第1章工業(yè)機(jī)器人概述課件

工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)與應(yīng)用機(jī)電工程學(xué)院工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)與應(yīng)用機(jī)電工程學(xué)院1課程介紹課程性質(zhì)：專業(yè)課課程內(nèi)容：設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人所需要的基本知識(shí)學(xué)習(xí)方法：課堂學(xué)習(xí)+課后實(shí)踐課程要求：課程介紹課程性質(zhì)：專業(yè)課2學(xué)習(xí)內(nèi)容：§1.1

機(jī)器人§1.2工業(yè)機(jī)器人定義及工作環(huán)境§1.3

工業(yè)機(jī)器人基本組成及技術(shù)參數(shù)§1.4工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用§1.5

工業(yè)機(jī)器人的未來

第1章概述重點(diǎn)內(nèi)容：工業(yè)機(jī)器人的定義、分類、技術(shù)參數(shù)及組成

學(xué)習(xí)要求：了解：機(jī)器人的工作環(huán)境、應(yīng)用、發(fā)展熟悉：熟悉工業(yè)機(jī)器人的定義、分類、技術(shù)參數(shù)掌握：工業(yè)機(jī)器人組成學(xué)習(xí)內(nèi)容：第1章概述重點(diǎn)內(nèi)容：工業(yè)機(jī)器人的定義、分類、3§1.1機(jī)器人一、什么是機(jī)器人？

機(jī)器人是一種能自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、多功能，可以代替人完成特定任務(wù)的一種自動(dòng)化機(jī)電裝置。二、機(jī)器人的分類

機(jī)器人的分類方法很多，這里依據(jù)2個(gè)有代表性的分類方法列舉機(jī)器人的分類：分別按照應(yīng)用和控制方式分類。

第1章概述視頻1視頻2視頻3§1.1機(jī)器人一、什么是機(jī)器人？機(jī)器4機(jī)器人按應(yīng)用分類：工業(yè)機(jī)器人：極限機(jī)器人：娛樂機(jī)器人：搬運(yùn)、焊接、裝配、噴漆、檢查等機(jī)器人。彈奏樂器的機(jī)器人、舞蹈機(jī)器人、玩具機(jī)器人等，也有根據(jù)環(huán)境而改變動(dòng)作的機(jī)器人。主要用于現(xiàn)代化的工廠和柔性加工系統(tǒng)中。主要是指在人們難以進(jìn)入的核電站、海底、宇宙空間進(jìn)行作業(yè)的機(jī)器人，也包括建筑、農(nóng)業(yè)機(jī)器人等。觀看圖片觀看圖片觀看圖片

第1章概述機(jī)器人按應(yīng)用分類：工業(yè)機(jī)器人：極限機(jī)器人：娛樂機(jī)器人：搬運(yùn)、5機(jī)器人按控制方式分類：操作機(jī)器人：程序機(jī)器人：示教再現(xiàn)機(jī)器人：機(jī)器人將所教的操作過程自動(dòng)地記錄在磁盤、磁帶等存貯器中，當(dāng)需要再現(xiàn)操作時(shí)，可重復(fù)所教過的動(dòng)作過程。典型代表是核電站處理放射性物質(zhì)時(shí)遠(yuǎn)距離進(jìn)行操作的機(jī)器人。按預(yù)先給定的程序、條件、位置進(jìn)行作業(yè)。智能機(jī)器人：綜合機(jī)器人：不僅可以進(jìn)行預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作，還可以按照工作環(huán)境的變化改變動(dòng)作。由操縱機(jī)器人、示教再現(xiàn)機(jī)器人、智能機(jī)器人組合而成的機(jī)器人，如火星機(jī)器人。

第1章概述機(jī)器人按控制方式分類：操作機(jī)器人：程序機(jī)器人：示教再現(xiàn)機(jī)器人6§1.2工業(yè)機(jī)器人定義及工作環(huán)境一、工業(yè)機(jī)器人定義及特點(diǎn)

U.S.RIA提出的定義：工業(yè)機(jī)器人是用來進(jìn)行搬運(yùn)材料、零件、工具等可再編程的多功能機(jī)械手，或通過不同程序的調(diào)用來完成各種工作任務(wù)的特種裝置。

ISO定義：工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動(dòng)控制的操作和移動(dòng)功能，能夠完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)。

ISO8373提出更具體的定義：機(jī)器人具有自動(dòng)控制及可再編程、多用途功能，機(jī)器人操作機(jī)具有三個(gè)或三個(gè)以上的可編程軸，在工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中，機(jī)器人的底座可固定也可移動(dòng)。1、定義

第1章概述§1.2工業(yè)機(jī)器人定義及工作環(huán)境一、工業(yè)機(jī)器人定義及特點(diǎn)72、特點(diǎn)（1）可編程（2）擬人化（3）通用性（4）機(jī)電一體化

