認(rèn)識(shí)工業(yè)機(jī)器人課件

項(xiàng)目1認(rèn)識(shí)工業(yè)機(jī)器人項(xiàng)目1認(rèn)識(shí)工業(yè)機(jī)器人1知識(shí)目標(biāo)1．掌握機(jī)器人操作安全注意事項(xiàng)；2．掌握弧焊機(jī)器人系統(tǒng)的組成部份及各部分的功能；3．掌握示教器的結(jié)構(gòu)、功能及按鍵使用方法；4．了解工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能、分類及選擇方法。技能目標(biāo)1．能正確選擇機(jī)器人運(yùn)行模式；2．能正確操作示教器搖桿及使能鍵。【學(xué)習(xí)目標(biāo)】【學(xué)習(xí)目標(biāo)】2認(rèn)識(shí)工業(yè)機(jī)器人【工作任務(wù)】【工作任務(wù)】3【知識(shí)準(zhǔn)備】工業(yè)機(jī)器人是目前技術(shù)上最成熟的機(jī)器人，它實(shí)質(zhì)上是能根據(jù)預(yù)先編制的操作程序自動(dòng)重復(fù)工作的自動(dòng)化機(jī)器，所以這種機(jī)器人也稱為重復(fù)型工業(yè)機(jī)器人。一、工業(yè)機(jī)器人概述【知識(shí)準(zhǔn)備】一、工業(yè)機(jī)器人概述4（1）工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成工業(yè)機(jī)器人的本體主要是一只類似于人上肢功能的關(guān)節(jié)型機(jī)械手，其控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖1-1所示。圖1-1一般工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)基本構(gòu)成1．工業(yè)機(jī)器人的基本組成與控制方式（1）工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成圖1-1一般工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)基5高性能的通用型工業(yè)機(jī)器人一般采用關(guān)節(jié)式的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在每個(gè)關(guān)節(jié)中安裝伺服電動(dòng)機(jī)，通過計(jì)算機(jī)對驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。如圖1-2所示。圖1-2工業(yè)機(jī)器人控制過程高性能的通用型工業(yè)機(jī)器人一般采用關(guān)節(jié)式的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在每個(gè)關(guān)節(jié)6（2）工業(yè)機(jī)器人的控制方式

示教再現(xiàn)和位置控制。示教再現(xiàn)控制就是操作人員通過示教器把作業(yè)程序內(nèi)容編制成程序，輸入到記憶裝置中。給出啟動(dòng)命令后，系統(tǒng)從存儲(chǔ)單元中讀出信息并送到控制裝置，控制裝置發(fā)出控制信號，由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制機(jī)械手在一定精度范圍內(nèi)按照存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容完成各種動(dòng)作（2）工業(yè)機(jī)器人的控制方式7位置控制---點(diǎn)位控制和連續(xù)路徑控制點(diǎn)位控制方式只控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)位置，而不關(guān)心這兩點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡，這種控制方式可完成無障礙條件下的點(diǎn)焊、上下料、搬運(yùn)等操作。連續(xù)路徑控制這種方式不僅要求機(jī)器人以一定的精度達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)，而且對移動(dòng)軌跡也有一定精度要求，例如機(jī)器人噴漆、弧焊等操作。連續(xù)路徑控制方式的實(shí)現(xiàn)是以點(diǎn)位控制為基礎(chǔ)的，在每兩個(gè)點(diǎn)之間采用滿足精度要求的位置軌跡插補(bǔ)運(yùn)算即可實(shí)現(xiàn)軌跡的連續(xù)化。位置控制---點(diǎn)位控制和連續(xù)路徑控制82.工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)反映了機(jī)器人的適用范圍和工作性能，是選擇、使用機(jī)器人必須考慮的關(guān)鍵問題。2.工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)反映了機(jī)器人的適9（1）自由度自由度是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。自由物體在空間有6個(gè)自由度，即3個(gè)移動(dòng)自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。如果機(jī)器人是一個(gè)開式連桿系，而每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)副又只有一個(gè)自由度，那么機(jī)器人的自由度數(shù)就等于它的關(guān)節(jié)數(shù)。目前生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)器人通常具有4～6個(gè)自由度。