工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)編程與操作 模塊一 工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識

工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)操作與編程

模塊一工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識0102學(xué)習(xí)任務(wù)二工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制學(xué)習(xí)任務(wù)一認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人CONTENTS章節(jié)目錄學(xué)習(xí)任務(wù)一

認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—學(xué)習(xí)目標(biāo)什么是工業(yè)機(jī)器人。1熟悉工業(yè)機(jī)器人的常見分類及其行業(yè)應(yīng)用。2了解工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。3知識目標(biāo)1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—學(xué)習(xí)目標(biāo)能清楚工業(yè)機(jī)器人的最顯著特點。1能結(jié)合自動化生產(chǎn)線判別搬運、碼垛、焊接、涂裝和裝配等復(fù)雜作業(yè)的應(yīng)用。2能力目標(biāo)1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—任務(wù)描述工業(yè)機(jī)器人作為先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平和科技水平的重要標(biāo)志。本次任務(wù)的主要內(nèi)容就是了解工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢;通過視頻觀看、現(xiàn)場參觀等，了解工業(yè)機(jī)器人相關(guān)企業(yè)及其應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)場觀摩或在技術(shù)人員的指導(dǎo)下操作工業(yè)機(jī)器人,了解其操作及基本組成結(jié)構(gòu)。任務(wù)描述1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接一、工業(yè)機(jī)器人的定義及特點1、工業(yè)機(jī)器人的定義美國機(jī)器人協(xié)會(RIA)將工業(yè)機(jī)器人定義為:機(jī)器人是設(shè)計用來搬運物料、部件、工具或?qū)ｉT裝置的可重復(fù)編程的多功能操作器，并通過改變程序的方法來完成各種不同任務(wù)。日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(JIRA)將工業(yè)機(jī)器人定義為:工業(yè)機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器的,能夠完成各種移動來代替人類勞動的通用機(jī)器。德國標(biāo)準(zhǔn)（VDI）將工業(yè)機(jī)器人定義為:具有多自由度的、能進(jìn)行各種動作的自動機(jī)器，它的動作是可以順序控制的、軸的關(guān)節(jié)角度或軌跡可以不靠機(jī)械調(diào)節(jié)，而由程序或傳感器進(jìn)行控制。工業(yè)機(jī)器人具有執(zhí)行器、工具及制造的輔助工具，可以完成材料搬運和制造等操作。我國科學(xué)家將工業(yè)機(jī)器人定義為:一種自動化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或者生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機(jī)器。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)將工業(yè)機(jī)器人定義一種能自動控制，可重復(fù)編程，多功能、多自由度的操作機(jī)，能搬運材料、工件或操持工具來完成各種作業(yè)。目前國際上大都遵循ISO所下的定義。1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接2、工業(yè)機(jī)器人的特點（1）擬人功能（4）涉及學(xué)科廣泛性一、工業(yè)機(jī)器人的定義及特點（2）可編程（3）通用性一般來說，工業(yè)機(jī)器人最顯著的特點有以下幾個：1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接二、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史及趨勢1、工業(yè)機(jī)器人的誕生1959年,美國發(fā)明家英格伯格與德沃爾制造了世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人Unimate,這個外形類似坦克炮塔的機(jī)器人可實現(xiàn)回轉(zhuǎn)、伸縮、俯仰等動作。圖1-1-1世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人Unimate1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接二、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史及趨勢2、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀2005年,日本YASKAWA推出能夠從事此前由人類完成組裝及搬運作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人MOTOMAN-DA20和MO-TOMAN-IA20。圖1-1-2YASKAWA機(jī)器人a）MOTOMAN-DA20b)MOTOMAN-IA201.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接二、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史及趨勢2、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀2006年，意大利柯馬公司（Comau）推出第一款無線示教器（WirelessTeachPendant,WiTP）。圖1-1-3ComauWiTP機(jī)器人1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接二、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史及趨勢2、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀2007年，日本安川（Motoman）機(jī)器人公司推出超高速弧焊機(jī)器人。圖1-1-4Motoman超高速弧焊機(jī)器人1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接二、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史及趨勢2、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀2008年，日本發(fā)那科（FANUC）公司推出了一個新的重型機(jī)器人M-2000iA。圖1-1-5FANUCM-2000iA機(jī)器人1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接二、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史及趨勢2、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀2009年，瑞典ABB公司推出了世界最小的多用途工業(yè)機(jī)器人IRB120。圖1-1-6ABBIRB120機(jī)器人1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接二、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史及趨勢2、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀2010年，德國庫卡公司（KUKA）推出了一系列新的貨架式機(jī)器人（Quantec），該系列機(jī)器人擁有KRC4機(jī)器人控制器。圖1-1-7KUKAQuantec機(jī)器人1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接二、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史及趨勢2、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀2010年，日本發(fā)那科（FANUC）公司推出“學(xué)習(xí)控制機(jī)器人（LearningControlRobot）”R-2000iB。圖1-1-8FANUCR-2000iB機(jī)器人1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接二、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史及趨勢3、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人的總體趨勢是，從狹義的機(jī)器人概念向廣義的機(jī)器人技術(shù)概念轉(zhuǎn)移，從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向解決方案業(yè)務(wù)的機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)殪`活應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的、具有實際動作功能的智能化系統(tǒng)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)越來越靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，其智能也越來越高，并正朝著一體化方向發(fā)展。1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接三、工業(yè)機(jī)器人的分類1、按機(jī)器人的技術(shù)等級劃分（1）示教再現(xiàn)機(jī)器人

