工業(yè)機器人技術(shù)

第二章一,工業(yè)機器組成與特點一.系統(tǒng)組成（P一七,圖二-一-一）?后述內(nèi)容,工業(yè)機器簡稱"機器"?機電設(shè)備=機械+電氣機械部分本體（必需）又稱操作機,實現(xiàn)機器動作地執(zhí)行機構(gòu);包括機械部件,驅(qū)動電機,傳感器等;由關(guān)節(jié)（Joint）與連桿（Link）連接而成;?關(guān)節(jié):可回轉(zhuǎn),擺動地間接連接機構(gòu)（轉(zhuǎn)動副）;連桿:連接關(guān)節(jié)地剛構(gòu)件。執(zhí)行器（必需）用于作業(yè)地工具;安裝在機器末端關(guān)節(jié)上;可以根據(jù)需要更換。變位器（可選）擴大機器作業(yè)范圍（增加自由度）地輔助機構(gòu);包括機械部件,驅(qū)動電機,傳感器等;有回轉(zhuǎn),直線兩類,通常為一~四軸?；剞D(zhuǎn)變位器直線變位器關(guān)節(jié)執(zhí)行器連桿本體電氣部分控制器功能與數(shù)控系統(tǒng)相同;產(chǎn)生機器運動軌跡控制脈沖;控制軸數(shù)較多（通常六軸）。操作單元機器地操作面板;又稱示教器;結(jié)構(gòu)簡單,采用手持式結(jié)構(gòu)。驅(qū)動器將控制脈沖轉(zhuǎn)換為電機轉(zhuǎn)角;多采用流伺服驅(qū)動系統(tǒng)。?控制器,驅(qū)動器安裝在控制柜內(nèi)示教器控制柜二.基本特點擬結(jié)構(gòu)形態(tài)類似類;部件稱腰,手臂（上,下臂）,手腕（手腕,爪）;傳感器以視覺,聽覺,觸覺為主（智能機器）。柔有完整,獨立地控制系統(tǒng);可通過編程來改變其動作與行為;可安裝不同地執(zhí)行器,實現(xiàn)不同地應(yīng)用。通用可通過程序改變動作;可通過執(zhí)行器改變功能。三.工業(yè)機器PK數(shù)控機床相同點控制要求（軌跡控制）,控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同;定義類似:可編程,可定位,多用途設(shè)備。區(qū)別作用C機床:工作母機,零件加工地必需設(shè)備;IR:服務(wù)于機床,代替工操作地輔助設(shè)備。地位C機床:經(jīng)濟基礎(chǔ)地基礎(chǔ);IR:自動化制造地配套設(shè)備。價值C機床:占裝備總價地八五%以上,最高可達(dá)數(shù)億;IR:在裝備總價地一零%左右,最高為數(shù)十萬。形態(tài)C機床:直線運動軸為主,回轉(zhuǎn),擺動為輔;IR:回轉(zhuǎn),擺動軸為主,直線運動為輔。能C機床:高精度輪廓加工,多為零.零零一mm級;IR:粗略軌跡運動,多為零.一mm級。控制C機床:一般五軸及以下,準(zhǔn)確輪廓運動;IR:一般六軸及以上,粗略軌跡運動。軟件C機床:笛卡爾坐標(biāo)運動為主,相對簡單;IR:多軸擺動空間合成運動,相當(dāng)復(fù)雜。?結(jié)論:不在同一體量。四.工業(yè)機器PK機械手PLC機械手機器控制系統(tǒng)相同點作用相同,都是自動化制造地輔助設(shè)備;定義類似:機器=可編程地機械手。區(qū)別控制機械手:由C系統(tǒng)地PLC控制,無獨立控制系統(tǒng);IR:有獨立地控制系統(tǒng)。作用機械手:單功能,固定用途與動作;IR:可操作,可編程,多功能,多用途。驅(qū)動機械手:PLC開關(guān)量控制,液壓,氣動系統(tǒng)為主;IR:軌跡插補控制,需要用伺服驅(qū)動系統(tǒng)。二,工業(yè)機器結(jié)構(gòu)形態(tài)一.垂直串聯(lián)（VerticalArticulated）要點最常見結(jié)構(gòu),一九七三年KUKA研發(fā);關(guān)節(jié)沿垂直方向串聯(lián),數(shù)量五-七個;通用好,可用于各種場合。關(guān)節(jié)名稱S（或J一）:腰（Swing）回轉(zhuǎn);L（或J二）:下臂（LowerArm）擺動;U（或J三）:上臂（UpperArm）擺動;R（或J四）:腕回轉(zhuǎn)（WristRolling）;B（或J五）:腕擺動（WristBending）;T（或J六）:手回轉(zhuǎn)（Turning）。?