（1）自由度10（2）工作范圍機(jī)器人的工作范圍是指機(jī)器人手臂末端或手腕中心運(yùn)動(dòng)時(shí)所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合。工作范圍一般指不安裝末端執(zhí)行器時(shí)的工作區(qū)域。ABB工業(yè)機(jī)器人的工作范圍如圖1-3所示，其陰影部分為機(jī)器人手臂可以到大的范圍。（2）工作范圍11圖1-3工業(yè)機(jī)器人的工作范圍圖1-3工業(yè)機(jī)器人的工作范圍12（3）最大工作速度機(jī)器人的最大工作速度是指機(jī)器人主要關(guān)節(jié)上最大的穩(wěn)定速度或手臂末端最大的合成速度，因生產(chǎn)廠家不同而標(biāo)注不同，一般都會(huì)在技術(shù)參數(shù)中加以說明。（3）最大工作速度13（4）負(fù)載能力工業(yè)機(jī)器人的負(fù)載能力又稱為有效負(fù)載，指機(jī)器人在工作時(shí)臂端可能搬運(yùn)的物體質(zhì)量或所能承受的力。當(dāng)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的臂桿處于不同位姿時(shí)，其負(fù)載能力是不同的。機(jī)器人的額定負(fù)載能力是指其臂桿在工作空間中任意位姿時(shí)腕關(guān)節(jié)端部所能搬運(yùn)的最大質(zhì)量。（4）負(fù)載能力14（5）定位精度和重復(fù)定位精度工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度主要包括定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度是指工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器的實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的偏差。重復(fù)定位精度（又稱為重復(fù)精度）是指工業(yè)機(jī)器人在同一環(huán)境、同一條件、同一目標(biāo)動(dòng)作及同一命令下，工業(yè)機(jī)器人連續(xù)運(yùn)動(dòng)若干次重復(fù)定位至同一目標(biāo)位置的能力。（5）定位精度和重復(fù)定位精度15點(diǎn)位控制機(jī)器人的位置精度不夠，會(huì)造成實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間有較大的偏差；連續(xù)軌跡控制型機(jī)器人的位置精度不夠，則會(huì)造成實(shí)際工作路徑相對于示教路徑或離線編程路徑之間的偏差，如圖1-4所示。點(diǎn)位控制機(jī)器人的位置精度不夠，會(huì)造成實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之16圖1-4工作路徑與示教路徑的偏差圖1-4工作路徑與示教路徑的偏差17除了這些技術(shù)指標(biāo)以外，機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)中通常還包括電源、環(huán)境溫度、濕度等方面的要求這些指標(biāo)也是機(jī)器人能夠正常工作的必要條件，ABB2400L型機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)見表1-1。除了這些技術(shù)指標(biāo)以外，機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)中通常還包括電源、環(huán)境18機(jī)械結(jié)構(gòu)6自由度載荷重量7kg定位精度±0.06mm安裝方式落地式本體重量380kg電源容量4kVA總高1731mm標(biāo)準(zhǔn)涂色橘黃色最大工作范圍1軸（旋轉(zhuǎn)）360°2軸（立臂）200°3軸（橫臂）125°4軸（腕）370°5軸（腕擺）240°6軸（腕轉(zhuǎn)）800°表1-1ABB2400L型機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)機(jī)械結(jié)構(gòu)6自由度載荷重量7kg定位精度±0.06mm安裝方式19最大速度1軸（旋轉(zhuǎn)）150°/s2軸（臂）150°/s3軸（臂）150°/s4軸（腕）360°/s5軸（彎曲）360°/s6軸（旋轉(zhuǎn)）450°/s安裝環(huán)境環(huán)境溫度5～45℃相對濕度最高95%防護(hù)等級IP54噪音水平最高70dB(A)表1-1ABB2400L型機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)（續(xù)）最大速度1軸（旋轉(zhuǎn)）150°/s2軸（臂）150°/s3軸（20二、工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)也就是它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又叫作操作機(jī)，是由一系列連桿和關(guān)節(jié)或其他形式的運(yùn)動(dòng)副所組成，可實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，它包括基座、腰、臂、腕和手等部件，如圖1-5所示為早期的機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)。