第一代工業(yè)機(jī)器人能夠按照人類預(yù)先示教的軌跡、行為、順序和速度重復(fù)作業(yè)，示教可由操作員手把手進(jìn)行或通過示教器完成。a)手把手示教

b)示教器示教圖1-1-9示教再現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接三、工業(yè)機(jī)器人的分類1、按機(jī)器人的技術(shù)等級劃分（2）感知機(jī)器人

第二代工業(yè)機(jī)器人具有環(huán)境感知裝置，能在一定程度上適應(yīng)環(huán)境的變化，目前已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段。圖1-1-10感知機(jī)器人1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接三、工業(yè)機(jī)器人的分類1、按機(jī)器人的技術(shù)等級劃分（3）智能機(jī)器人

第三代工業(yè)機(jī)器人具有發(fā)現(xiàn)問題，并且能自主地解決問題的能力，尚處于實驗研究階段。圖1-1-11智能型機(jī)器人1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接三、工業(yè)機(jī)器人的分類2、按機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特征劃分（1）直角坐標(biāo)機(jī)器人

具有空間上相互垂直的多個直線移動軸，通過直角坐標(biāo)方向的3個獨立自由度確定其手部的空間位置，其動作空間為一長方體。圖1-1-12直角坐標(biāo)機(jī)器人a)示意圖b)實物圖1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接三、工業(yè)機(jī)器人的分類2、按機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特征劃分（2）柱面坐標(biāo)機(jī)器人主要由旋轉(zhuǎn)基座、垂直移動和水平移動軸構(gòu)成，具有一個回轉(zhuǎn)和兩個平移自由度，其動作空間呈圓柱形。圖1-1-13柱面坐標(biāo)機(jī)器人a)示意圖b)實物圖1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接三、工業(yè)機(jī)器人的分類2、按機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特征劃分（3）球面坐標(biāo)機(jī)器人空間位置分別由旋轉(zhuǎn)、擺動和平移3個自由度確定，動作空間形成球面的一部分。圖1-1-14球面坐標(biāo)機(jī)器人a)示意圖b)實物圖1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接三、工業(yè)機(jī)器人的分類2、按機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特征劃分（4）關(guān)節(jié)機(jī)器人這類機(jī)器人又可分為垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人和水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人。

1）垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人

模擬人手臂功能，由垂直于地面的腰部旋轉(zhuǎn)軸、帶動小臂旋轉(zhuǎn)的肘部旋轉(zhuǎn)軸以及小臂前端的手腕等組成，手腕通常有2~3個自由度，其動作空間近似一個球體。

圖1-1-15垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接三、工業(yè)機(jī)器人的分類2、按機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特征劃分（4）關(guān)節(jié)機(jī)器人這類機(jī)器人又可分為垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人和水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人。

