《機器人技術(shù)應用》 課件 第2章 工業(yè)機器人技術(shù)應用

第2章工業(yè)機器人技術(shù)應用教學目標《機器人技術(shù)應用》1.掌握機器人的組成和技術(shù)參數(shù)2.了解機器人的典型應用目錄頁PAGEOFCONTENT2.1工業(yè)機器人典型應用2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.3工業(yè)機器人的技術(shù)指標1.機器人搬運領(lǐng)域2.機器人碼垛領(lǐng)域3.機器人噴涂領(lǐng)域4.機器人焊接領(lǐng)域5.機器人裝配領(lǐng)域6.機器人激光加工7.機器人真空作業(yè)8.機器人潔凈作業(yè)搬運領(lǐng)域碼垛領(lǐng)域噴涂領(lǐng)域焊接領(lǐng)域裝配領(lǐng)域激光領(lǐng)域真空領(lǐng)域工業(yè)機器人典型應用2.1工業(yè)機器人的出現(xiàn)，對社會的影響是巨大的：1、可以使勞動生產(chǎn)率得到提高；2、可以使人們從體力勞動向腦力勞動轉(zhuǎn)化，帶動人類文明進步；3、可以使企業(yè)的市場競爭力得到提高；4、可以減少體力勞動工作崗位，增加腦力勞動工作崗位，進而增加就業(yè)率；5、可以使社會的技術(shù)創(chuàng)新能力得到提高。工業(yè)機器人典型應用2.1工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.11.碼垛機器人的分類常見的碼垛機器人結(jié)構(gòu)多為關(guān)節(jié)式碼垛機器人、擺臂式碼垛機器人和龍門式碼垛機器人。（1）關(guān)節(jié)式碼垛機器人關(guān)節(jié)式碼垛機器人擁有4~6個軸，行為動作類似于人的手臂，具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地空間小、相對工作空間大、自由度高等特點，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作。2.11.碼垛機器人的分類常見的碼垛機器人結(jié)構(gòu)多為關(guān)節(jié)式碼垛機器人、擺臂式碼垛機器人和龍門式碼垛機器人。（2）擺臂式碼垛機器人其坐標系主要由X軸、Y軸和Z軸組成。廣泛應用于國內(nèi)外生產(chǎn)廠家，是關(guān)節(jié)式機器人的理想替代品，但其負載程度相對于關(guān)節(jié)式機器人小。工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.11.碼垛機器人的分類常見的碼垛機器人結(jié)構(gòu)多為關(guān)節(jié)式碼垛機器人、擺臂式碼垛機器人和龍門式碼垛機器人。（3）龍門式碼垛機器人其多采用模塊化結(jié)構(gòu)，可依據(jù)負載位置、大小等選擇對應直線運動單元及組合結(jié)構(gòu)形式，可實現(xiàn)大物料、重噸位搬運和碼垛，采用直角坐標系，編程方便快捷，廣泛運用于生產(chǎn)線轉(zhuǎn)運及機床上下料等大批量生產(chǎn)過程。工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.11.碼垛機器人的分類碼垛機器人主要優(yōu)點有：1）占地面積少，動作范圍大，減少資源浪費。2）能耗低，降低運行成本。3）提高生產(chǎn)效率，解放繁重體力勞動，實現(xiàn)“無人”或“少人”碼垛。4）改善工人勞作條件，擺脫有毒、有害環(huán)境。5）柔性高、適應性強，可實現(xiàn)不同物料碼垛。6）定位準確，穩(wěn)定性高。工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.12.碼垛機器人的特點碼垛機器人主要特點有：（1）結(jié)構(gòu)簡單、零部件少。（2）占地面積少。（3）適用性強。（4）能耗低。（5）全部控制可在控制柜屏幕上操作即可，操作非常簡單。（6）只需定位抓起點和擺放點，示教方法簡單易懂。（7）能夠?qū)崟r調(diào)節(jié)動作節(jié)拍、移動速率、末端執(zhí)行器動作狀態(tài)。（8）可更換不同末端執(zhí)行器以適應物料形狀的不同，方便、快捷。（9）能夠與傳送帶、移動滑軌等輔助設備集成，實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)。工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.1碼垛機器人主要有操作機、控制系統(tǒng)、碼垛系統(tǒng)（氣體發(fā)生裝置、液壓發(fā)生裝置）和安全保護裝置組成。碼垛機器人系統(tǒng)組成1—機器人控制柜2—示教器3—氣體發(fā)生裝置4—真空發(fā)生裝置

5—操作機6—抓取式手爪7—底座3.碼垛機器人的系統(tǒng)組成工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.1關(guān)節(jié)式碼垛機器人常見本體多為四軸，亦有五、六軸碼垛機器人，但在實際包裝碼垛物流線中五、六軸碼垛機器人相對較少。工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.1碼垛機器人的末端執(zhí)行器是夾持物品移動的一種裝置，其原理結(jié)構(gòu)與搬運機器人類似，常見形式有吸附式、夾板式、抓取式、組合式。1.吸附式手爪在碼垛中，吸附式末端執(zhí)行器主要為氣吸附。廣泛應用于醫(yī)藥、食品、煙酒等行業(yè)。2.夾板式手爪夾板式手爪是碼垛過程中最常用的一類手爪，常見的夾板式手爪有單板式和雙板式。手爪主要用于整箱或規(guī)則盒碼垛。工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.13.抓取式手爪抓取式手爪可靈活適應不同形狀和內(nèi)含物（如大米、沙礫、塑料、水泥、化肥等）物料袋的碼垛。4.組合式手爪組合式是通過組合以獲得各單組手爪優(yōu)勢的一種手爪，靈活性較大，各單組手爪之間既可單獨使用又可配合使用，可同時滿足多個工位的碼垛。工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.1通常在保證相同夾緊力情況下，氣動手爪比液壓手爪負載輕、衛(wèi)生、成低、易獲取，故實際碼垛中以壓縮空氣為驅(qū)動力的居多。碼垛機器人主要包括機器人和碼垛系統(tǒng)組成。碼垛系統(tǒng)組成如下：（1)進袋機構(gòu)：采用輸送機完成碼垛機供袋任務。（2）轉(zhuǎn)向機構(gòu)：按設定程序?qū)Πb袋作轉(zhuǎn)向編排。（3）排袋機構(gòu)：采用輸送機將編排好的包裝袋送至積袋機構(gòu)。（4）積袋機構(gòu)：采用輸送機集中編排好的包裝袋。（5）抓袋碼垛機構(gòu)：采用機器人碼垛機構(gòu)完成碼垛作業(yè)。（6）托盤庫工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.13.碼垛機器人的系統(tǒng)組成工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.1一、周邊設備常見的碼垛機器人輔助裝置有金屬檢測機、重量復檢機、自動剔除機、倒袋機、整形機、待碼輸送機、傳送帶、碼垛系統(tǒng)裝置等。1.定量打包機人工將包裝袋擺放在供袋盤上，然后抓袋器把包裝袋定位在包裝機的下料口上，電子定量秤內(nèi)放出的物料通過過渡料斗進入包裝袋并傳送到輸送機上。2.金屬檢測機在食品、藥品、化妝品、紡織品的碼垛過程中，為防止在生產(chǎn)制造過程中混入金屬等異物，需要金屬檢測機進行。4.碼垛機器人工作站布局工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.1一、周邊設備

