工業(yè)機(jī)器人認(rèn)識(shí)

1、工業(yè)機(jī)器人認(rèn)識(shí),,,隨著工業(yè)4.0概念的提出，以智能工廠智慧制造為主題的第四次工業(yè)革命已經(jīng)悄然來臨，工業(yè)4.0是德國政府提出的一個(gè)高科技戰(zhàn)略計(jì)劃。"工業(yè)4.0"概念包含了由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。,工業(yè)4.0,工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化技術(shù)的集大成者，是工業(yè)4.0的重要組成單元，當(dāng)前，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對工業(yè)機(jī)器人編程與操作的技能型人才的需求

2、越來越緊迫，按照工業(yè)和信息化部關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展規(guī)劃，到2020年，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)量將達(dá)100萬臺(tái)，需要至少20萬與工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用相關(guān)的從業(yè)人員，并且以每年20%到30%的速度持續(xù)遞增，當(dāng)前開展工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)是亟需解決的重要問題。,工業(yè)4.0,機(jī)器人概述,1. 1920年捷克作家卡雷爾·卡佩克，科幻劇《羅薩姆的萬能機(jī)器人》，劇中第一次出現(xiàn)ROBOT（農(nóng)奴，苦力），后來翻譯成“機(jī)器人”。2. 機(jī)器人的定義：

3、包括國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，美國機(jī)器人協(xié)會(huì)，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局，中國。 總結(jié)各種說法，機(jī)器人具有以下特性：1）一種機(jī)械電子裝置；2）動(dòng)作具有類似于人或其他生物體的功能；3）可通過編程執(zhí)行多種工作，有一定的通用性和靈活性；4）有一定程度的智能，能夠自主地完成一些操作。,機(jī)器人概述,3. 1940年，一位科幻作家首次使用ROBOTS（機(jī)器人學(xué)），并提出了“機(jī)器人學(xué)三原則”，這三個(gè)原則如下：1）機(jī)器人不得傷害人或由于故障而使人遭受不幸

4、；2）機(jī)器人應(yīng)執(zhí)行人們下達(dá)的命令，除非這些命令與第一原則相矛盾；3）機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己的生存，只要這種保護(hù)行為不與第一或第二原則相矛盾。機(jī)器人界將這三個(gè)原則作為開發(fā)機(jī)器人的準(zhǔn)則。,為什么要發(fā)展機(jī)器人,發(fā)展機(jī)器人的三個(gè)理由：1）機(jī)器人可以干人不愿意干的工作，它把人從有毒的、有害的、高溫的或危險(xiǎn)的環(huán)境中解放出來。2）機(jī)器人可以干人干不好的工作。3）機(jī)器人可以干人干不了的工作。,機(jī)器人的產(chǎn)生及發(fā)展,1. 在第二次世界大戰(zhàn)中，武器專

5、家發(fā)明了武器瞄準(zhǔn)用得伺服系統(tǒng)，由此為機(jī)器人的制造提供了技術(shù)。2. 1954年，世界上第一臺(tái)機(jī)器人誕生于美國，一臺(tái)試驗(yàn)樣機(jī)。3. 1958年，Unimation公司的Unimate機(jī)器人，真正意義上的第一臺(tái)機(jī)器人。4. 1962年，美國機(jī)械與制造公司，“沃爾薩特蘭”（Versatran）工業(yè)機(jī)器人， 它和Unimate機(jī)器人至今仍在使用。,機(jī)器人的產(chǎn)生及發(fā)展,5. 1967年日本從美國引進(jìn)“沃爾薩特蘭”（Versatran）工業(yè)機(jī)器

6、人。6. 1968年日本從美國引進(jìn)Unimate機(jī)器人。20世紀(jì)70年代日本機(jī)器人技術(shù)迅速發(fā)展，并超越美國成為當(dāng)今世界第一的“機(jī)器人王國”。,機(jī)器人的產(chǎn)生及發(fā)展,7. 機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段： 1）第一代機(jī)器人——示教再現(xiàn)型機(jī)器人 2）第二代機(jī)器人——“帶感覺”的機(jī)器人3）第三代機(jī)器人——智能型機(jī)器人,我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展,1. 70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期，90年代的實(shí)用化期。2. 1972年開始研制，1986年“