2）水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人結(jié)構(gòu)上具有串聯(lián)配置的兩個能夠在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的手臂，自由度可依據(jù)用途選擇2~4個，動作空間為一圓柱體。圖1-1-16水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接四、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用1、機(jī)器人搬運搬運作業(yè)被廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼垛搬運、集裝箱等的自動搬運。圖1-1-18機(jī)器人搬運1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接四、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用2、機(jī)器人碼垛碼垛作業(yè)被廣泛應(yīng)用于化工、飲料、食品、啤酒、塑料等生產(chǎn)企業(yè)，對紙箱、袋裝、罐裝、啤酒箱、瓶裝等各種形狀的包裝成品都適用。圖1-1-19機(jī)器人碼垛1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接四、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用3、機(jī)器人焊接焊接作業(yè)最早應(yīng)用在裝配生產(chǎn)線上。開拓了一種柔性自動化生產(chǎn)方式，實現(xiàn)了在一條焊接機(jī)器人生產(chǎn)線上同時自動生產(chǎn)若干種焊件。圖1-1-20機(jī)器人焊接1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接四、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用4、機(jī)器人涂裝涂裝作業(yè)被廣泛應(yīng)用汽車、汽車零配件、鐵路、家電、建材、機(jī)械等行業(yè)。圖1-1-21機(jī)器人涂裝1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接四、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用5、機(jī)器人裝配裝配作業(yè)被廣泛應(yīng)用于各種電器的制造行業(yè)及流水線產(chǎn)品的組裝作業(yè)，具有高效，精確，不間斷工作的特點。圖1-1-22機(jī)器人裝配1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接五、工業(yè)機(jī)器人的安全使用1、安全標(biāo)記這個標(biāo)記的意義是：如果不嚴(yán)格遵守或遵守操作說明、工作指示規(guī)定的操作和諸如此類的規(guī)定，可能會導(dǎo)致人員傷亡事故。這個標(biāo)記的意義是：如果不嚴(yán)格遵守或遵守操作說明、工作指示規(guī)定的操作和諸如此類的規(guī)定可能會導(dǎo)致機(jī)器人系統(tǒng)的損壞。這個標(biāo)記的意義是：應(yīng)該注意某個特別的提示。一般來說遵循這個提示將使進(jìn)行工作容易完成。

1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接2、安全標(biāo)記操作規(guī)程

操作者在操作KCP示教盒時不能戴手套。佩戴手套可能會引起操作失誤。在點動操作機(jī)器人時要采用較低的倍率速度以便增加機(jī)器人的控制安全。在按下示教盒的點動鍵之前要考慮機(jī)器人的運行趨勢。要預(yù)先選擇好機(jī)器人的運行線路，要保證該線路不受干擾。機(jī)器人周圍必須清潔、無油、無水和其它雜質(zhì)等。五、工業(yè)機(jī)器人的安全使用1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接3、運行注意事項

在開機(jī)運行前，須知曉機(jī)器人程序?qū)⒁獔?zhí)行的全部任務(wù)。須知曉所有會影響機(jī)器人移動的開關(guān)、傳感器和控制信號的位置及狀態(tài)。必須知道機(jī)器人控制器和外圍控制設(shè)備上緊急停止按鈕的位置。不要認(rèn)為機(jī)器人不移動其程序就已經(jīng)運行完畢，因為這時機(jī)器人可能在等待使其繼續(xù)移動的信號。五、工業(yè)機(jī)器人的安全使用警告：在機(jī)器人運行前，應(yīng)該確認(rèn)沒有人在安全護(hù)欄區(qū)內(nèi)。同時，要檢查確信不存在危險位置的風(fēng)險。如果檢測到這樣的位置，應(yīng)該在運行前消除隱患。1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接4、編程注意事項

在進(jìn)入安全護(hù)欄區(qū)域前，確認(rèn)在區(qū)域中沒有危險位置的風(fēng)險。隨時準(zhǔn)備按緊急停機(jī)按鈕。機(jī)器人應(yīng)該在低速運行。程序運行前，檢查整個系統(tǒng)狀態(tài)，確認(rèn)沒有到外圍設(shè)備的遠(yuǎn)程指令，確認(rèn)沒有動作對使用者有威脅。五、工業(yè)機(jī)器人的安全使用警告：應(yīng)該在安全護(hù)欄區(qū)域外，盡可能遠(yuǎn)的地方編程。如果程序需要在安全護(hù)欄區(qū)域內(nèi)完成，程序員應(yīng)該遵循如下事項：1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接5、對用戶和操作者的特別安全措施