3.重量復檢機自動剔除機是安裝在金屬檢測機和重量復檢機之后，主要用于剔除含金屬異物及重量不合格等產(chǎn)品。

在自動化碼垛流水作業(yè)中起到重要作用，可以檢測出前工序是否漏裝、裝多，以及對合格品、欠重品、超重品進行統(tǒng)計，進而到達產(chǎn)品質(zhì)量控制。

4.自動剔除機工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.1一、周邊設備6.整形機待碼輸送機是碼垛機器人生產(chǎn)線的專用輸送設備，碼垛貨物聚集于此，便于碼垛機器人末端執(zhí)行器抓取。可提高碼垛機器人靈活性主要針對袋裝碼垛物，經(jīng)整形機整形后袋裝碼垛物內(nèi)可能存在的積聚物會均勻分散，之后進入后續(xù)工序。7.待碼輸送機工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.1一、周邊設備8.傳送帶碼垛系統(tǒng)主要包括真空發(fā)生裝置、氣體發(fā)生裝置、液壓發(fā)生裝置等，此部分裝置均為標準件，企業(yè)常用空氣控壓站對整個車間提供壓縮空氣和抽真空。傳送帶是自動化碼垛生產(chǎn)線上必不可少的一個環(huán)節(jié)，其針對不同的條件可選擇不同的形式。9.碼垛系統(tǒng)工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.1二、工位布局碼垛機器人工作站布局是以提高生產(chǎn)、節(jié)約場地、實現(xiàn)最佳物流碼垛為目的，實際生產(chǎn)中，常見的碼垛工作站布局主要有全面式碼垛和集中式碼垛兩種。1.全面式碼垛碼垛機器人安裝在生產(chǎn)線末端，可針對一條或兩條生產(chǎn)線，具有較小的輸送線成本與占地面積，較大靈活性和增加生產(chǎn)量等優(yōu)點。工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.1二、工位布局2.集中式碼垛碼垛機器人被集中安裝在某一區(qū)域，可將所有生產(chǎn)線集中在一起，具有較高的輸送線成本，節(jié)省生產(chǎn)區(qū)域資源，節(jié)約人員維護，一人便可全部操縱。工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.1二、工位布局按碼垛進出情況常見規(guī)劃有一進一出、一進兩出、兩進兩出和四進四出等形式。（1）進一出一進一出常出現(xiàn)在廠源相對較小、碼垛線生產(chǎn)比較繁忙的情況，此類型碼垛速度較快，托盤分布在機器人左側(cè)或右側(cè)，缺點是需人工換托盤，浪費時間。（2）一進兩出在一進一出的基礎上添加輸出托盤，一側(cè)滿盤信號輸入，機器人不會停止等待直接碼垛另一側(cè)，碼垛效率明顯提高。工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.1二、工位布局按碼垛進出情況常見規(guī)劃有一進一出、一進兩出、兩進兩出和四進四出等形式。（3）兩進兩出兩進兩出是兩條輸送鏈輸入，兩條碼垛輸出，多數(shù)兩進兩出系統(tǒng)不會需要人工干預，碼垛機器人自動定位擺放托盤，是目前應用最多的一種碼垛形式，也是性價比最高的一種規(guī)劃形式。

