《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》 教案 任務(wù)十三 裝備機(jī)器人

《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》教案姓 名 XXXXXXXX教案課程名稱：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用 授課人：XX課題裝備機(jī)器人課時(shí)2教學(xué)目的與要求（1）了解裝備與裝備垛器人的含義。（2）了解各類裝備機(jī)器人其區(qū)別與應(yīng)用。（3）了解裝備機(jī)器人的系統(tǒng)組成。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：1）了解裝備與裝備機(jī)器人的含義。2）了解各類裝備機(jī)器人其區(qū)別與應(yīng)用。難點(diǎn)：3）掌握裝備機(jī)器人的系統(tǒng)組成。教學(xué)方法課堂講授（PPT授課+小組討論）主要內(nèi)容及步驟備注教學(xué)過程一、組織教學(xué)：組織課堂，介紹本節(jié)課程的體系結(jié)構(gòu)，告知學(xué)習(xí)的基本要求。二、課題導(dǎo)入：掌握裝備與裝備機(jī)器人的含義新課講授：掌握裝備機(jī)器人的系統(tǒng)組成四、強(qiáng)化鞏固利用實(shí)際生活中接觸的例子加強(qiáng)鞏固五、總結(jié)拓展1.課堂內(nèi)容總結(jié) 2.布置作業(yè)小組討論授課效果分析總結(jié)教學(xué)內(nèi)容課堂互動(dòng)一、組織教學(xué)介紹本門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容及知識體系結(jié)構(gòu)，提出課程學(xué)習(xí)的基本要求，強(qiáng)調(diào)本門課程的上課時(shí)間、地點(diǎn)。推薦教材：《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》活頁式教材二、課題導(dǎo)入我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了搬運(yùn)機(jī)器人，那么我們接下來學(xué)習(xí)最常用的類型工業(yè)機(jī)器人之一，什么叫裝備機(jī)器人？導(dǎo)入：上次課堂上我們學(xué)習(xí)了搬運(yùn)機(jī)器人，本次課堂上我們學(xué)習(xí)裝備機(jī)器人與其的系統(tǒng)組成，裝備機(jī)器人有什么特點(diǎn)，為什么會(huì)設(shè)計(jì)裝備機(jī)器人呢？新課講授裝備機(jī)器人（一）裝配與裝配機(jī)器人裝配根據(jù)規(guī)定的技術(shù)要求，將零件或部件進(jìn)行配合和連接，使之成為半成品或成品的過程。裝配是產(chǎn)品生產(chǎn)的后續(xù)工序，它包括裝配、調(diào)整、檢驗(yàn)和試驗(yàn)等工作。裝配在制造業(yè)中占有重要地位，在人力、物力、財(cái)力消耗中占有很大比例，作為一項(xiàng)新興的工業(yè)技術(shù)，機(jī)器人裝配應(yīng)運(yùn)而生。由于裝配操作本身比焊接、噴涂、搬運(yùn)等復(fù)雜，且對裝配環(huán)境要求高，對感知與自適應(yīng)的控制能力要求強(qiáng)，對于機(jī)器人的精度要求也較高，因而裝配領(lǐng)域?qū)⑹俏磥頇C(jī)器人技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)之一。如圖13-2所示。裝配機(jī)器人主要用于各種電器制造(包括家用電器,如電視機(jī)、錄音機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱、吸塵器)、小型電機(jī)、汽車及其部件、計(jì)算機(jī)、玩具、機(jī)電產(chǎn)品及其組件的裝配等方面。如圖13-3所示。圖13-2人工裝配圖13-3機(jī)器人裝配裝配機(jī)器人是工業(yè)生產(chǎn)中用于裝配生產(chǎn)線上對零件或部件進(jìn)行裝配的一類工業(yè)機(jī)器人。裝配機(jī)器人在不同裝配生產(chǎn)線上發(fā)揮著強(qiáng)大的裝配作用，裝配機(jī)器人大多由4-6軸組成，目前市場上常見的裝配機(jī)器人，按臂部運(yùn)動(dòng)形式可分為直角坐標(biāo)裝配機(jī)器人和關(guān)節(jié)式裝配機(jī)器人，關(guān)節(jié)式裝配機(jī)器人又可分為水平串聯(lián)關(guān)節(jié)式、垂直串聯(lián)關(guān)節(jié)式和并聯(lián)關(guān)節(jié)式裝配機(jī)器人。1、直角坐標(biāo)裝配機(jī)器人直角式裝配機(jī)器人又稱單軸機(jī)械手，以XYZ直角坐標(biāo)系統(tǒng)為基本數(shù)學(xué)模型，整體結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)，如圖13-4所示。直角式是目前工業(yè)機(jī)器人中最簡單的一類，具有操作、編程簡單等優(yōu)點(diǎn)，可用于零部件移送、簡單插入、旋擰等作業(yè)，機(jī)構(gòu)上多裝備球形螺釘和伺服電動(dòng)機(jī)，具有速度快、精度高等特點(diǎn)，裝配機(jī)器人多為龍門式和懸臂式?