在進(jìn)行更換工作、設(shè)置工作、維修工作、和調(diào)整工作時必須按照本操作指導(dǎo)說明的規(guī)定將機(jī)器人系統(tǒng)關(guān)斷，即將機(jī)器人控制柜上的總開關(guān)置于“關(guān)斷（AUS）”，并掛上掛鎖，防止未經(jīng)許可的重新開機(jī)在控制柜開關(guān)被關(guān)斷后，大于50伏（600伏）的電壓被送入KPS，KSD和中間回路連接電纜，時間超過5分鐘。機(jī)器人系統(tǒng)電氣部分的工作只允許由電氣專業(yè)技術(shù)人員或者在電氣專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)和監(jiān)督下由輔助人員按照通常適用的電氣技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。如果有效的安全裝置與機(jī)器人系統(tǒng)直接或間接相關(guān)，并且要在這個機(jī)器人系統(tǒng)上進(jìn)行更換、設(shè)置、保養(yǎng)和調(diào)整工作時，原則上不允許將這些安全裝置拆除或者停在它的工作。否則將對人體和生命構(gòu)成威脅，如發(fā)生壓傷、眼損傷、骨折、嚴(yán)重的內(nèi)傷和外傷等安全事故。如果必須在機(jī)器人的危險區(qū)域內(nèi)工作的話，則最多允許機(jī)器人以手動運行速度動作，使工作人員有足夠的時間離開會發(fā)生危險的范圍或者將機(jī)器人停止。不允許在機(jī)器人系統(tǒng)中進(jìn)行任何自行改造和改動工作。五、工業(yè)機(jī)器人的安全使用1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—知識鏈接6、安全功能工作空間限制機(jī)器人的設(shè)計允許在三個主要軸上安裝用于工作空間限制的機(jī)械停止附件，除此之外，使能軟限位可以限制所有軸的運動范圍。緊急停止急停按鈕一般安裝在控制面板上，在程序進(jìn)行和操作當(dāng)中同樣可以使用．當(dāng)在測試模式下按下緊急停止鍵時，緊急停止功能會立即斷開驅(qū)動器．動力制動器并保持制動．在自動模式下，緊急停止功能將通過驅(qū)動器的電源達(dá)到迅速停止的目的，一旦機(jī)器人處于停止?fàn)顟B(tài)，驅(qū)動器便會斷開連接。外部緊急停止

如果，應(yīng)對危險情況，需要安置附加急?；蛘邘讉€急停系統(tǒng)連在一起，它可以使用一個專用接口達(dá)到目的。使能開關(guān)庫卡控制面板設(shè)有三處使能開關(guān)，在操作模式TEST1和TEST2下，任一開關(guān)都可以使用，中間開關(guān)允許機(jī)器人運動，其他開關(guān)能使危險運動安全停止并分離驅(qū)動。外部使能開關(guān)如果在安全措施中第二個人是必需的，外部使能開關(guān)的功能允許連接一個附加的使能裝置，如果這個人同樣使用這個使能裝置，這是許可的。五、工業(yè)機(jī)器人的安全使用1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—任務(wù)實施一、觀看工業(yè)機(jī)器人在工廠自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用錄像觀看工業(yè)機(jī)器人在工廠自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用錄像了解工業(yè)機(jī)器人的類型、品牌和應(yīng)用等,填寫于表1-1-1中。表1-1-1觀看工業(yè)機(jī)器人在工廠自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用錄像記錄表圖序號類型品牌及型號應(yīng)用場合1搬運機(jī)器人

2碼垛機(jī)器人

3裝配機(jī)器人

4焊接機(jī)器人

5涂裝機(jī)器人

1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—任務(wù)實施二、參觀工廠和機(jī)器人實訓(xùn)室參觀工廠和機(jī)器人實訓(xùn)室，記錄工業(yè)機(jī)器人的品牌及型號，并查閱相關(guān)資料，了解工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)指標(biāo)及用途，填于表1-1-2中。表1-1-2參觀工廠、機(jī)器人實訓(xùn)室記錄表序號品牌及型號主要技術(shù)指標(biāo)用途1