（4）四進四出四進四出系統(tǒng)多配有自動更換托盤功能，主要應對于多條生產(chǎn)線的中等產(chǎn)量或低等產(chǎn)量的碼垛。工業(yè)機器人典型應用——碼垛機器人2.1穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，保證其均勻性提高勞動生產(chǎn)率，一天可24小時連續(xù)生產(chǎn)改善工人勞動條件，可在有害環(huán)境下工作降低對工人操作技術(shù)的要求縮短產(chǎn)品改型換代的準備周期，減少相應的設備投資可實現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動化能在空間站建設、核電站維修、深水焊接等極限條件下完成人工難以進行的焊接作業(yè)為焊接柔性生產(chǎn)線提供技術(shù)基礎1.焊接機器人主要優(yōu)點有：工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1焊接機器人就是在工業(yè)機器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊（割）槍的，使之能進行焊接，切割或熱噴涂。世界各國生產(chǎn)的焊接用機器人基本上都屬關(guān)節(jié)型機器人，絕大部分有6個軸，目前焊接機器人應用中比較普遍的主要有2種：點焊機器人和弧焊機器人。焊接機器人a）點焊機器人b）弧焊機器人工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.11.點焊機器人點焊機器人用于點焊自動作業(yè)的工業(yè)機器人，末端握持的作業(yè)工具是焊鉗。點焊只需點位控制，至于焊鉗在點與點之間的移動軌跡沒有嚴格要求。點焊用機器人不僅要有足夠的負載能力，而且在點與點之間移位時速度要快捷，動作要平穩(wěn)，定位要準確，以減少移位的時間，提高機械臂工作效率。與變壓器分離的焊鉗，點焊機器人的負載要求30～45kg。一體式焊鉗，點焊機器人的負載要求100～150kg。工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.11.點焊機器人最初，點焊機器人只用于增強焊作業(yè)，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有更全的作業(yè)性能，具體來說：（1）安裝面積小，工作空間大。（2）快速完成小節(jié)距的多點定位（例如每0.3～0.4s移動30～50mm節(jié)距后定位）。（3）定位精度高（±0.25mm），以確保焊接質(zhì)量。（4）持重大（50～150kg），以便攜帶內(nèi)裝變壓器的焊鉗。（5）內(nèi)存容量達，示教簡單，節(jié)省工時。（6）點焊速度與生產(chǎn)線速度相匹配，同時安全可靠性好。工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.11.點焊機器人汽車車身的機器人點焊作業(yè)工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.12.弧焊機器人弧焊機器人是用于弧焊自動作業(yè)的工業(yè)機器人，末端持握的工具是焊槍。一般的弧焊機器人是由示教盒、控制盤、機器人本體及自動送絲裝置、焊接電源等部分組成?？梢栽谟嬎銠C的控制下實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制和點位控制。還可以利用直線插補和圓弧插補功能焊接由直線及圓弧所組成的空間焊縫。弧焊機器人主要有熔化極焊接作業(yè)和非熔化極焊接作業(yè)兩種類型，具有可長期進行焊接作業(yè)、保證焊接作業(yè)的高生產(chǎn)率、高質(zhì)量和高穩(wěn)定性等特點。在弧焊作業(yè)中，焊槍應跟蹤工件的焊道運動，并不斷填充金屬形成焊縫。因此運動過程中速度的穩(wěn)定性和軌跡精度是兩項重要指標。一般情況下，焊接速度約取5～50mm／s，軌跡精度約為±（0.2～0.5）mm。由于焊槍的姿態(tài)對焊縫質(zhì)量也有定影響，因此希望在跟蹤焊道的同時，焊槍姿態(tài)的可調(diào)范圍盡量大。工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.12.弧焊機器人弧焊機器人是用于弧焊自動作業(yè)的工業(yè)機器人，末端持握的工具是焊槍。為適應弧焊作業(yè)，對弧焊機器人的性能有著特殊的要求。除在運動過程中速度的穩(wěn)定性和軌跡精度是兩項重要指標。其他性能如下：（1）設定焊接條件（電流、電壓、速度等）；（2）擺動功能；（3）坡口填充功能；（4）焊接異常功能檢測；（5）焊接傳感器（起始焊點檢測、焊道跟蹤）的接口功能。工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.12.弧焊機器人工業(yè)機器人弧焊作業(yè)工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、點焊機器人點焊機器人主要由操作機、控制系統(tǒng)和點焊焊接系統(tǒng)等組成，操作者可通過示教器和操作面板進行點焊機器人運動位置和動作程序的示教，設定運動速度、焊接參數(shù)等。1—機器人示教器2—機器人控制柜3—機器人變壓器4—點焊控制箱5—點焊指令電纜6—水冷機7—冷卻水流量開關(guān)8—焊鉗回水管9—焊鉗水冷管10—焊鉗供電電纜11—氣/水管路組合體12—焊鉗進氣管13—手部集合電纜14—電極修磨機15—伺服/氣動電焊鉗16—機器人控制電纜1BC17—機器人供電電纜2BC18—機器人供電電纜3BC19—焊鉗控制電纜20—機器人本體（操作機）MOTOMAN－ES系列點焊機器人系統(tǒng)組成圖工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、點焊機器人點焊機器人系統(tǒng)具有管線繁多的特點，特別是機器人與點焊鉗間的連接上，包括點焊鉗控制電纜、點焊鉗電源電纜、水氣管等。為適應靈活的動作要求，點焊機器人本體通常選用關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人，一般具有6個自由度。驅(qū)動方式主要有液壓驅(qū)動和電氣驅(qū)動兩種。其中，電氣驅(qū)動具有保養(yǎng)維修簡便、能耗低、速度高、精度高、安全性好等優(yōu)點，因此應用較為廣泛。點焊機器人控制系統(tǒng)由本體控制和焊接控制兩部分組成。本體控制部分主要是實現(xiàn)機器人本體的運動控制；焊接控制部分則負責對點焊控制器進行控制，發(fā)出焊接開始指令，自動控制和調(diào)整焊接參數(shù)（如電流、壓力、時間），控制焊鉗的大小行程及夾緊/松開動作。點焊焊接系統(tǒng)主要由點焊控制器（時控器）、焊鉗（含阻焊變壓器）及水、電、氣等輔助部分組成。工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、點焊機器人機器人點焊用焊鉗種類繁多，從外形結(jié)構(gòu)上有C型和X型2種。點焊機器人焊鉗（外形結(jié)構(gòu)）a）C型焊鉗b）X型焊鉗工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、點焊機器人1.氣動焊鉗氣動焊鉗是“氣動”是使用壓縮空氣驅(qū)動加壓氣缸活塞，然后由活塞的連桿驅(qū)動相應的傳遞機構(gòu)帶動兩電極臂閉合或張開。目前點焊機器人比較常用的。它利用氣缸來加壓，一般具有2個行程，能夠使電極完成大開、小開和閉合3個動作，電極壓力一旦調(diào)定后是不能隨意變化的。氣動焊鉗工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、點焊機器人2.伺服焊鉗伺服焊鉗是利用伺服電機替代壓縮空氣作為動力源的一種焊鉗。焊鉗的張開和閉合由伺服電機驅(qū)動，脈沖碼盤反饋，這種焊鉗的張開度可以根據(jù)實際需要任意選定并預置，而且電極間的壓緊力也可以無級調(diào)節(jié)，是一種可提高焊點質(zhì)量、性能較高的機器人用焊鉗。伺服焊鉗工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、點焊機器人與氣動焊鉗相比，伺服焊鉗具有如下優(yōu)點：（1）提高工件的表面質(zhì)量可以形成電極對工件的軟接觸，減輕電極沖擊所造成的壓痕，從而也減輕了后續(xù)工件表面修磨處理量，提高了工件的表面質(zhì)量。利用伺服控制技術(shù)可以對焊接參數(shù)進行數(shù)字化控制管理，可以保證提供最合適的焊接參數(shù)數(shù)據(jù)，確保焊接質(zhì)量。