二、工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)也21圖1-5工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖1-5工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)22圖1-5工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖1-5工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)23（1）基座工業(yè)機(jī)器人的基座是機(jī)器人的基礎(chǔ)部分（2）腰工業(yè)機(jī)器人的腰是臂的支承部分（3）臂工業(yè)機(jī)器人的臂是執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的主要運(yùn)動(dòng)部件（4）腕工業(yè)機(jī)器人的腕是連接臂與手的部件，起支承手的作用（5）手工業(yè)機(jī)器人的手是安裝在工業(yè)機(jī)器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件（1）基座工業(yè)機(jī)器人的基座是機(jī)器人的基礎(chǔ)部分24三、ABB機(jī)器人系統(tǒng)組成及功能工業(yè)機(jī)器人由機(jī)器人本體、控制柜、示教器等組成。如圖1-7所示。三、ABB機(jī)器人系統(tǒng)組成及功能工業(yè)機(jī)器人由機(jī)器人本體、控制柜25圖1-7工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)組成圖1-7工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)組成261．機(jī)器人本體用于搬運(yùn)工件和夾持焊槍，執(zhí)行工作任務(wù)，如搬運(yùn)和焊接等。1．機(jī)器人本體用于搬運(yùn)工件和夾持焊槍，執(zhí)行工作任務(wù)，如搬運(yùn)和272．控制柜用于安裝各種控制單元，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)和執(zhí)行程序，是機(jī)器人系統(tǒng)的大腦?？刂乒癜存I如圖1-8所示。2．控制柜用于安裝各種控制單元，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)和執(zhí)行程序28A—主電源開關(guān)B—緊急停止按鈕C—電動(dòng)機(jī)上電/失電按鈕D—模式選擇按鈕圖1-8控制柜鍵鈕A—主電源開關(guān)圖1-8控制柜鍵鈕29（1）主電源開關(guān)機(jī)器人系統(tǒng)的總開關(guān)。（2）緊急停止按鈕在任何模式下，按下該按鈕，機(jī)器人立即停止動(dòng)作。要使機(jī)器人重新動(dòng)作，必須使它恢復(fù)至原來位置。（1）主電源開關(guān)30（3）馬達(dá)上電/失電按鈕表示機(jī)器人馬達(dá)的工作狀態(tài)，按鍵燈常亮，表示上電狀態(tài)，機(jī)器人的馬達(dá)被激活，準(zhǔn)備好執(zhí)行程序；按鍵燈快閃，表示機(jī)器人未同步（未標(biāo)定或計(jì)數(shù)器未更新），但馬達(dá)已激活；按鍵燈慢閃，表示至少有一種安全停止生效，馬達(dá)未激活。（3）馬達(dá)上電/失電按鈕31圖1-9運(yùn)行模式選擇開關(guān)A兩位開關(guān)B三位開關(guān)（4）模式選擇按鈕一般有如圖1-9所示的兩種。圖1-9運(yùn)行模式選擇開關(guān)（4）模式選擇按鈕一般有如圖132A自動(dòng)模式機(jī)器人運(yùn)行時(shí)使用，在此狀態(tài)下，操縱搖桿不能使用。B手動(dòng)減速模式相應(yīng)狀態(tài)為手動(dòng)狀態(tài)，機(jī)器人只能以低速、手動(dòng)控制運(yùn)行。必須按住使能器才能激活電機(jī)。C手動(dòng)全速模式用于在與實(shí)際情況相近的情況下調(diào)試程序。認(rèn)識(shí)工業(yè)機(jī)器人課件333．示教器示教器包含很多功能，如手動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人，編輯程序，運(yùn)行程序等。它與控制柜通過一根電纜連接。其結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。3．示教器示教器包含很多功能，如手動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人34A—插頭B—觸摸屏C—急停按鈕D—手動(dòng)上電按鍵（使能鍵）E—操縱搖桿F—全速運(yùn)行保持鍵圖1-10示教器組成結(jié)構(gòu)A—插頭圖1-10示教器組成結(jié)構(gòu)35注意：自動(dòng)模式下，使能鍵不起作用；手動(dòng)模式下，該鍵有三個(gè)位置，即：

1）不按--釋放狀態(tài)：機(jī)器人馬達(dá)不上電，機(jī)器人不能動(dòng)作；2）輕輕按下：機(jī)器人馬達(dá)上電，機(jī)器人可以按指令或搖桿操縱方向移動(dòng)；3）用力按下：機(jī)器人馬達(dá)失電，停止運(yùn)動(dòng)。注意：364．示教器菜單及窗口（1）菜單系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)程從主菜單開始，每項(xiàng)應(yīng)用將在該菜單中選擇。按系統(tǒng)菜單鍵可以顯示系統(tǒng)主菜單，如圖1-12所示，各菜單功能見表1-2。4．示教器菜單及窗口37圖1-12系統(tǒng)主菜單圖1-12系統(tǒng)主菜單38表1-2ABB機(jī)器人主菜單功能圖標(biāo)名稱功能輸入輸出（I/O）查看輸入輸出信號手動(dòng)操縱手動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人時(shí)，通過該選項(xiàng)選擇需要控制的單元，如機(jī)器人或變位機(jī)等。