2

3

1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—任務(wù)實施三、教師演示工業(yè)機(jī)器人的操作過程,并說明操作過程的注意事項四、在教師的指導(dǎo)下,學(xué)生分組進(jìn)行簡單的機(jī)器人移動操作練習(xí)1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—課后作業(yè)在任務(wù)實施完成后，你能回答出以下問題嗎？什么是工業(yè)機(jī)器人？簡述工業(yè)機(jī)器人的特點？按照機(jī)器人技術(shù)水平發(fā)展可將工業(yè)機(jī)器人分為哪三代？按照機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特征，工業(yè)機(jī)器人可以分為哪四種？機(jī)器人行業(yè)所說的四巨頭指的是哪四種機(jī)器人？1.認(rèn)識工業(yè)機(jī)器人—考核評價成功了嗎？

檢查了嗎？

評價了嗎？

反饋了嗎？TextTextTextText分值

評價（10分）項目自我評價小組評價教師綜合評價感興趣程度

任務(wù)明確程度

學(xué)習(xí)主動性

工作表現(xiàn)

協(xié)作精神

時間觀念

任務(wù)完成熟練程度

理論知識掌握程度

任務(wù)完成效果

文明安全生產(chǎn)

總評

學(xué)習(xí)任務(wù)二

工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—學(xué)習(xí)目標(biāo)熟悉工業(yè)機(jī)器人的常見技術(shù)指標(biāo)。1掌握工業(yè)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)組成及各部分的功能。2了解工業(yè)機(jī)器人的運動控制。3知識目標(biāo)2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—學(xué)習(xí)目標(biāo)能清楚工業(yè)機(jī)器人的基本組成結(jié)構(gòu)。1能判別工業(yè)機(jī)器人的點位運動和連續(xù)路徑運動。2能力目標(biāo)2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—任務(wù)描述工業(yè)機(jī)器人是一種模擬人手臂、手腕和手功能的機(jī)電一體化裝置,可對物體運動的位置、速度和加速度進(jìn)行精確控制,從而完成某一工業(yè)生產(chǎn)的作業(yè)要求。本次任務(wù)的主要內(nèi)容就是認(rèn)識了解KUKA機(jī)器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成;通過觀看實驗室實訓(xùn)設(shè)備、現(xiàn)場參觀等，觀察機(jī)器人控制系統(tǒng)，了解控制柜內(nèi)部構(gòu)成，掌握工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)組成。任務(wù)描述2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—知識鏈接一、工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成第一代工業(yè)機(jī)器人主要由以下幾部分組成：操作機(jī)、控制器和示教器。對于第二代及第三代工業(yè)機(jī)器人還包括感知系統(tǒng)和分析決策系統(tǒng)，它們分別由傳感器及軟件實現(xiàn)。1）機(jī)器人本體

2）控制器

3）示教器圖1-2-1工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)主要組成示意圖2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—知識鏈接1、機(jī)器人本體機(jī)器人本體(也稱操作機(jī))是工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的主體,用來完成各種作業(yè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它主要由機(jī)械臂、驅(qū)動裝置、傳動單元及內(nèi)部傳感器等部分組成。一、工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成圖1-2-2關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人本體的基本構(gòu)造2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—知識鏈接1、機(jī)器人本體機(jī)械臂通常我們也稱之為機(jī)械手，它由眾多活動的、相互連接在一起的關(guān)節(jié)（軸）組成，我們也稱之為運動鏈。關(guān)節(jié)通常是移動關(guān)節(jié)和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。由關(guān)節(jié)-連桿結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的機(jī)械臂大體可分為基座、腰部、臂部（大臂和小臂）和手腕4部分。一、工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成圖1-2-3KUKA機(jī)器人的機(jī)械臂零部件概覽(1)機(jī)械臂

1基座2腰部3平衡配重4大臂5小臂6手腕2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—知識鏈接1、機(jī)器人本體一、工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成(1)機(jī)械臂

1)基座

基座是機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起支撐作用。2)腰部

腰部是機(jī)器人手臂的支承部分。3)手臂

手臂是連接機(jī)身和手腕的部分，是執(zhí)行結(jié)構(gòu)中的主要運動部件，亦稱主軸，主要用于改變手腕和末端執(zhí)行器的空間位置。4)手腕

手腕是連接末端執(zhí)行器和手臂的部分，亦稱次軸，主要用于改變末端執(zhí)行器的空間姿態(tài)。2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—知識鏈接1、機(jī)器人本體一、工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成