（2）提高生產(chǎn)效率與氣動焊鉗相比，伺服焊鉗的動作路徑可以控制到最短化，縮短生產(chǎn)節(jié)拍，在最短的焊接循環(huán)時間里建立一致性的電極間壓力。由于在焊接循環(huán)中省去了預壓時間，該焊鉗比氣動加壓快5倍，提高了生產(chǎn)率。（3）改善工作環(huán)境電極對工件是軟連接，對工件無沖擊，減少了撞擊變形，平穩(wěn)接觸工件無噪聲，更不會在使用氣動加壓焊鉗時出現(xiàn)排氣噪聲。因此，該焊鉗清潔、安靜，改善了操作環(huán)境。工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、點焊機器人依據(jù)阻焊變壓器與焊鉗的結(jié)構(gòu)關(guān)系，點焊機器人焊鉗可分為分離式、內(nèi)藏式和一體式。優(yōu)點是減小了機器人的負載，運動速度高，價格便宜。1.分離式焊鉗分離式焊鉗的主要缺點是需要大容量的阻焊變壓器，電力損耗較大，能源利用率低。此外，粗大的二次電纜在焊鉗上引起的拉伸力和扭轉(zhuǎn)力作用于機器人機械臂上，限制了點焊工作區(qū)間與焊接位置的選擇。工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、點焊機器人依據(jù)阻焊變壓器與焊鉗的結(jié)構(gòu)關(guān)系，點焊機器人焊鉗可分為分離式、內(nèi)藏式和一體式。2.內(nèi)藏式焊鉗當采用這種形式的焊鉗時，必須同機器人本體統(tǒng)一設計，如Cartesian機器人就采用這種結(jié)構(gòu)形式。另外，極（球）坐標的點焊機器人也可以采取這種結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點是二次電纜較短，變壓器的容量可以減小，但是會使機器人本體的設計變得復雜。工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、點焊機器人依據(jù)阻焊變壓器與焊鉗的結(jié)構(gòu)關(guān)系，點焊機器人焊鉗可分為分離式、內(nèi)藏式和一體式。3.一體式焊鉗主要優(yōu)點是省掉了粗大的二次電纜及懸掛變壓器的工作架，直接將焊接變壓器的輸出端連到焊鉗的上下電極臂上，另一個優(yōu)點是節(jié)省能量。缺點是焊鉗重量顯著增大，體積也變大。此外，焊鉗重量在機器人活動手腕上產(chǎn)生慣性力易引起過載，這就要求在設計時，盡量減小焊鉗重心與機器人機械臂軸心線間的距離。工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1二、弧焊機器人弧焊機器人的組成與點焊機器人基本相同，主要由是由操作機、控制系統(tǒng)、弧焊系統(tǒng)和安全設備幾部分組成。弧焊機器人系統(tǒng)組成1—氣瓶2—焊絲桶3—送絲機4—操作機5—焊槍6—工作臺7—供電及控制電纜8—弧焊電源9—示教器10—機器人控制柜工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1二、弧焊機器人弧焊機器人操作機的結(jié)構(gòu)與點焊機器人基本相似，主要區(qū)別在于末端執(zhí)行器——焊槍。工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1二、弧焊機器人弧焊系統(tǒng)是完成弧焊作業(yè)的核心裝備，主要由弧焊電源、送絲機、焊槍和氣瓶等組成?；『笝C器人多采用氣體保護焊，通常使用的晶閘管式、逆變式、波形控制式、脈沖或非脈沖式等焊接電源都可以裝到機器人上進行電弧焊。由于機器人控制柜采用數(shù)字控制，而焊接電源多為模擬控制，所以需要在焊接電源與控制柜之間加一個接口。送絲機可以裝在機器人的上臂上，也可以放在機器人之外，前者焊槍到送絲機之間的軟管較短，有利于保持送絲的穩(wěn)定性；而后者軟管較長，當機器人把焊槍送到某些位置，使軟管處于多彎曲狀態(tài)時會嚴重影響送絲的質(zhì)量。因此，送絲機的安裝方式一定要考慮保證送絲穩(wěn)定性的問題。在機器人的末端焊槍上還裝有各類觸覺或接近傳感器，可以使機器人在過分接近工件或發(fā)生碰撞時停止工作。當發(fā)生碰撞時，一定要檢驗焊槍是否被碰歪，否則由于工具中心點的變化，焊接的路徑將會發(fā)生較大的變化，從而出現(xiàn)廢品。工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備1.變位機對于有些焊接場合，由于工件空間幾何形狀過于復雜，使焊接機器人的末端工具無法到達指定的焊接位置或姿態(tài)，此時可以通過增加1~3個外部軸的辦法來增加機器人的自由度。其中一種做法是采用變位機讓焊接工件移動或轉(zhuǎn)動，使工件上的待焊部位進入機器人的作業(yè)空間。變位機是專用焊接輔助設備，主要任務是將負載（焊接工夾具和焊件）按預編的程序進行回轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)，使工件接縫的位置始終處于最佳焊接狀態(tài)。通過工作臺的升降、翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)，固定在工作臺上的工件可以達到所需的焊接跟隨角度。焊接機器人外部軸擴展工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備1.變位機焊接變位機工作臺的回轉(zhuǎn)運動，多采用直流電動機驅(qū)動，無級變速工作臺的傾斜運動有兩種驅(qū)動方式：一種是電動機經(jīng)減速器減速后通過扇形齒輪帶動工作臺傾斜或通過螺旋副使工作臺傾斜；另一種是采用液壓缸直接推動工作臺傾斜。這兩種驅(qū)動方式都有應用，在小型變位機上以電動機驅(qū)動為多。工作臺的傾斜速度多為恒定的，但對應用于空間曲線焊接及空間曲面堆焊的變位機，則是無級調(diào)速的。另外，在驅(qū)動系統(tǒng)的控制回路中，應有行程保護、過載保護、斷電保護及工作臺傾斜角度指示等功能。工作臺的回轉(zhuǎn)運動應具有較寬的調(diào)速范圍，國產(chǎn)變位機的調(diào)速比一般為1:33左右；國外產(chǎn)品一般為1:40，有的甚至達1:200。工作臺回轉(zhuǎn)時，速度應平穩(wěn)均勻，在最大載荷下的速度波動不得超過5%。工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備（1）單軸翻轉(zhuǎn)變位機單軸翻轉(zhuǎn)變位機驅(qū)動采用伺服電機或者普通電機驅(qū)動，通常工作翻轉(zhuǎn)速度可調(diào)，其功能是配合焊接機器人按預定程序?qū)A具上的工件翻轉(zhuǎn)一定的角度，以滿足焊接要求，保證工件焊接質(zhì)量。單軸翻轉(zhuǎn)變位機在焊接機器人工作站中是應用最廣泛的設備。單軸翻轉(zhuǎn)變位機工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備（2）單軸懸臂變位機單軸懸臂變位機驅(qū)動采用伺服電機，通常工作的翻轉(zhuǎn)速度是可調(diào)的，其功能是配合焊接機器人按預定程序?qū)A具上的工件翻轉(zhuǎn)一定的角度，以便滿足焊接要求，保證工件焊接質(zhì)量。這類變位機適合小型焊接工作站，節(jié)約空間，亦可實現(xiàn)一臺機器人、兩臺變位機的高效率生產(chǎn)。單軸懸臂變位機工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備（3）單軸水平回轉(zhuǎn)變位機單軸水平回轉(zhuǎn)變位機適合小型工作站、小工件的焊接，可實現(xiàn)±180°水平回轉(zhuǎn)，滿足工件焊接要求，保證工件焊接質(zhì)量。單軸水平回轉(zhuǎn)變位機工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備（4）雙軸標準變位機雙軸標準變位機兩軸均采用伺服電機驅(qū)動，焊接夾具實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的同時，也能實現(xiàn)±180°水平回轉(zhuǎn)，這使得機器人的工作空間和與夾具的相互協(xié)調(diào)能力大大增強，機器人焊接姿態(tài)和焊縫質(zhì)量有很大提高。這類變位機適合小型焊接工作站，常用于小工件的焊接，如消聲器的尾管、油箱等工件焊接。雙軸標準變位機工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備（5）L型雙軸變位機L型雙軸變位機兩軸均采用伺服電機驅(qū)動，焊接夾具可實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的同時，亦可實現(xiàn)±180°水平回轉(zhuǎn)，這使得機器人與夾具的相互協(xié)調(diào)能力大大增強，機器人焊接姿態(tài)和焊縫質(zhì)量有很大提高。