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于節(jié)能燈裝配、電子類產(chǎn)品裝配和液晶屏裝配等場合。圖13-4直角坐標(biāo)裝配機(jī)器人2、節(jié)式裝配機(jī)器人關(guān)節(jié)式裝配機(jī)器人是目前裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用最廣泛的一類機(jī)器人，具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地空間小、相對工作空間大、自由度高，適合幾乎任何軌跡或角度工作，編程自由，動(dòng)作靈活，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。（1）水平串聯(lián)裝配機(jī)器人水平串聯(lián)裝配機(jī)器人亦稱為平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人或SCARA機(jī)器人，如圖13-5所示。水平串聯(lián)裝配機(jī)器人是目前裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用數(shù)量最多的一類裝配機(jī)器人，它屬于精密型裝配機(jī)器人，具有速度快、精度高、柔性好等特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)多為交流伺服電動(dòng)機(jī)，保證其較高的重復(fù)定位精度，可廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械和輕工業(yè)等產(chǎn)品的裝配，適合工廠柔性化生產(chǎn)需求，如圖13-6所示。圖13-5水平串聯(lián)關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人圖13-6水平串聯(lián)裝配機(jī)器人拾放超薄硅片（2）垂直串聯(lián)裝配機(jī)器人垂直串聯(lián)式裝配機(jī)器人多為6個(gè)自由度，如圖13-7所示。垂直串聯(lián)式裝配機(jī)器人可在空間任意位置確定任意位姿，面向?qū)ο蠖酁槿S空間的任意位置和姿勢的作業(yè)。圖13-8所示是垂直串聯(lián)式裝配機(jī)器人進(jìn)行裝配作業(yè)。 圖13-7垂直串聯(lián)關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人圖13-8垂直串聯(lián)關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人組裝（3）并聯(lián)裝配機(jī)器人并聯(lián)裝配機(jī)器人亦稱拳頭機(jī)器人、蜘蛛機(jī)器人或Delta機(jī)器人，如圖13-9所示。并聯(lián)裝配機(jī)器人是一種輕型、結(jié)構(gòu)緊湊的高速裝配機(jī)器人，可安裝在任意傾斜角度上，獨(dú)特的并聯(lián)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)快速、敏捷動(dòng)作且減少了非累積定位誤差。目前在裝配領(lǐng)域，并聯(lián)式裝配機(jī)器人有兩種形式可供選擇，即三軸手腕（合計(jì)六軸）和一軸手腕（合計(jì)四軸），具有小巧高效、安裝方便、精準(zhǔn)靈敏等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于IT、電子裝配等領(lǐng)域。圖13-10所示是并聯(lián)式裝配機(jī)器人進(jìn)行裝配作業(yè)的場景。 圖13-9并聯(lián)關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人圖13-10并聯(lián)關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人組裝3、裝配機(jī)器人的特性通常裝配機(jī)器人本體與搬運(yùn)、焊接、噴涂機(jī)器人本體精度制造上有一定的差別，原因在于機(jī)器人在完成焊接、噴涂作業(yè)時(shí)，沒有與作業(yè)對象接觸，只需示教機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡即可，而裝配機(jī)器人需與作業(yè)對象直接接觸，并進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作；搬運(yùn)、碼垛機(jī)器人在移動(dòng)物料時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡多為開放性，而裝配作業(yè)是一種約束運(yùn)動(dòng)類操作，即裝配機(jī)器人精度要高于搬運(yùn)、碼垛、焊接和噴噴涂機(jī)器人。盡管裝配機(jī)器人在本體上較其他類型機(jī)器人有所區(qū)別，但在實(shí)際應(yīng)用中無論是直角坐標(biāo)裝配機(jī)器人還是關(guān)節(jié)式裝配機(jī)器人都有如下特性：（1）能夠?