(2)驅(qū)動裝置驅(qū)使工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂運動的機(jī)構(gòu)。它按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使機(jī)器人產(chǎn)生動作，相當(dāng)于人的肌肉、筋絡(luò)。機(jī)器人常用的驅(qū)動方式主要有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電氣驅(qū)動三種基本類型。目前，除個別運動精度不高、重負(fù)載或有防爆要求的機(jī)器人采用液壓、氣壓驅(qū)動外，工業(yè)機(jī)器人大多采用電氣驅(qū)動，而其中屬交流伺服電機(jī)應(yīng)用最廣，且驅(qū)動器布置大都采用一個關(guān)節(jié)一個驅(qū)動器。2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—知識鏈接1、機(jī)器人本體一、工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成

(2)驅(qū)動裝置表1-2-1三種驅(qū)動方式特點比較驅(qū)動方式特點輸出力控制性能維修使用結(jié)構(gòu)體積制造成本使用范圍液壓驅(qū)動壓力高，可獲得大的輸出力油液不可壓縮，壓力、流量均容易控制，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制維修方便，液體對溫度變化敏感，油液泄漏易著火在輸出力相同的情況下，體積比氣壓驅(qū)動方式小液壓元件成本較高，油路比較復(fù)雜中、小型及重型機(jī)器人氣壓驅(qū)動氣體壓力低，輸出力較小，如需輸出力大時，其結(jié)構(gòu)尺寸過大可高速，沖擊較嚴(yán)重，精確定位困難。氣體壓縮性大，阻尼效果差，低速不易控制，不易與CPU連接維修簡單，能在高溫、粉塵等惡劣環(huán)境中使用，泄露無影響體積較大結(jié)構(gòu)簡單，能源方便，成本低中、小型機(jī)器人電氣驅(qū)動輸出力較小或較大容易與CPU連接，控制性能好，響應(yīng)快，可精確定位，但控制系統(tǒng)復(fù)雜維修使用較復(fù)雜需要減速裝置，體積較小成本較高高性能、運動軌跡要求嚴(yán)格2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—知識鏈接1、機(jī)器人本體目前工業(yè)機(jī)器人廣泛采用的機(jī)械傳動單元是減速器，應(yīng)用在關(guān)節(jié)型機(jī)器人上的減速器主要有兩類：RV減速器和諧波減速器。一般將RV減速器放置在基座、腰部、大臂等重負(fù)載的位置(主要用于20kg以上的機(jī)器人關(guān)節(jié))；將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部等輕負(fù)載的位置(主要用于20kg以下的機(jī)器關(guān)節(jié))。此外，機(jī)器人還采用齒輪傳動、鏈條（帶）傳動、直線運動單元等。一、工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成圖1-2-4機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動單元(3)傳動單元2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—知識鏈接1、機(jī)器人本體1)諧波減速器通常由3個基本構(gòu)件組成，包括一個有內(nèi)齒的剛輪，一個工作時可產(chǎn)生徑向彈性變形并帶有外齒的柔輪和一個裝在柔輪內(nèi)部、呈橢圓形、外圈帶有柔性滾動軸承的波發(fā)生器，在這3個基本結(jié)構(gòu)中可任意固定一個，其余一個為主動件一個從動件。一、工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成圖1-2-5諧波減速器原理圖(3)傳動單元2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—知識鏈接1、機(jī)器人本體1)RV減速器主要由太陽輪（中心輪）、行星輪、轉(zhuǎn)臂（曲柄軸）、轉(zhuǎn)臂軸承、擺線輪（RV齒輪）、針齒、剛性盤與輸出盤等零部件組成。具有較高的疲勞強(qiáng)度和剛度以及較長的壽命，回差精度穩(wěn)定，高精度機(jī)器人傳動多采用RV減速器。一、工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成圖1-2-6RV減速器原理圖(3)傳動單元2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—知識鏈接2、控制器一、工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成機(jī)器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機(jī)器人完成一定動作或作業(yè)任務(wù)的裝置，是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素，也是機(jī)器人系統(tǒng)中更新和發(fā)展最快的部分，其基本功能有：記憶功能、示教功能、與外圍設(shè)備聯(lián)系功能、坐標(biāo)設(shè)定功能、人機(jī)接口、傳感器接口、位置伺服功能、故障診斷安全保護(hù)功能等。依據(jù)控制系統(tǒng)的開放程度，機(jī)器人控制器分3類：封閉型、開放型和混合型。目前基本上都是封閉型系統(tǒng)（如日系機(jī)器人）或混合型系統(tǒng)（如歐系機(jī)器人）。按計算機(jī)結(jié)構(gòu)、控制方式和控制算法的處理方法，機(jī)器人控制器又可分為集中式控制和分布式控制兩種方式。2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—知識鏈接2、控制器一、工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成a)使用單獨接口卡驅(qū)動每一機(jī)器人關(guān)節(jié)（1）集中式控制器