這類變位機的承載能力比上述雙軸標準變位機大，第一軸的翻轉(zhuǎn)角度亦大，適合較大工件的焊接。L型雙軸變位機是雙軸變位機的升級設備。L型雙軸變位機工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備（6）C型雙軸變位機C型雙軸變位機與L型雙軸變位機原理相近，但是第二軸的上端與夾具固定，采用回轉(zhuǎn)支撐與電機驅(qū)動端同步。C型雙軸變位機的第一軸減速比大，就結(jié)構(gòu)來說，其承載能力要比L型雙軸變位機的承載能力大很多，一般焊接重型夾具選用。C型雙軸變位機工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備（7）三軸垂直翻轉(zhuǎn)變位機三軸垂直翻轉(zhuǎn)變位機第一軸的翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)夾具A/B側(cè)的換位，第二軸/第三軸的自身翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)夾具自動翻轉(zhuǎn)。此變位機實現(xiàn)了與機器人的同步協(xié)調(diào)動作，驅(qū)動均采用伺服電機，兩套同樣的夾具一起工作，A側(cè)機器人焊接的同時，B側(cè)是人工裝件。此變位機對于整個工作站來說，工作效率大大提高。選用三軸垂直翻轉(zhuǎn)變位機的機器人焊接工作站較大，工作站的安全房較高，一般用于車橋等大型工件的焊接。三軸垂直翻轉(zhuǎn)變位機工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備（8）三軸水平回轉(zhuǎn)變位機三軸水平回轉(zhuǎn)變位機是三軸變位機的不同類型的設備，工作原理與三軸垂直翻轉(zhuǎn)變位機基本相同，但是，第一軸要通過回轉(zhuǎn)實現(xiàn)夾具A/B側(cè)的換位，第二軸/第三軸依然是通過自身翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)夾具自動翻轉(zhuǎn)。此變位機實現(xiàn)了與機器人的同步協(xié)調(diào)，驅(qū)動均采用伺服電機，兩套同樣的夾具一起工作，A側(cè)機器人焊接的同時，B側(cè)是人工裝件。三軸水平回轉(zhuǎn)變位機工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備（9）五軸變位機五軸變位機分A/B工位，兩側(cè)的工作原理相同，可實現(xiàn)夾具的回轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)。第一軸的翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)夾具自身回轉(zhuǎn)，第二軸實現(xiàn)夾具自動翻轉(zhuǎn)，第三軸實現(xiàn)變位機A/B工位的位置變換；通過各個軸的協(xié)調(diào)，達到更佳的工件焊接效果。五軸變位機工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備變位機技術(shù)要求：（1）回轉(zhuǎn)驅(qū)動1）回轉(zhuǎn)驅(qū)動應實現(xiàn)無級調(diào)速，并可逆轉(zhuǎn)。2）在回轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)，承受最大載荷時轉(zhuǎn)速波動不超過5%。（2）傾斜驅(qū)動1）傾斜驅(qū)動應平穩(wěn)，在最大負荷下不抖動，整機不得傾覆。最大負荷Q超過25kg的，應具有動力驅(qū)動功能。2）應設有限位裝置，控制傾斜角度，并有角度指示標志。3）傾斜機構(gòu)要具有自鎖功能，在最大負荷下不滑動，安全可靠。工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備2.滑移平臺把機器人本體裝在可移動的滑移平臺或龍門架上，以擴大機器人本體的作業(yè)空間；或者采用變位機和滑移平臺的組合，確保工件的待焊部位和機器人都處于最佳焊接位置和姿態(tài)。工程機械結(jié)構(gòu)件的機器人焊接作業(yè)工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備3.清槍裝置機器人在施焊過程中焊鉗的電極頭氧化磨損，焊槍噴嘴內(nèi)外殘留的焊以及焊絲干伸長度的變化等勢必影響到產(chǎn)品的焊接質(zhì)量及其穩(wěn)定性。焊接機器人清槍裝置工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備3.清槍裝置（1）焊鉗電極修磨機為點焊機器人配備自動電極修磨機，可實現(xiàn)電極頭工作面氧化磨損后的修磨過程自動化和提高生產(chǎn)線節(jié)拍。電極修磨完成后，需根據(jù)修磨量的多少對焊鉗的工作行程進行補償。（2）焊槍自動清槍站焊槍自動清槍站主要包括焊槍清洗機、噴硅油/防飛濺裝置和焊剪斷裝置三部分。焊槍清洗機主要功能是清除噴嘴內(nèi)表面的飛濺，以保證保護氣體的通暢；噴硅油/防飛濺裝置噴出的防濺液可以減少焊渣的附著，降低維護頻率；而焊絲剪斷裝置主要用于利用焊絲進行起始點檢測的場合，以保證焊絲的干伸長度一定，提高檢測的精度和起弧的性能。焊槍自動清洗站工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備4.工具快換裝置一個工具自動更換裝置由三部分構(gòu)成，分別是連接器、主側(cè)和工具側(cè)。主側(cè)安裝在機器人上，工具側(cè)安裝在工具上，兩側(cè)可以自動氣壓鎖緊，連接的同時可以連通和傳遞電信號、氣體、水等介質(zhì)。機器人工具快換裝置為自動更換各種工具并連通介質(zhì)提供了極大的柔性，實現(xiàn)了機器人功能的多樣化和生產(chǎn)線效率的最大化，能夠快速適應多品種小批量生產(chǎn)現(xiàn)場。工具自動更換裝置工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備4.工具快換裝置在弧焊機器人作業(yè)過程中，焊槍是一個重要的執(zhí)行工具，需要定期更換或清理焊槍配件，如導電嘴、噴嘴等，這樣不僅浪費工時，且增加維護費用。采用自動換槍裝置可有效解決此問題，使得機器人空閑時間大為縮短，焊接過程的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的可用性、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都大幅度提高，適用于不同填充材料或必須在工作過程中改變焊接方法的自動焊接作業(yè)場合。自動換槍裝置工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1一、周邊設備5.焊接煙塵凈化器焊接煙塵凈化器用于焊接、切割、打磨等工序中產(chǎn)生煙塵和粉塵的凈化以及對稀有金屬、貴重物料的回收等，可凈化大量懸浮在空氣中對人體有害的細小金屬顆粒。焊接煙塵凈化器焊接機器人是成熟、標準、批量生產(chǎn)的高科技產(chǎn)品，但其周邊設備是非標準的，需要專業(yè)設計和非標產(chǎn)品制造。周邊設備設計的依據(jù)是焊接工件，由于焊接工件的差異很大，需要的周邊設備差異也就很大，繁簡不一。工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1二、工位布局焊接機器人與周邊設備組成的系統(tǒng)稱之為焊接機器人集成系統(tǒng)（工作站）。1.單工位固定式機器人焊接工作站基本配置：機器人系統(tǒng)、焊接電源、焊槍、清槍裝置、機器人底座、工裝夾具、防護網(wǎng)、焊接平臺等。單工位固定式機器人焊接工作站工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1二、工位布局焊接機器人與周邊設備組成的系統(tǒng)稱之為焊接機器人集成系統(tǒng)（工作站）。2.雙工位固定式機器人焊接工作站基本配置：機器人系統(tǒng)、焊接電源、焊槍、清槍裝置、機器人底座、工裝夾具、防護網(wǎng)、焊接平臺等。