第1章概述2、特點(diǎn)（1）可編程第1章概述8二、工業(yè)機(jī)器人與環(huán)境交互工業(yè)機(jī)器人與外部環(huán)境的交互包括硬件環(huán)境和軟件環(huán)境（1）與硬件環(huán)境的交互主要是與外部設(shè)備的通信、工作域中障礙和自由空間的描述、操作對(duì)象的描述。（2）與軟件環(huán)境的交互主要是與生產(chǎn)單元監(jiān)控計(jì)算機(jī)所提供的管理信息系統(tǒng)的通信。

第1章概述

工業(yè)機(jī)器人與環(huán)境交互是機(jī)器人技術(shù)的關(guān)鍵。工業(yè)機(jī)器人在沒有人工干預(yù)的情況下對(duì)外部環(huán)境的自我適應(yīng)，行動(dòng)的自我規(guī)劃，將是今后機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用的研究方向！二、工業(yè)機(jī)器人與環(huán)境交互工業(yè)機(jī)器人與外部環(huán)境的交互包括硬件環(huán)9

第1章概述§1.3工業(yè)機(jī)器人基本組成及技術(shù)參數(shù)一、工業(yè)機(jī)器人的基本組成工業(yè)機(jī)器人由3大部分或6個(gè)子系統(tǒng)組成!機(jī)械部分傳感部分控制部分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)感受系統(tǒng)機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)人-機(jī)交互系統(tǒng)控制系統(tǒng)“=”第1章概述§1.3工業(yè)機(jī)器人基本組成及技術(shù)參數(shù)一、10圖1-8工業(yè)機(jī)器人的基本組成

第1章概述①要使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)起來，就需要給各個(gè)關(guān)節(jié)即每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度安置傳動(dòng)裝置。②由機(jī)身、手臂、末端操作器三大件組成。③由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。④實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。⑤是使操作人員參與機(jī)器人控制并與機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)系的裝置。⑥其任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來的信號(hào)支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。圖1-8工業(yè)機(jī)器人的基本組成第1章概述①要使機(jī)器人運(yùn)11圖1-9工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖1-10三菱裝配機(jī)器人系統(tǒng)圖1-9工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖1-10三菱裝配機(jī)器人12

第1章概述二、工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)

工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)一般應(yīng)有：自由度重復(fù)定位精度工作范圍最大工作速度承載能力第1章概述二、工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)工業(yè)131.自由度(DegreeofFreedom，Dof)

自由度是指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目,不應(yīng)包括手爪(末端操作器)的開合自由度。

第1章概述1.自由度(DegreeofFreedom，Dof14圖1-11PUMA562工業(yè)機(jī)器人

第1章概述圖1-11PUMA562工業(yè)機(jī)器人第1章概述15

第1章概述2.精度(Accuracy)

工業(yè)機(jī)器人精度是指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度是指機(jī)器人手部實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異。重復(fù)定位精度是指機(jī)器人重復(fù)定位其手部于同一目標(biāo)位置的能力,可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差這個(gè)統(tǒng)計(jì)量來表示,它是衡量一列誤差值的密集度(即重復(fù)度),如圖1-12所示。第1章概述2.精度(Accuracy)16圖1-12工業(yè)機(jī)器人定位精度和重復(fù)定位精度的典型情況

第1章概述(a)重復(fù)定位精度的測量；(b)合理定位精度，良好重復(fù)定位精度；(c)良好定位精度,很差重復(fù)定位精度；(d)很差定位精度，良好重復(fù)定位精度圖1-12工業(yè)機(jī)器人定位精度和重復(fù)定位精度的典型情況173.工作范圍(WorkSpace)

工作范圍是指機(jī)器人手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合,也叫工作區(qū)域。因?yàn)槟┒瞬僮髌鞯某叽绾托螤钍嵌喾N多樣的,為了真實(shí)反映機(jī)器人的特征參數(shù),所以,這里是指不安裝末端操作器時(shí)的工作區(qū)域。

第1章概述3.工作范圍(WorkSpace)第1章概述18圖

1-13PUMA機(jī)器人工作范圍

第1章概述圖1-13PUMA機(jī)器人工作范圍第1章概述19圖1-14A4020型SCARA機(jī)器人工作范圍

第1章概述圖1-14A4020型SCARA機(jī)器人工作范圍第1204.速度(Speed)

速度和加速度是表明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的主要指標(biāo)。說明書中通常提供了主要運(yùn)動(dòng)自由度的最大穩(wěn)定速度,但在實(shí)際應(yīng)用中單純考慮最大穩(wěn)定速度是不夠的。所以,考慮機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性時(shí),除注意最大穩(wěn)定速度外,還應(yīng)注意其最大允許的加減速度。

第1章概述4.速度(Speed)第1章概述215.承載能力(Payload)

承載能力是指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。承載能力不僅決定于負(fù)載的質(zhì)量,而且還與機(jī)器人運(yùn)行的速度和加速度的大小和方向有關(guān)。為了安全起見,承載能力這一技術(shù)指標(biāo)是指高速運(yùn)行時(shí)的承載能力。通常,承載能力不僅指負(fù)載,而且還包括了機(jī)器人末端操作器的質(zhì)量。