缺點：系統(tǒng)控制缺乏靈活性，控制危險容易集中，一旦出現(xiàn)故障，其影響面廣，后果嚴(yán)重；大量數(shù)據(jù)計算，會降低系統(tǒng)實時性，系統(tǒng)對多任務(wù)的響應(yīng)能力也會與系統(tǒng)的實時性相沖突；系統(tǒng)連線復(fù)雜，會降低系統(tǒng)的可靠性。

優(yōu)點：硬件成本較低，便于信息的采集和分析，易于實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，整體性與協(xié)調(diào)性較好，基于PC的系統(tǒng)硬件擴(kuò)展較為方便。b)使用多軸運動控制卡驅(qū)動多個機(jī)器人關(guān)節(jié)圖1-2-7集中式機(jī)器人控制器結(jié)構(gòu)框圖2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—知識鏈接2、控制器一、工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成（2）分布式控制器圖1-2-8分布式機(jī)器人控制器結(jié)構(gòu)框圖主要思想為“分散控制，集中管理”，為一個開放、實時、精確的機(jī)器人控制系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)中常采用兩級控制方式，由上位機(jī)和下位機(jī)組成。優(yōu)點：系統(tǒng)靈活性好，控制系統(tǒng)的危險性降低，采用多處理器的分散控制，有利于系統(tǒng)功能的并行執(zhí)行，提高系統(tǒng)的處理效率，縮短響應(yīng)時間。2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—知識鏈接3、示教器一、工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成亦稱示教編程器或示教盒，主要由液晶屏幕和操作按鍵組成?？捎刹僮髡呤殖忠苿印Ｋ菣C(jī)器人的人機(jī)交互接口，機(jī)器人的所有操作基本上都是通過它來完成的。示教器實質(zhì)上就是一個專用的智能終端。2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—知識鏈接二、工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)反映機(jī)器人的適用范圍和工作性能。一般都有：自由度、工作空間、額定負(fù)載、最大工作速度和工作精度等。1、自由度物體能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進(jìn)行獨立運動的數(shù)目，末端執(zhí)行器的動作不包括在內(nèi)。通常作為機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)，反映機(jī)器人動作的靈活性，可用軸的直線移動、擺動或旋轉(zhuǎn)動作的數(shù)目來表示，目前，焊接和涂裝作業(yè)機(jī)器人多為6或7自由度，而搬運、碼垛和裝配機(jī)器人多為4~6自由度。2、額定負(fù)載也稱持重。正常操作條件下，作用于機(jī)器人手腕末端，不會使機(jī)器人性能降低的最大載荷，目前，使用的工業(yè)機(jī)器人負(fù)載范圍可從0.5kg直至800kg。2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—知識鏈接二、工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)3、工作精度機(jī)器人的工作精度主要指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度（也稱絕對精度）是指機(jī)器人末端執(zhí)行器實際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異。重復(fù)定位精度（簡稱重復(fù)精度）是指機(jī)器人重復(fù)定位其末端執(zhí)行器于同一目標(biāo)位置的能力，目前，工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)精度可達(dá)±0.01~±0.5mm。依據(jù)作業(yè)任務(wù)和末端持重不同，機(jī)器人重復(fù)精度亦不同。作業(yè)任務(wù)額定負(fù)載（kg）重復(fù)定位精度（mm）搬運5~200±0.2~±0.5碼垛50~800±0.5點焊50~350±0.2~±0.3弧焊3~20±0.08~±0.1噴涂5~20±0.2~±0.5裝配2~5±0.02~±0.036~10±0.06~±0.0810~20±0.06~±0.1表1-2-3工業(yè)機(jī)器人典型行業(yè)應(yīng)用的工作精度2.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運動控制—知識鏈接二、工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)4、工作空間也稱工作范圍、工作行程。工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)時，其手腕參考點所能掠過的空間，常用圖形表示。目前，單體工業(yè)機(jī)器人本體的工作范圍可達(dá)3.5m左右。

5、最大工作速度在