自動(dòng)生產(chǎn)窗口由手動(dòng)模式切換到自動(dòng)模式時(shí)，窗口自動(dòng)跳出。自動(dòng)運(yùn)行中可觀察程序運(yùn)行狀況。程序數(shù)據(jù)窗口設(shè)置數(shù)據(jù)類型，即設(shè)置應(yīng)用程序中不同指令所需的不同類型的數(shù)據(jù)。程序編輯器用于建立程序、修改指令及程序的復(fù)制、粘貼等。備份與恢復(fù)備份程序、系統(tǒng)參數(shù)等。表1-2ABB機(jī)器人主菜單功能圖標(biāo)名稱功能輸入輸出（I/39校準(zhǔn)輸入、偏移量、零位等校準(zhǔn)?？刂泼姘鍏?shù)設(shè)定、I/O單元設(shè)定、弧焊設(shè)備設(shè)定、自定義鍵設(shè)定及語言選擇等。例如，示教器中英文界面選擇方法：ABB→控制面板→語言→ControlPanel→Language→Chinese。事件日志記錄系統(tǒng)發(fā)生的事件，如馬達(dá)上電/失電、出現(xiàn)操作錯(cuò)誤等各種過程。資源管理器新建、查看、刪除文件夾或文件等。系統(tǒng)信息查看整個(gè)控制器的型號、系統(tǒng)版本和內(nèi)存等。校準(zhǔn)輸入、偏移量、零位等校準(zhǔn)?？刂泼姘鍏?shù)設(shè)定、I/O單元設(shè)40（2）窗口菜單中每項(xiàng)功能選擇后，都會(huì)在任務(wù)欄中顯示一個(gè)按鈕?？梢园创税粹o進(jìn)行切換當(dāng)前的任務(wù)（窗口）。如圖1-13所示，使用中同時(shí)打開四個(gè)窗口，最多可以打開6個(gè)窗口，且可以通過點(diǎn)擊窗口下方任務(wù)欄按鈕實(shí)現(xiàn)在不同窗口之間的切換。（2）窗口41如圖1-13機(jī)器人系統(tǒng)窗口1.操縱窗口2.程序數(shù)據(jù)窗3.輸入/輸出窗口4.編程窗口如圖1-13機(jī)器人系統(tǒng)窗口42（3）快捷菜單快捷菜單提供較操作窗口更快捷的操作按鍵，每項(xiàng)菜單使用一個(gè)圖標(biāo)顯示當(dāng)前的運(yùn)行模式或設(shè)定。快捷菜單如圖1-14所示，各選項(xiàng)含義見表1-3。（3）快捷菜單43圖1-14機(jī)器人系統(tǒng)快捷菜單圖1-14機(jī)器人系統(tǒng)快捷菜單44表1-3ABB機(jī)器人系統(tǒng)快捷菜單功能圖標(biāo)名稱功能快捷鍵快速顯示常用選項(xiàng)機(jī)械單元工件與工具坐標(biāo)系的改變步長手動(dòng)操縱機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)運(yùn)行模式有連續(xù)和單周運(yùn)行兩種步進(jìn)運(yùn)行不常用速度模式運(yùn)行程序時(shí)使用，調(diào)節(jié)運(yùn)行速度的百分率表1-3ABB機(jī)器人系統(tǒng)快捷菜單功能圖標(biāo)名稱功能快捷鍵快45【知識(shí)拓展】工業(yè)機(jī)器人一般屬于關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其軌跡規(guī)劃是根據(jù)作業(yè)任務(wù)的要求，計(jì)算出預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡，首先對機(jī)器人的任務(wù)、運(yùn)動(dòng)路徑和軌跡進(jìn)行描述，機(jī)器人軌跡規(guī)劃屬于機(jī)器人低層規(guī)劃，基本上不涉及人工智能問題。工業(yè)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃【知識(shí)拓展】工業(yè)機(jī)器人一般屬于關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其軌跡規(guī)劃是根據(jù)461．軌跡規(guī)劃方法路徑約束和障礙約束的組合把機(jī)器人的規(guī)劃與控制方式劃分為四類，如表1-4所示。表1-4機(jī)器人操作臂控制方法障礙約束有無路徑約束有離線無碰撞路徑規(guī)則+在線路徑跟蹤離線路徑規(guī)則+在線路徑跟蹤無位置控制+在線障礙探測和避障位置控制1．軌跡規(guī)劃方法路徑約束和障礙約束的組合把機(jī)器人的規(guī)劃與控制47機(jī)器人最常用的軌跡規(guī)劃方法有兩種：第一種方法要求用戶對于選定的轉(zhuǎn)變結(jié)點(diǎn)(插值點(diǎn))上的位姿、速度和加速度給出一組顯式約束(例如連續(xù)性和光滑程度等)，軌跡規(guī)劃結(jié)點(diǎn)進(jìn)行插值，并滿足約束條件；第二種方法要求用戶給出運(yùn)動(dòng)路徑的解析式，如為直角坐標(biāo)空間中的直線路徑，軌跡規(guī)劃在關(guān)節(jié)空間或直角坐標(biāo)空間中確定一條軌跡來逼近預(yù)定的路徑。機(jī)器人最常用的軌跡規(guī)劃方法有兩種：48

圖1-15搬運(yùn)機(jī)器人工作路徑圖1-16焊接機(jī)器人工作路徑

2．機(jī)器人關(guān)節(jié)軌跡的插值計(jì)算