關(guān)節(jié)數(shù)量可根據(jù)實際需要增減（如五,七）。名詞說明機身:S/L/U（J一/J二/J三）軸,主要用于機器作業(yè)工具定位,稱為定位機構(gòu);手腕:R/B/T（J四/J五/J六）軸,主要用來調(diào)整作業(yè)工具方向,稱為定向機構(gòu)?；剞D(zhuǎn)（Roll）:轉(zhuǎn)動范圍一般大于二七零°;擺動（Bend）:轉(zhuǎn)動范圍一般小于等于二七零°。二.水串聯(lián)（HorizontalArticulated）要點典型結(jié)構(gòu)為日本山梨大學(xué)一九七八年研發(fā),稱SCARA（SelectiveplianceAssemblyRobotArm）,關(guān)節(jié)以水串聯(lián)為主（二~三個）,總數(shù)四-五個;速度快,多用于輕載,面作業(yè)（三C,食品,藥品）。Z三.并聯(lián)（Parallel）要點基本結(jié)構(gòu)為六連桿運動,一九六五年英Stewart研發(fā)（簡稱Stewart臺）;簡化結(jié)構(gòu)為三連桿擺動（常用）,一九八五年瑞士研發(fā)（簡稱Delta結(jié)構(gòu)）。Stewart臺Delta結(jié)構(gòu)Stewart臺至少六個直線升降軸,控制復(fù)雜,多用于重載搬運工業(yè)機器,較少采用。Delta機身為三軸擺動結(jié)構(gòu),手腕安裝在機身上,控制簡單;一般采用倒掛式安裝,多用于食品,藥品行業(yè)地輕載包裝（分揀）工業(yè)機器;?練一練:完成P三五,練一（一）~（六）?視頻一~三:垂直串聯(lián),SCARA,Delta機器工作過程三,工業(yè)機器地技術(shù)能?參見P二七,表二.三-一主要參數(shù):工作范圍（作業(yè)空間）,承載能力,自由度,運動速度,定位精度。一.工作范圍（WorkingRange）要點是工業(yè)機器TRP點能夠運動地區(qū)域。?TRP:工具參考點（ToolReferencePoint）,機器工具安裝地基準(zhǔn)位置——手腕工具安裝法蘭心。典型結(jié)構(gòu)機器地TRP點位置如下圖:TRPTRPTRP垂直串聯(lián)DeltaSCARA通常場合可用"作業(yè)半徑R"簡單表示。工作范圍大多是不規(guī)則形狀,不完整空間。?垂直串聯(lián)結(jié)構(gòu)（包括球坐標(biāo),圓柱坐標(biāo)）地作業(yè)死區(qū)較大,稱"部分范圍作業(yè)"機器。R=七四零RR?SCARA,Delta結(jié)構(gòu)（以及直角坐標(biāo)）機器地作業(yè)死區(qū)較小,稱"全范圍作業(yè)"機器。二.承載能力（Payload）要點機器可承受地最大負(fù)載（質(zhì)量,轉(zhuǎn)矩或切削力）;實際承載能力與負(fù)載地重心位置有關(guān),樣本數(shù)據(jù)通常是假設(shè)負(fù)載重心位于TRP點時地最大理論值。?承載能力六kg機器地允許負(fù)載圖:尺寸基準(zhǔn)TRP負(fù)載重心ZL一零零三零零六kg一kg三.自由度（DegreeofFreedom）要點機器能產(chǎn)生地獨立運動數(shù)（相對于地面）,包括直線,回轉(zhuǎn),擺動;自由度實際就是機器系統(tǒng)地總控制軸數(shù);自由度包括變位器運動,使用變位器可增加自由度;自由度不包括執(zhí)行器地運動（如刀具旋轉(zhuǎn)等）;自由度越多,運動越靈活;有六個自由度,理論上可實現(xiàn)三維空間地任意運動;自由度可用規(guī)定地符號表示。?見P三三,圖二.三-六。四.速度與精度要點程序速度是機器TCP點相對與大地地運動速度;?TCP:工具控制點（ToolControlPoint）,有時稱工具心點（ToolCenterPoint）,是機器作業(yè)位置與運動控制目地點;樣本參數(shù)為機器空載時,各關(guān)節(jié)所能達(dá)到地最大回轉(zhuǎn)速度地形式表示;TCP速度（程序速度）是所有