機(jī)器人有效負(fù)載的大小除受到驅(qū)動(dòng)器功率的限制外,還受到桿件材料極限應(yīng)力的限制,因而,它又和環(huán)境條件(如地心引力)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)(如運(yùn)動(dòng)速度、加速度以及它們的方向)有關(guān)。

第1章概述5.承載能力(Payload)機(jī)器人22圖

1-15三菱裝配機(jī)器人不帶電動(dòng)手爪時(shí)的承載能力

第1章概述圖1-15三菱裝配機(jī)器人不帶電動(dòng)手爪時(shí)的承載能力第23圖

1-16三菱裝配機(jī)器人帶電動(dòng)手爪時(shí)的承載能力

第1章概述圖1-16三菱裝配機(jī)器人帶電動(dòng)手爪時(shí)的承載能力第24§1.4工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用

第1章概述一、工業(yè)機(jī)器人的分類機(jī)械部分基本結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)源直角坐標(biāo)式機(jī)器人圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人球坐標(biāo)式機(jī)器人關(guān)節(jié)坐標(biāo)式機(jī)器人平面關(guān)節(jié)式機(jī)器人柔軟臂式機(jī)器人冗余自由度式機(jī)器人模塊式機(jī)器人氣動(dòng)液動(dòng)電動(dòng)傳感部分視覺傳感器觸覺傳感器接近覺傳感器人工操縱機(jī)器人固定程序機(jī)器人可變程序機(jī)器人重演式示教機(jī)器人計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)器人智能機(jī)器人控制部分﹁信息輸入和示教方法﹂§1.4工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用第1章概述一、工業(yè)機(jī)25

第1章概述2、按機(jī)器人的控制方式分類①非伺服機(jī)器人（Non-servoRobots）能源插銷板定序器驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械手限位開關(guān)終端制動(dòng)器圖1-18非伺服機(jī)器人功能示意圖

按照預(yù)先編好的程序進(jìn)行工作，使用終端限位開關(guān)、制動(dòng)器、插銷板和定序器來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。第1章概述2、按機(jī)器人的控制方式分類①非伺服機(jī)器人（N26能源比較器放大器驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械手反饋傳感器給定指令被控制量反饋信號(hào)圖1-19伺服機(jī)器人功能示意圖②伺服控制機(jī)器人（Servo-controlledRobots）

伺服機(jī)器人可分為：點(diǎn)位伺服控制和連續(xù)軌跡伺服控制兩種。

第1章概述能源比較器放大器驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械手反饋給定被控制量反饋信號(hào)圖1-273、按機(jī)器人的智能程度分類（1）一般機(jī)器人（2）智能機(jī)器人4、按機(jī)器人的移動(dòng)方式分類（1）固定機(jī)器人（2）移動(dòng)機(jī)器人

第1章概述3、按機(jī)器人的智能程度分類（1）一般機(jī)器人4、按機(jī)器人的移動(dòng)28

第1章概述二、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用目前,工業(yè)機(jī)器人主要用于以下幾個(gè)方面:

1)惡劣工作環(huán)境及危險(xiǎn)工作

2)特殊作業(yè)場合和極限作業(yè)

3)自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域第1章概述二、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用目前,工業(yè)機(jī)器人主要用29

第1章概述

目前,工業(yè)機(jī)器人主要用于以下幾個(gè)方面:

1)惡劣工作環(huán)境及危險(xiǎn)工作壓鑄車間及核工業(yè)等領(lǐng)域的作業(yè)是一種有害于健康并危及生命,或不安全因素很大而不宜于人去做的作業(yè),用工業(yè)機(jī)器人做是最適合的。第1章概述目前,工業(yè)機(jī)器人主要用于以下幾個(gè)方面:30

第1章概述圖

1-20燃料自動(dòng)交換機(jī)

第1章概述圖1-20燃料自動(dòng)交換機(jī)31

第1章概述

2)特殊作業(yè)場合和極限作業(yè)火山探險(xiǎn)、深海探密和空間探索等領(lǐng)域?qū)τ谌祟悂碚f是力所不能及的,只有機(jī)器人才能進(jìn)行作業(yè)。圖

1-21航天飛機(jī)上的操作臂

第1章概述2)特殊作業(yè)場合和極限作業(yè)圖1-232

第1章概述

3)自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域早期的工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)上主要用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和噴漆。隨著柔性自動(dòng)化的出現(xiàn),機(jī)器人在自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域扮演了更重要的角色?，F(xiàn)舉例如下:

(1)焊接機(jī)器人

(2)材料搬運(yùn)機(jī)器人

(3)檢測

(4)裝配機(jī)器人

(5)噴漆和噴涂第1章概述3)自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域33

第1章概述§1.5工業(yè)機(jī)器人的未來

一、全球機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r

1954年,美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念,并申請(qǐng)了專利。