圖1-15搬運(yùn)機(jī)器人工作路徑49如圖1-15所示，搬運(yùn)機(jī)器人的工作是要把物體從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，至于移動(dòng)過程中所經(jīng)過的路徑可不加限制。機(jī)器人從A點(diǎn)向B點(diǎn)移動(dòng)的重復(fù)進(jìn)行的控制稱為PTP控制(pointtopointcontrol)。這種控制只限于從一點(diǎn)到另一點(diǎn)，至于途中所經(jīng)過的路徑是不重要的。如圖1-15所示，搬運(yùn)機(jī)器人的工作是要把物體從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)50圖1-16所示為焊接機(jī)器人的工作是要對A點(diǎn)到B點(diǎn)之間的接縫進(jìn)行焊接，為了增強(qiáng)焊縫強(qiáng)度，對機(jī)械手的移動(dòng)軌跡加以限制，必須在A、B兩點(diǎn)之間沿接縫進(jìn)行。機(jī)器人手臂從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的移動(dòng)軌跡做出嚴(yán)格控制的稱為CP(continuouspathcontrol)控制。圖1-16所示為焊接機(jī)器人的工作是要對A點(diǎn)到B點(diǎn)之間的接縫進(jìn)51在A點(diǎn)和B點(diǎn)之間設(shè)置C，D，E等多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，就像踩著幾塊石頭過一條小溪一樣地按順序進(jìn)行PTP控制，可以認(rèn)為這是一種近似的CP控制。確定A，B兩點(diǎn)之間的C，D，E各點(diǎn)的坐標(biāo)的過程稱為插值或插補(bǔ)。插入途中點(diǎn)進(jìn)行的PTP控制稱為模擬CP控制。在A點(diǎn)和B點(diǎn)之間設(shè)置C，D，E等多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，就像踩著幾塊石頭52

示教再現(xiàn)機(jī)器人對有規(guī)律的軌跡，僅示教幾個(gè)特征點(diǎn)，計(jì)算機(jī)就能利用插補(bǔ)算法獲得中間點(diǎn)的坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)要求的軌跡，其過程如圖1-17所示。圖1-17機(jī)器人軌跡的插補(bǔ)計(jì)算示教再現(xiàn)機(jī)器人對有規(guī)律的軌跡，僅示教幾個(gè)特53【思考與練習(xí)】1．何謂機(jī)器人系統(tǒng)？為什么要組成該系統(tǒng)？2．什么是工業(yè)機(jī)器人的自由度？3．工業(yè)機(jī)器人的控制方式有哪幾種？4．一般工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)有哪些？5．查閱資料，簡述一下工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢?！舅伎寂c練習(xí)】1．何謂機(jī)器人系統(tǒng)？為什么要組成該系統(tǒng)？54項(xiàng)目1認(rèn)識(shí)工業(yè)機(jī)器人項(xiàng)目1認(rèn)識(shí)工業(yè)機(jī)器人55知識(shí)目標(biāo)1．掌握機(jī)器人操作安全注意事項(xiàng)；2．掌握弧焊機(jī)器人系統(tǒng)的組成部份及各部分的功能；3．掌握示教器的結(jié)構(gòu)、功能及按鍵使用方法；4．了解工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能、分類及選擇方法。技能目標(biāo)1．能正確選擇機(jī)器人運(yùn)行模式；2．能正確操作示教器搖桿及使能鍵?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】【學(xué)習(xí)目標(biāo)】56認(rèn)識(shí)工業(yè)機(jī)器人【工作任務(wù)】【工作任務(wù)】57【知識(shí)準(zhǔn)備】工業(yè)機(jī)器人是目前技術(shù)上最成熟的機(jī)器人，它實(shí)質(zhì)上是能根據(jù)預(yù)先編制的操作程序自動(dòng)重復(fù)工作的自動(dòng)化機(jī)器，所以這種機(jī)器人也稱為重復(fù)型工業(yè)機(jī)器人。一、工業(yè)機(jī)器人概述【知識(shí)準(zhǔn)備】一、工業(yè)機(jī)器人概述58（1）工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成工業(yè)機(jī)器人的本體主要是一只類似于人上肢功能的關(guān)節(jié)型機(jī)械手，其控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖1-1所示。圖1-1一般工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)基本構(gòu)成1．工業(yè)機(jī)器人的基本組成與控制方式（1）工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成圖1-1一般工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)基59高性能的通用型工業(yè)機(jī)器人一般采用關(guān)節(jié)式的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在每個(gè)關(guān)節(jié)中安裝伺服電動(dòng)機(jī)，通過計(jì)算機(jī)對驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。如圖1-2所示。圖1-2工業(yè)機(jī)器人控制過程高性能的通用型工業(yè)機(jī)器人一般采用關(guān)節(jié)式的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在每個(gè)關(guān)節(jié)60（2）工業(yè)機(jī)器人的控制方式