適合于小型結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品的自動化焊接；大大降低人力物流強度，操作方便、安全快捷；夾具拆卸更換方便，自動化拓展性強；工位排布相當于一字型，不僅工位可成固定式一字型，也可選工位變位式一字型排布；雙工位固定式機器人焊接工作站工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1二、工位布局焊接機器人與周邊設備組成的系統(tǒng)稱之為焊接機器人集成系統(tǒng)（工作站）。3.多工位固定式機器人焊接工作站基本配置：機器人系統(tǒng)、焊接電源、焊槍、清槍裝置、機器人底座、工裝夾具、防護網(wǎng)、焊接平臺等。適于不需要自動翻面的小型結(jié)構(gòu)件的自動化焊接；根據(jù)工件尺寸及人工物流強度來選擇實際布局；站體結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強，對于同類尺寸的工件自動化焊接兼容性強；站體采用整體一體式結(jié)構(gòu)，對于設備的搬遷和挪動非常方便；夾具采用氣動手動均可。多工位固定式機器人焊接工作站工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1二、工位布局焊接機器人與周邊設備組成的系統(tǒng)稱之為焊接機器人集成系統(tǒng)（工作站）。4.行走+焊接機器人組合的工作站基本配置：機器人系統(tǒng)、滑移平臺、焊接電源、焊槍、清槍裝置、機器人底座、工裝夾具、防護網(wǎng)、焊接平臺等。適合于三維面焊接件，無論是直線、曲線、圓弧焊縫，都能較理想使焊縫處于船型焊接位置，可有效保證焊槍的可達性及焊縫的工藝性，相對于塊焊接的工件寬度、高度、直徑??；采用高精度伺服電機及減縮機保證變位的重復定位精度，夾具拆卸更換方便，自動化拓展性強；行走+焊接機器人組合的工作站工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1二、工位布局焊接機器人與周邊設備組成的系統(tǒng)稱之為焊接機器人集成系統(tǒng)（工作站）。5.U型變位機+焊接機器人組合的工作站基本配置：機器人系統(tǒng)、滑移平臺、焊接電源、焊槍、清槍裝置、機器人底座、工裝夾具、防護網(wǎng)、焊接變位機等。適合于三維面的大焊接件，無論是直線、曲線、圓弧焊縫，都能較理想使焊縫處于船型焊接位置，可有效保證焊槍的可達性及焊縫的工藝性；變位機+焊接機器人組合的工作站工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1二、工位布局焊接機器人與周邊設備組成的系統(tǒng)稱之為焊接機器人集成系統(tǒng)（工作站）。6.雙工位單軸變位機H式機器人焊接工作站基本配置：機器人系統(tǒng)、滑移平臺、焊接電源、焊槍、清槍裝置、機器人底座、工裝夾具、防護網(wǎng)、焊接變位機等。適合焊縫分布在多個面的中小型焊接件，工件360度自動翻轉(zhuǎn)、無論是直線、曲線、圓弧焊縫，都能較好的保證焊槍焊接姿態(tài)和可達性；雙工位單軸變位機H式機器人焊接工作站工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1二、工位布局焊接機器人與周邊設備組成的系統(tǒng)稱之為焊接機器人集成系統(tǒng)（工作站）。7.雙工位回轉(zhuǎn)式機器人焊接工作站基本配置：機器人系統(tǒng)、滑移平臺、焊接電源、焊槍、清槍裝置、機器人底座、工裝夾具、防護網(wǎng)、焊接變位機等。適于所有小型結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品的自動化焊接；工位自動切換，大大降低人力物流強度，操作方便、安全快捷、簡潔實用。雙工位回轉(zhuǎn)式機器人焊接工作站工業(yè)機器人典型應用——焊接機器人2.1噴涂作為工業(yè)機器人的又一應用，往往和焊接功能集成在一起，因為往往在焊接工序之后，就是噴漆工序。因此，人們往往說的噴涂機器人又叫做噴漆機器人，是可進行自動噴漆或噴涂其他涂料的工業(yè)機器人。噴涂機器人工業(yè)機器人典型應用——噴涂機器人2.1最早的噴涂機器人是于1969年由挪威Trallfa公司發(fā)明的。噴漆機器人主要由機器人本體、計算機和相應的控制系統(tǒng)組成，液壓驅(qū)動的噴漆機器人還包括液壓油源，如油泵、油箱和電機等。多采用5或6自由度關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，手臂有較大的運動空間，并可做復雜的軌跡運動，其腕部一般有2～3個自由度，可靈活運動。較先進的噴漆機器人腕部采用柔性手腕，既可向各個方向彎曲，又可轉(zhuǎn)動，其動作類似人的手腕能方便地通過較小的孔伸入工件內(nèi)部，噴涂其內(nèi)表面。工業(yè)機器人典型應用——噴涂機器人2.1噴漆機器人一般采用液壓驅(qū)動，具有動作速度快、防爆性能好等特點，可通過手把手示教或點位示數(shù)來實現(xiàn)示教。噴漆機器人廣泛用于汽車、儀表、電器、搪瓷等行業(yè)。工業(yè)機器人典型應用——噴涂機器人2.1噴涂機器人的主要特點：①柔性大，工作范圍大。②提高噴涂質(zhì)量和材料使用率。③易于操作和維護，可離線編程，大大的縮短現(xiàn)場調(diào)試時間。④設備利用率高，噴涂機器人的利用率可達90%-95%。工業(yè)機器人典型應用——噴涂機器人2.1水切割，就是我們通常所說的水刀切割，最初常用于醫(yī)療行業(yè)，是一種高壓水射流切割技術(shù)。隨著工業(yè)機器人的發(fā)展，將工業(yè)機器人和水切割設備組合為一體，便構(gòu)成了智能水切割，將一般的水切割中融入了智能元素，便產(chǎn)生了水切割機器人。工業(yè)機器人典型應用——水切割機器人2.1水切割機器人目前分為框架式、機械臂式兩種。一般情況下，水切割機器人主要由以下三部分構(gòu)成：①超高壓水射流發(fā)生器。②多軸機器人或框架式工業(yè)機器人。③軟化水系統(tǒng)，輔助供給系統(tǒng)等。工業(yè)機器人典型應用——水切割機器人2.1水切割機器人可用于多種材料的高壓水切割，比如玻璃、大理石、皮革、塑料等?？蓪ψ杂汕娴膹碗s工件進行精確的三維切割加工。采用機器人進行各種復雜形狀工件的切割加工在國外已廣泛地應用于汽車內(nèi)外飾件、飛機制造、建材及服裝等行業(yè)，它可以大大提高工件切割質(zhì)量和生產(chǎn)效率，并適用于多品種產(chǎn)品的加工，比沖載成型大大節(jié)省模具開發(fā)的費用，還可以降低勞動強度把工人從繁雜的勞動中解脫出來。工業(yè)機器人典型應用——水切割機器人2.1水切割機器人主要有如下特點：①屬于冷切割、不產(chǎn)生熱變形或熱效應；②環(huán)保無污染、不產(chǎn)生有毒氣體及粉塵；③可加工各種高硬度的材料，如：玻璃、陶瓷、不銹鋼等，或比較柔軟的材料，如：皮革、橡膠、紙尿布等；④是一些復合材料，易碎瓷材料復雜加工的唯一手段；⑤切口光滑、無熔渣，無需二次加工；⑥可一次完成鉆孔、切割、成型工作；⑦生產(chǎn)成本低；⑧自動化程度高；⑨24小時連續(xù)工作。工業(yè)機器人典型應用——水切割機器人2.1拋光、打磨一般是在噴涂工序之后的最后一個工序，是利用機械、化學或電化學的作用，磨擦使物體(如金器)光滑的過程，使工件表面粗糙度降低，以獲得光亮、平整表面的加工方法，是利用拋光工具和磨料顆?；蚱渌麙伖饨橘|(zhì)對工件表面進行的修飾加工。拋光不能提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度，而是以得到光滑表面或鏡面光澤為目的，有時也用以消除光澤（消光）。通常以拋光輪作為拋光工具。工業(yè)機器人典型應用——拋光打磨機器人2.1打磨拋光機器人是一般工業(yè)機器人和拋光打磨設備的組合。一般由示教盒、控制柜、機器人本體、壓力傳感器、磨頭組件等部分組成。可以在計算機的控制下實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制和點位控制。打磨拋光機器人主要用于工件的表面打磨，棱角去毛刺，焊縫打磨，內(nèi)腔內(nèi)孔去毛刺，孔口螺紋口加工等工作。打磨拋光機器人一般分為工具型打磨機器人和工件型打磨機器人兩種工業(yè)機器人典型應用——拋光打磨機器人2.1打磨拋光機器人的特點：①提高打磨質(zhì)量和產(chǎn)品光潔度，保證其一致性；②提高生產(chǎn)率；③改善工人勞動條件，可在有害環(huán)境下長期工作；④縮短產(chǎn)品改型換代的周期，減少相應的投資設備；⑤降低對工人操作技術(shù)的要求。應用：廣泛應用于衛(wèi)浴五金行業(yè)、IT行業(yè)、汽車零部件、工業(yè)零件、醫(yī)療器械、木材建材家具制造、民用產(chǎn)品等行業(yè)。工業(yè)機器人典型應用——拋光打磨機器人思考與練習2.1一、填空題1.世界各國生產(chǎn)的焊接用機器人基本上都屬

