)壓防爆方式，就是指往電氣箱中人為地注人高壓氣體

35、(比易爆危險氣體介質(zhì)的壓力高)的做法。在此基礎(chǔ)上，如再采用無火花AC電機和無刷旋轉(zhuǎn)變壓器，則可組成安全性更好的防爆系統(tǒng)。 2.6 其他用途的工業(yè)機器人 搬運機器人 主要用于工廠中一些工序的上下料作業(yè)、拆垛和碼垛作業(yè)等。這類機器人精度相對低一些，但負荷比較大，運動速度比較高。其機器人操作機多采用點焊或弧焊機器人結(jié)構(gòu)，也有的采用框架式和直角坐標式結(jié)構(gòu)形式。隨著工廠自動化程度的不斷提高和生產(chǎn)節(jié)拍的加快，搬運機器人使用得越來越多。 水切割機器人、激光加工機器人 它通過高壓水和激光這種新的工具，對工件實施切割、焊接或者是金屬材料的表面特殊處理，可以實現(xiàn)金屬及其他材料的特殊加工。高壓水切割的特點是其切縫處光滑，無需進行二次處理，并且避免了其他熱加工手段帶來的工件變形。激光加工則是充分利用了激光的特性，實現(xiàn)對工件的精密切割、鉆孔、焊接以及表面熱處理這些作業(yè)往往是傳統(tǒng)的加工手段無法完成的。