示教再現(xiàn)和位置控制。示教再現(xiàn)控制就是操作人員通過示教器把作業(yè)程序內(nèi)容編制成程序，輸入到記憶裝置中。給出啟動(dòng)命令后，系統(tǒng)從存儲(chǔ)單元中讀出信息并送到控制裝置，控制裝置發(fā)出控制信號，由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制機(jī)械手在一定精度范圍內(nèi)按照存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容完成各種動(dòng)作（2）工業(yè)機(jī)器人的控制方式61位置控制---點(diǎn)位控制和連續(xù)路徑控制點(diǎn)位控制方式只控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)位置，而不關(guān)心這兩點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡，這種控制方式可完成無障礙條件下的點(diǎn)焊、上下料、搬運(yùn)等操作。連續(xù)路徑控制這種方式不僅要求機(jī)器人以一定的精度達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)，而且對移動(dòng)軌跡也有一定精度要求，例如機(jī)器人噴漆、弧焊等操作。連續(xù)路徑控制方式的實(shí)現(xiàn)是以點(diǎn)位控制為基礎(chǔ)的，在每兩個(gè)點(diǎn)之間采用滿足精度要求的位置軌跡插補(bǔ)運(yùn)算即可實(shí)現(xiàn)軌跡的連續(xù)化。位置控制---點(diǎn)位控制和連續(xù)路徑控制622.工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)反映了機(jī)器人的適用范圍和工作性能，是選擇、使用機(jī)器人必須考慮的關(guān)鍵問題。2.工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)反映了機(jī)器人的適63（1）自由度自由度是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。自由物體在空間有6個(gè)自由度，即3個(gè)移動(dòng)自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。如果機(jī)器人是一個(gè)開式連桿系，而每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)副又只有一個(gè)自由度，那么機(jī)器人的自由度數(shù)就等于它的關(guān)節(jié)數(shù)。目前生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)器人通常具有4～6個(gè)自由度。（1）自由度64（2）工作范圍機(jī)器人的工作范圍是指機(jī)器人手臂末端或手腕中心運(yùn)動(dòng)時(shí)所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合。工作范圍一般指不安裝末端執(zhí)行器時(shí)的工作區(qū)域。ABB工業(yè)機(jī)器人的工作范圍如圖1-3所示，其陰影部分為機(jī)器人手臂可以到大的范圍。（2）工作范圍65圖1-3工業(yè)機(jī)器人的工作范圍圖1-3工業(yè)機(jī)器人的工作范圍66（3）最大工作速度機(jī)器人的最大工作速度是指機(jī)器人主要關(guān)節(jié)上最大的穩(wěn)定速度或手臂末端最大的合成速度，因生產(chǎn)廠家不同而標(biāo)注不同，一般都會(huì)在技術(shù)參數(shù)中加以說明。（3）最大工作速度67（4）負(fù)載能力工業(yè)機(jī)器人的負(fù)載能力又稱為有效負(fù)載，指機(jī)器人在工作時(shí)臂端可能搬運(yùn)的物體質(zhì)量或所能承受的力。當(dāng)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的臂桿處于不同位姿時(shí)，其負(fù)載能力是不同的。機(jī)器人的額定負(fù)載能力是指其臂桿在工作空間中任意位姿時(shí)腕關(guān)節(jié)端部所能搬運(yùn)的最大質(zhì)量。（4）負(fù)載能力68（5）定位精度和重復(fù)定位精度工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度主要包括定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度是指工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器的實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的偏差。重復(fù)定位精度（又稱為重復(fù)精度）是指工業(yè)機(jī)器人在同一環(huán)境、同一條件、同一目標(biāo)動(dòng)作及同一命令下，工業(yè)機(jī)器人連續(xù)運(yùn)動(dòng)若干次重復(fù)定位至同一目標(biāo)位置的能力。（5）定位精度和重復(fù)定位精度69點(diǎn)位控制機(jī)器人的位置精度不夠，會(huì)造成實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間有較大的偏差；連續(xù)軌跡控制型機(jī)器人的位置精度不夠，則會(huì)造成實(shí)際工作路徑相對于示教路徑或離線編程路徑之間的偏差，如圖1-4所示。點(diǎn)位控制機(jī)器人的位置精度不夠，會(huì)造成實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之70圖1-4工作路徑與示教路徑的偏差圖1-4工作路徑與示教路徑的偏差71除了這些技術(shù)指標(biāo)以外，機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)中通常還包括電源、環(huán)境溫度、濕度等方面的要求這些指標(biāo)也是機(jī)器人能夠正常工作的必要條件，ABB2400L型機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)見表1-1。