型機器人，絕大部分有

個軸。2.目前焊接機器人應用中比較普遍的主要有2種：

和

。3.弧焊機器人在焊接運動過程中，

和

是兩項重要指標。4.常見的碼垛機器人結(jié)構(gòu)多為

、

和

。5.碼垛機器人的末端執(zhí)行器是夾持物品移動的一種裝置，其原理結(jié)構(gòu)與搬運機器人類似，常見形式有

、

、

和組合式。6.實際生產(chǎn)中，常見的碼垛工作站布局主要有

和

兩種。7.關(guān)節(jié)式碼垛機器人常見本體多為

軸，亦有五、六軸碼垛機器人。思考與練習2.1二、判斷題1.通常在保證相同夾緊力情況下，氣動比液壓負載輕、衛(wèi)生、成低、易獲取，故實際碼垛中以壓縮空氣為驅(qū)動力的居多。（）2.擺臂式碼垛機器人可實現(xiàn)大物料、重噸位搬運和碼垛。（）3.弧焊機器人是用于弧焊自動作業(yè)的工業(yè)機器人，其末端持握的工具是焊鉗。（）4.C型點焊鉗用于水平及接近水平位置的焊點，電極的運動軌跡為圓弧線。（）三、簡答題1.試述碼垛機器人系統(tǒng)的組成與功能？2.查閱資料分析碼垛機器人和搬運機器人的區(qū)別。3.試述點焊、弧焊機器人系統(tǒng)的組成與功能？第2章工業(yè)機器人技術(shù)應用教學目標《機器人技術(shù)應用》1.掌握機器人的組成和技術(shù)參數(shù)2.了解機器人的典型應用目錄頁PAGEOFCONTENT2.1工業(yè)機器人典型應用2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.3工業(yè)機器人的技術(shù)指標2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成以工業(yè)機器人為例，一個工業(yè)機器人系統(tǒng)，一般由三部分、六個子系統(tǒng)組成。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成1.機械系統(tǒng)機械本體是機器人賴以完成作業(yè)任務的執(zhí)行機構(gòu)，一般是一臺機械手，可以在確定的環(huán)境中執(zhí)行控制系統(tǒng)指定的操作。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成1.機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由機身、臂部、腕部、手部（末端執(zhí)行器）四部分組成。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.感知系統(tǒng)感知系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器模塊和外傳感器模塊組成，獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中的有意義的信息。智能傳感器的使用提高了機器人的機動性、適應性和智能化水平。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.感知系統(tǒng)機器人傳感器主要有以下幾類：

（1）二維視覺傳感器二維視覺傳感器主要就是一個攝像頭，它可以完成物體運動的檢測以及定位等功能，許多智能相機可以配合協(xié)調(diào)工業(yè)機器人的行動路線，根據(jù)接收到的信息對機器人的行為進行調(diào)整。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.感知系統(tǒng)（2）三維視覺傳感器三維視覺系統(tǒng)必須具備兩個攝像機在不同角度進行拍攝，這樣物體的三維模型可以被檢測識別出來。相比于二維視覺系統(tǒng)，三維傳感器可以更加直觀的展現(xiàn)事物。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.感知系統(tǒng)（3）力扭矩傳感器力扭矩傳感器是一種可以讓機器人知道力的傳感器，可以對機器人手臂上的力進行監(jiān)控，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對機器人接下來行為作出指導。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.感知系統(tǒng)（4）碰撞檢測傳感器工業(yè)機器人最大的要求就是安全，要營造一個安全的工作環(huán)境，就必須讓機器人識別什么事不安全。一個碰撞傳感器的使用，可以讓機器人理解自己碰到了什么東西，并且發(fā)送一個信號暫?；蛘咄Ｖ箼C器人的運動。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.感知系統(tǒng)（5）安全傳感器與上面的碰撞檢測傳感器不同，使用安全傳感器可以讓工業(yè)機器人感覺到周圍存在的物體，安全傳感器的存在，避免機器人與其他物體發(fā)生碰撞。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.感知系統(tǒng)（6）其他傳感器除了這些還有其他的許多傳感器，比如焊接縫隙追蹤傳感器，要想做好焊接工作，就需要配備一個這樣的傳感器，還有觸覺傳感器等。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成3.驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)主要指驅(qū)動機械系統(tǒng)的驅(qū)動裝置。根據(jù)驅(qū)動源的不同，驅(qū)動系統(tǒng)可分為電動、液壓、氣動三種以及把它們結(jié)合起來應用的綜合系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)可以與機械系統(tǒng)直接相連，也可通過同步帶、鏈條、齒輪、諧波傳動裝置等與機械系統(tǒng)間接相連。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成4.機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)工業(yè)機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)是實現(xiàn)工業(yè)機器人與外部環(huán)境中的設備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的任務是根據(jù)機器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來的信號支配機器人的執(zhí)行機構(gòu)完成規(guī)定的運動和功能。控制系統(tǒng)根據(jù)控制原理可分為程序控制系統(tǒng)、適應性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng)；根據(jù)控制運動的形式可分為點位控制和軌跡控制。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（1）控制器的發(fā)展隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，從核心處理器組成結(jié)的角度，機器人控制器的發(fā)展經(jīng)歷了以下三個階段：第一階段：單一處理器，機器人發(fā)展初期，控制器使用的核心處理器是單一的，采用的是8位或16位的處理器。由于處理器單一，機器人所有的操作都由這一處理器處理，所以處理效率低下，操作動作緩慢。第二階段：二級處理器，介于單一處理器和多處理器之間，這時的處理器分為兩級，日本早期研制的Motoman機器人控制器就采用這種模式。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（1）控制器的發(fā)展第三階段：多處理器，是目前機器人用的最為廣泛的一種處理器結(jié)構(gòu)。多處理器中，同樣有分級，一級仍為高級核心處理器，作用與第二階段的一級處理器差不多；但二級處理器有多個，這種模式的一級處理器與二級處理器通過總線進行數(shù)據(jù)交換，控制性能和操作速度明顯提高，同時功能升級和可擴展空間大大提高。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（1）控制器的發(fā)展從控制模式的角度，機器人控制器的發(fā)展經(jīng)歷了以下三個階段：第一階段：集中式控制，一般是單一處理器的情況下，機器人的所有操作都由同一處理器處理，所有操作都是這一處理器集中控制。第二階段：主從式控制，至少在有兩個處理器的情況下，一個處理器處于上一級，另一個處理器處于下一級的控制。第三階段：分布式控制，是在有多個處理器的情況下，每個處理器負責一個或幾個部件的控制，可以不相互影響，但也要受上一級的調(diào)控。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（2）控制器的組成現(xiàn)在機器人控制器架構(gòu)一般為多處理器分布式的模式，具體來說主要有兩種形式：一種是電腦和機器人控制卡操作機器人模式，另一種是嵌入式處理器和實時操作系統(tǒng)自動控制模式，它們基本由下面幾個部分組成。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（2）控制器的組成①控制PC或嵌入式處理器：除單獨的控制PC外，一般用的是8位或16位單片機，成本較低、技術(shù)較成熟；也可以是嵌入式數(shù)字信號處理器,如DSP，一般用C語言編程，算法的可塑性強、較靈活。②示教盒：用于對機器人進行軌跡的示教，參數(shù)的設定，是人機交互的接口。③存儲設備：用于儲機器人工作程序和數(shù)據(jù)的存儲設備。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（2）控制器的組成④各種輸入輸出接口：用于各種信息和數(shù)據(jù)的輸入或輸出。⑤傳感器：用于機器人的狀態(tài)的自動檢測，以實現(xiàn)實時控制，一般為力學傳感器、觸覺和視覺傳感器。⑥軸控制器：用于完成控制機器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度。⑦通信接口：實現(xiàn)機器人和其他設備的信息交換，一般有串行接口、并行接口等，包括與網(wǎng)絡信息的通信的網(wǎng)絡接口。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（3）控制器的功能