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)生產(chǎn)節(jié)拍和末端執(zhí)行器動(dòng)作狀態(tài)。（2）可更換不同末端執(zhí)行器以適應(yīng)裝配任務(wù)的變化，方便、快捷。（3）能夠與零件供給器、輸送裝置等輔助設(shè)備集成，實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)。（4）多帶有傳感器，如視覺傳感器、觸覺傳感器、力傳感器等，以保證裝配任務(wù)的精準(zhǔn)性。（二）裝配機(jī)器人的系統(tǒng)組成裝配機(jī)器人是柔性自動(dòng)化裝配系統(tǒng)的核心設(shè)備，裝配機(jī)器人的裝配系統(tǒng)主要由操作機(jī)、控制系統(tǒng)、裝配系統(tǒng)（手爪、氣體發(fā)生裝置、真空發(fā)生裝置或電動(dòng)裝置）、傳感系統(tǒng)和安全保護(hù)裝置組成，如圖13-11所示。其中機(jī)器人的結(jié)構(gòu)類型有直角坐標(biāo)型、水平關(guān)節(jié)型、垂直關(guān)節(jié)型和并聯(lián)關(guān)節(jié)型等?？刂破饕话悴捎枚郈PU或多級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制和運(yùn)動(dòng)編程，末端執(zhí)行器為適應(yīng)不同的裝配對象而設(shè)計(jì)成各種手爪和手腕等，傳感系統(tǒng)又來獲取裝配機(jī)器人與環(huán)境和裝配對象之間相互作用的信息。操作者可通過示教器和操作面板進(jìn)行裝配機(jī)器人運(yùn)動(dòng)位置和動(dòng)作程序的示教，設(shè)定運(yùn)動(dòng)速度、裝配動(dòng)作及參數(shù)等。圖13-11裝配機(jī)器人系統(tǒng)組成1、裝配機(jī)器人裝配機(jī)器人由本體及控制裝配過程的控制柜組成，目前市場上的裝配生產(chǎn)線多以關(guān)節(jié)式裝配機(jī)器人中的SCARA機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)器人為主，在小型、精密、垂直裝配上，SCARA機(jī)器人具有很大優(yōu)勢。隨著社會(huì)需求增大和技術(shù)的進(jìn)步，裝配機(jī)器人行業(yè)亦得到迅速發(fā)展，多品種、少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求，成為推動(dòng)裝配機(jī)器人發(fā)展的直接動(dòng)力，各個(gè)機(jī)器人生產(chǎn)廠家也不斷推出新機(jī)型以適合裝配生產(chǎn)線的“自動(dòng)化”和“柔性化”。2、裝配機(jī)器人末端執(zhí)行器裝配機(jī)器人裝配系統(tǒng)的末端執(zhí)行器是夾持工件移動(dòng)的一種夾具，類似于搬運(yùn)、碼垛機(jī)器人的末端執(zhí)行器，常見的裝配執(zhí)行器有吸附式、夾鉗式、專用式和組合式。吸附式吸附式末端執(zhí)行器在裝配中僅占一小部分，廣泛應(yīng)用于電視、錄音機(jī)、鼠標(biāo)等輕小工件的裝配場合，如圖13-12所示。夾鉗式夾鉗式手爪是裝配過程中最常用的一類手爪，多采用氣動(dòng)或伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，閉環(huán)控制配備傳感器可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制手爪起動(dòng)、停止及其轉(zhuǎn)速，并對外部信號做出準(zhǔn)確反映。夾鉗式裝配手爪具有重量輕、出力大、速度高、慣性小、靈敏度高、轉(zhuǎn)動(dòng)平滑、力矩穩(wěn)定等特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)類似于搬運(yùn)作業(yè)夾鉗式手爪，但又比搬運(yùn)作業(yè)夾鉗式手爪精度高、柔順性高，如圖13-13所示。圖13-12吸附式手爪圖13-13夾鉗式手爪（3）專用式專用式手爪是在裝配中針對某一類裝配場合單獨(dú)設(shè)計(jì)的末端執(zhí)行器，且部分帶有磁力，常見的主要是螺釘、螺栓的裝配，同樣亦多采用氣動(dòng)或伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，如圖13-14所示。（4）組合式組合式末端執(zhí)行器在裝配作業(yè)中是通過組合獲得各單組手爪優(yōu)勢的一類手爪，靈活性較大，多用于機(jī)器人需要相互配合裝配的場合，可節(jié)約時(shí)間、提高效率，如圖13-15所示。圖13-14專用式手爪圖13-15組合式手爪3.裝配機(jī)器人傳感系統(tǒng)帶有傳感系統(tǒng)的裝配機(jī)器人可更好地完成銷、軸、螺釘、螺栓等柔性化裝配作業(yè)，在其作業(yè)中常用到的傳感系統(tǒng)有視覺傳感系統(tǒng)、觸覺傳感系統(tǒng)等。（1）視覺傳感系統(tǒng)配備視覺傳感系統(tǒng)的裝配機(jī)器人可依據(jù)需要選擇合適的裝配零件，并進(jìn)行粗定位和位置補(bǔ)償，完成零件平面測量、形狀識別等檢測，其視覺傳感系統(tǒng)原理如圖13-16所示。圖13-16視覺傳感系統(tǒng)（2）觸覺傳感系統(tǒng)裝配機(jī)器