除了這些技術(shù)指標(biāo)以外，機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)中通常還包括電源、環(huán)境72機(jī)械結(jié)構(gòu)6自由度載荷重量7kg定位精度±0.06mm安裝方式落地式本體重量380kg電源容量4kVA總高1731mm標(biāo)準(zhǔn)涂色橘黃色最大工作范圍1軸（旋轉(zhuǎn)）360°2軸（立臂）200°3軸（橫臂）125°4軸（腕）370°5軸（腕擺）240°6軸（腕轉(zhuǎn)）800°表1-1ABB2400L型機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)機(jī)械結(jié)構(gòu)6自由度載荷重量7kg定位精度±0.06mm安裝方式73最大速度1軸（旋轉(zhuǎn)）150°/s2軸（臂）150°/s3軸（臂）150°/s4軸（腕）360°/s5軸（彎曲）360°/s6軸（旋轉(zhuǎn)）450°/s安裝環(huán)境環(huán)境溫度5～45℃相對濕度最高95%防護(hù)等級IP54噪音水平最高70dB(A)表1-1ABB2400L型機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)（續(xù)）最大速度1軸（旋轉(zhuǎn)）150°/s2軸（臂）150°/s3軸（74二、工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)也就是它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又叫作操作機(jī)，是由一系列連桿和關(guān)節(jié)或其他形式的運(yùn)動(dòng)副所組成，可實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，它包括基座、腰、臂、腕和手等部件，如圖1-5所示為早期的機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)。二、工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)也75圖1-5工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖1-5工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)76圖1-5工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖1-5工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)77（1）基座工業(yè)機(jī)器人的基座是機(jī)器人的基礎(chǔ)部分（2）腰工業(yè)機(jī)器人的腰是臂的支承部分（3）臂工業(yè)機(jī)器人的臂是執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的主要運(yùn)動(dòng)部件（4）腕工業(yè)機(jī)器人的腕是連接臂與手的部件，起支承手的作用（5）手工業(yè)機(jī)器人的手是安裝在工業(yè)機(jī)器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件（1）基座工業(yè)機(jī)器人的基座是機(jī)器人的基礎(chǔ)部分78三、ABB機(jī)器人系統(tǒng)組成及功能工業(yè)機(jī)器人由機(jī)器人本體、控制柜、示教器等組成。如圖1-7所示。三、ABB機(jī)器人系統(tǒng)組成及功能工業(yè)機(jī)器人由機(jī)器人本體、控制柜79圖1-7工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)組成圖1-7工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)組成801．機(jī)器人本體用于搬運(yùn)工件和夾持焊槍，執(zhí)行工作任務(wù)，如搬運(yùn)和焊接等。1．機(jī)器人本體用于搬運(yùn)工件和夾持焊槍，執(zhí)行工作任務(wù)，如搬運(yùn)和812．控制柜用于安裝各種控制單元，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)和執(zhí)行程序，是機(jī)器人系統(tǒng)的大腦。控制柜按鍵如圖1-8所示。2．控制柜用于安裝各種控制單元，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)和執(zhí)行程序82A—主電源開關(guān)B—緊急停止按鈕C—電動(dòng)機(jī)上電/失電按鈕D—模式選擇按鈕圖1-8控制柜鍵鈕A—主電源開關(guān)圖1-8控制柜鍵鈕83（1）主電源開關(guān)機(jī)器人系統(tǒng)的總開關(guān)。（2）緊急停止按鈕在任何模式下，按下該按鈕，機(jī)器人立即停止動(dòng)作。要使機(jī)器人重新動(dòng)作，必須使它恢復(fù)至原來位置。（1）主電源開關(guān)84（3）馬達(dá)上電/失電按鈕表示機(jī)器人馬達(dá)的工作狀態(tài)，按鍵燈常亮，表示上電狀態(tài)，機(jī)器人的馬達(dá)被激活，準(zhǔn)備好執(zhí)行程序；按鍵燈快閃，表示機(jī)器人未同步（未標(biāo)定或計(jì)數(shù)器未更新），但馬達(dá)已激活；按鍵燈慢閃，表示至少有一種安全停止生效，馬達(dá)未激活。（3）馬達(dá)上電/失電按鈕85圖1-9運(yùn)行模式選擇開關(guān)A兩位開關(guān)B三位開關(guān)（4）模式選擇按鈕一般有如圖1-9所示的兩種。圖1-9運(yùn)行模式選擇開關(guān)（4）模式選擇按鈕一般有如圖186A自動(dòng)模式機(jī)器人運(yùn)行時(shí)使用，在此狀態(tài)下，操縱搖桿不能使用。