①示教功能：示教功能是機器人的首要功能之一，有離線示教（即離線編程），有在線示教，在線示教包括示教盒和導引示教兩種。②記憶功能：機器人的發(fā)展是建立在計算機發(fā)展基礎之上的，機器人也有存儲器，因而也有記憶功能。③與其他設備通信的功能：機器人能通過已有的各種接口與其他設備進行通信。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（3）控制器的功能④參數(shù)設置功能：能設置與操作有關(guān)的各種參數(shù)。⑤人機對話功能：能通過示教盒、操作面板、顯示屏進行人機交互。⑥自我檢測功能：能通過各種傳感器進行自我檢測。⑦自我診斷功能：機器人運行時系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下能進行自我診斷保護。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器在未來的工作和生活中，特別是工業(yè)應用中，機器人將被“不知疲倦”地使用去做滿足人類的各用事情。因此，機器人需要是高度柔性、高度開放的，具有友好的可編程人機交互界面。示教技術(shù)就是能讓機器人被編程而能夠完成不同任務的技術(shù)。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器課堂討論：視頻中，機器人完成這些搬運動作，可以采用哪些示教編程方式?2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器1)示教器的分類①直接示教：可理解成我們常說的手把手教，例如，在使用機器人進行噴涂作業(yè)前，需要人工地牽動機器人的手臂進行噴涂作業(yè)，相當于先人工給機器人進行示范，以達到示教的目的。在這個過程中，需要選擇相關(guān)的坐標系以進行位置的標定，這些坐標系有關(guān)節(jié)坐標系、工具坐標系、用戶坐標系和直角坐標系等。特點：操作簡單、直接快速，但在有的場合卻不能適用，比如當機器人較龐大時，利用機器人進行危險物品操作時，機器人操作的工具較危險時等。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器1)示教器的分類①直接示教當機器人不適合用人工牽動機器人的手臂進行拖拽示教時，可采用編程的方式進行示教再現(xiàn)。首先，由人工觀察機器人的作業(yè)姿勢；然后，人工通過示教盒對作業(yè)姿勢以及一些其他參數(shù)進行設定，使機器人操作的整個過程的數(shù)據(jù)被記錄下來，再通過插補，就完成了機器人的示教了。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器1)示教器的分類②離線編程示教：主要是運用軟件進行機器人操作任務的編程，一般可以分為執(zhí)行編程和任務編程。在進行編程前，常用的圖形軟件主要是CAD或CAM，用來建立機器人的工作環(huán)境模型，再用機器人的編程語言，一般為高級語言對機器人的操作進行編程，最后可以在模擬的環(huán)境中進行機器人操作仿真，并進行修正或改善。離線編程示教的整個過程不需要真實的機器人進行操作。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器1)示教器的分類③VR示教：即VirtualReality虛擬現(xiàn)實示教。是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人示教的方面的應用，整個示教過程比離線編程示教更脫離真實機器人，但由于它是高度虛擬化，相比之下，具有更加形象的操作環(huán)境，更加高級的人機接口。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)4、示教器2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器2)主流示教器示教器是機器人的重要組成部分，主流的示教器有世界著名的瑞典ABB，德國KUKA，日本安川機電、FANUC，美國Adept、Miler、S-TROBOtics，意大利COMAU，英國Auto-techRobotics等。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器2)主流示教器①瑞典ABB示教器：由硬件和軟件組成，從功能上來說，它是一個獨立、且功能完整的計算機，它主要由使動裝置、連接器、觸摸屏、緊急停止按鈕和控制桿組成。②意大利COMAU示教器：多以無線示教器為主，示教盒與機器人本體的控制單元采用像手機一樣“配對”的方式連接，方便了機器人直接示教，提高了示教效率。如果是有線連接，該種示教器可以以熱插拔的方式與機器人本體的控制器相連接。③日本安川機電示教器：采用位姿示教時，可以采用實際機器人示教的方式，比如直接示教和遙控示教；也可以采用脫離機器人的示教方式，比如離線示教和虛擬現(xiàn)實示教。該類示教器的缺點是無法使機器人作業(yè)姿態(tài)與路徑達到最優(yōu)，操作過程中還會一定程度上影響到人身安全。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成6.人機交互系統(tǒng)人機交互系統(tǒng)是使操作人員參與機器人控制，并與機器人進行聯(lián)系的裝置，例如，計算機的標準終端、指令控制臺、信息顯示板及危險信號報警器等。人機交互系統(tǒng)可分為兩大類：指令給定裝置和信息顯示裝置。2.2思考與習題1．簡述機器人的組成。簡述工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)組成。簡述機器人感知系統(tǒng)有哪些傳感器。簡述工業(yè)機器人的驅(qū)動系統(tǒng)有哪些？簡述工業(yè)機器人的控制器的組成和功能？簡述工業(yè)機器人示教器的作用？示教方式有哪些？THANKYOU第2章工業(yè)機器人技術(shù)應用教學目標《機器人技術(shù)應用》1.掌握機器人的組成和技術(shù)參數(shù)2.了解機器人的典型應用目錄頁PAGEOFCONTENT2.1工業(yè)機器人典型應用2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.3工業(yè)機器人的技術(shù)指標2.3工業(yè)機器人的技術(shù)指標機器人的技術(shù)參數(shù)反映了機器人可勝任的工作、具有的最高操作性能等情況，是選擇、設計、應用機器人所必須考慮的問題。1.自由度機器人自由度，也稱坐標軸數(shù)，是指機器人所具有的獨立坐標軸運動的數(shù)目，不包括手爪(末端執(zhí)行器)的自由度。2.3工業(yè)機器人的技術(shù)指標1.自由度2.3工業(yè)機器人的技術(shù)指標1.自由度自由度是機器人的一個重要的技術(shù)指標，通過自由度可以反映機器人的通用性和對某些工作的適應性，一般它用來表示機器人作業(yè)的自由程度，多以操作機獨立驅(qū)動的關(guān)節(jié)數(shù)目來表示。機器人的自由度是根據(jù)它的用途來設計的，在三維空間中描述一個物體的姿態(tài)需要六個自由度，機器人的自由度，可以少于六個，也可以多于六個。大多數(shù)機器人從總體上看是個開鏈結(jié)構(gòu)，但是其中可能包含局部閉環(huán)結(jié)構(gòu)，閉環(huán)結(jié)構(gòu)可以提高剛性，但是，會限制關(guān)節(jié)的活動范圍，工作空間會縮小。2.3工業(yè)機器人的技術(shù)指標1.自由度課堂討論：判斷以下幾個機器人有幾個自由度（有幾個軸）？2.3工業(yè)機器人的技術(shù)指標1.自由度一般來說，用于不同作業(yè)的機器人，所需要的自由度不同。從應用的角度，自由度越多的機器人，應用相對來說要廣一些，可調(diào)整性也要強一些，相對來說比較靈活，通用性越好；從設計角度，自由度越多的機器人，其結(jié)構(gòu)越復雜，設計越復雜，成本也較高。所以在設計生產(chǎn)機器人的時候要權(quán)衡，既要滿足應用需要，又要使設計生產(chǎn)成本較低。在應用中，一般用于簡單、粗略的重復工作的機器人，自由度大概是4－6個，比如用于搬運、堆垛的機器人；一般用于比較精細重復工作的機器人，自由度大概是6－7個自由度或者更多，比如焊接和噴涂機器人。2.3工業(yè)機器人的技術(shù)指標2.額定負載額定負載是指在機器人正常工作時，在不使機器人工作性能