B手動(dòng)減速模式相應(yīng)狀態(tài)為手動(dòng)狀態(tài)，機(jī)器人只能以低速、手動(dòng)控制運(yùn)行。必須按住使能器才能激活電機(jī)。C手動(dòng)全速模式用于在與實(shí)際情況相近的情況下調(diào)試程序。認(rèn)識(shí)工業(yè)機(jī)器人課件873．示教器示教器包含很多功能，如手動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人，編輯程序，運(yùn)行程序等。它與控制柜通過一根電纜連接。其結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。3．示教器示教器包含很多功能，如手動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人88A—插頭B—觸摸屏C—急停按鈕D—手動(dòng)上電按鍵（使能鍵）E—操縱搖桿F—全速運(yùn)行保持鍵圖1-10示教器組成結(jié)構(gòu)A—插頭圖1-10示教器組成結(jié)構(gòu)89注意：自動(dòng)模式下，使能鍵不起作用；手動(dòng)模式下，該鍵有三個(gè)位置，即：

1）不按--釋放狀態(tài)：機(jī)器人馬達(dá)不上電，機(jī)器人不能動(dòng)作；2）輕輕按下：機(jī)器人馬達(dá)上電，機(jī)器人可以按指令或搖桿操縱方向移動(dòng)；3）用力按下：機(jī)器人馬達(dá)失電，停止運(yùn)動(dòng)。注意：904．示教器菜單及窗口（1）菜單系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)程從主菜單開始，每項(xiàng)應(yīng)用將在該菜單中選擇。按系統(tǒng)菜單鍵可以顯示系統(tǒng)主菜單，如圖1-12所示，各菜單功能見表1-2。4．示教器菜單及窗口91圖1-12系統(tǒng)主菜單圖1-12系統(tǒng)主菜單92表1-2ABB機(jī)器人主菜單功能圖標(biāo)名稱功能輸入輸出（I/O）查看輸入輸出信號手動(dòng)操縱手動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人時(shí)，通過該選項(xiàng)選擇需要控制的單元，如機(jī)器人或變位機(jī)等。自動(dòng)生產(chǎn)窗口由手動(dòng)模式切換到自動(dòng)模式時(shí)，窗口自動(dòng)跳出。自動(dòng)運(yùn)行中可觀察程序運(yùn)行狀況。程序數(shù)據(jù)窗口設(shè)置數(shù)據(jù)類型，即設(shè)置應(yīng)用程序中不同指令所需的不同類型的數(shù)據(jù)。程序編輯器用于建立程序、修改指令及程序的復(fù)制、粘貼等。備份與恢復(fù)備份程序、系統(tǒng)參數(shù)等。表1-2ABB機(jī)器人主菜單功能圖標(biāo)名稱功能輸入輸出（I/93校準(zhǔn)輸入、偏移量、零位等校準(zhǔn)?？刂泼姘鍏?shù)設(shè)定、I/O單元設(shè)定、弧焊設(shè)備設(shè)定、自定義鍵設(shè)定及語言選擇等。例如，示教器中英文界面選擇方法：ABB→控制面板→語言→ControlPanel→Language→Chinese。事件日志記錄系統(tǒng)發(fā)生的事件，如馬達(dá)上電/失電、出現(xiàn)操作錯(cuò)誤等各種過程。資源管理器新建、查看、刪除文件夾或文件等。系統(tǒng)信息查看整個(gè)控制器的型號、系統(tǒng)版本和內(nèi)存等。校準(zhǔn)輸入、偏移量、零位等校準(zhǔn)?？刂泼姘鍏?shù)設(shè)定、I/O單元設(shè)94（2）窗口菜單中每項(xiàng)功能選擇后，都會(huì)在任務(wù)欄中顯示一個(gè)按鈕?？梢园创税粹o進(jìn)行切換當(dāng)前的任務(wù)（窗口）。如圖1-13所示，使用中同時(shí)打開四個(gè)窗口，最多可以打開6個(gè)窗口，且可以通過點(diǎn)擊窗口下方任務(wù)欄按鈕實(shí)現(xiàn)在不同窗口之間的切換。（2）窗口95如圖1-13機(jī)器人系統(tǒng)窗口1.操縱窗口2.程序數(shù)據(jù)窗3.輸入/輸出窗口4.編程窗口如圖1-13機(jī)器人系統(tǒng)窗口96（3）快捷菜單快捷菜單提供較操作窗口更快捷的操作按鍵，每項(xiàng)菜單使用一個(gè)圖標(biāo)顯示當(dāng)前的運(yùn)行模式或設(shè)定。快捷菜單如圖1-14所示，各選項(xiàng)含義見表1-3。（3）快捷菜單97圖1-14機(jī)器人系統(tǒng)快捷菜單圖1-14機(jī)器人系統(tǒng)快捷菜單98表1-3ABB機(jī)器人系統(tǒng)快捷菜單功能圖標(biāo)名稱功能快捷鍵快速顯示常用選項(xiàng)機(jī)械單元工件與工具坐標(biāo)系的改變步長手動(dòng)操縱機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)運(yùn)行模式有連續(xù)和單周運(yùn)行兩種步進(jìn)運(yùn)行不常用速度模式運(yùn)行程序時(shí)使用，調(diào)節(jié)運(yùn)行速度的百分率表1-3ABB機(jī)器人系統(tǒng)快捷菜單功能圖標(biāo)名稱功能快捷鍵快99【知識(shí)拓展】工業(yè)機(jī)器人一般屬于關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其軌跡規(guī)劃是根據(jù)作業(yè)任務(wù)的要求，計(jì)算出預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡，首先對機(jī)器人的任務(wù)、運(yùn)動(dòng)路徑和軌跡進(jìn)行描述，機(jī)器人軌跡規(guī)劃