7、七五”機(jī)器人攻關(guān)計(jì)劃，1987年“863”高技術(shù)計(jì)劃。,工業(yè)機(jī)器人類型,1.1 工業(yè)機(jī)器人1.2 工業(yè)機(jī)器人的類型1.3 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)1.4 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),1.1 工業(yè)機(jī)器人,工業(yè)機(jī)器人是一種由程序預(yù)先確定其運(yùn)動(dòng)方式的機(jī)電一體化機(jī)械裝置。到目前為止，工業(yè)機(jī)器人是最成熟的一類機(jī)器人。至04年底全球的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量為848000—1120000套，日本幾乎占一半，而我國的機(jī)器人僅僅占全球數(shù)量的0.6%。工業(yè)機(jī)

8、器人目前已經(jīng)應(yīng)用在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成型、機(jī)械加工、簡單裝配以及核工業(yè)等領(lǐng)域。,1.1 工業(yè)機(jī)器人,目前，國際上的工業(yè)機(jī)器人主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、OTC。松下、FUNAC、不二越及川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS，瑞士的ABB，意大利的COMAU及奧地利的IGM等公司的產(chǎn)品。,工業(yè)機(jī)器人（ABB）,工業(yè)機(jī)器人（KUKA）,工業(yè)機(jī)器人（FANUC）,焊接機(jī)器人（MOTOM

9、AN）,焊接機(jī)器人（川崎）,不二越機(jī)器人（那智）,工業(yè)機(jī)器人的基本組成,工業(yè)機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)是一只類似于人體上肢功能的關(guān)節(jié)型機(jī)械手，其系統(tǒng)構(gòu)成簡單表述如圖所示。,工業(yè)機(jī)器人的基本組成,工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)具體來說由三大部分六個(gè)子系統(tǒng)組成。,工業(yè)機(jī)器人的基本組成,1．驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 要使機(jī)器人運(yùn)行起來，就需給各個(gè)關(guān)節(jié)即每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度安置傳動(dòng)裝置，這就是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。,工業(yè)機(jī)器人的基本組成,2．機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng),工業(yè)機(jī)器人的基本組成,3．感受系統(tǒng)

10、 它由內(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．機(jī)器人一環(huán)境交互系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人環(huán)境交互系統(tǒng)是實(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)。,工業(yè)機(jī)器人的基本組成,5．人一機(jī)交互系統(tǒng) 人一機(jī)交互系統(tǒng)是使操作人員參與機(jī)器人控制與機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)系的裝置。 6．控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的任務(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支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成規(guī)定的

11、運(yùn)動(dòng)和功能。,機(jī)器人的控制過程,工業(yè)機(jī)器人的控制方式,1. 示教再現(xiàn)控制通過示教器把作業(yè)內(nèi)容變制成程序，輸入到記憶裝置中。給出啟動(dòng)命令后，系統(tǒng)從存儲(chǔ)單元中讀出信息并送到控制裝置，控制裝置發(fā)出控制信號，由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制機(jī)械手在一定精度范圍內(nèi)按照存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容完成各種動(dòng)作。,工業(yè)機(jī)器人的控制方式,2. 位置控制1）點(diǎn)位控制點(diǎn)位控制方式只控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)位置，而不關(guān)心這兩點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡。 如：定位焊、上下料、搬運(yùn)

12、2）連續(xù)路徑控制連續(xù)路徑控制方式不僅要求機(jī)器人以一定的精度達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)，而且對移動(dòng)軌跡也有一定精度要求。 如：噴漆、弧焊,工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù),1．自由度 自由度是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。 2．重復(fù)定位精度工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度主要包括定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度是指工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器的實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的偏差。重復(fù)定位精度(又稱為重復(fù)精度)是指在同一環(huán)境、同一條件、同一目標(biāo)動(dòng)作及同一條指令下，

13、工業(yè)機(jī)器人連續(xù)運(yùn)動(dòng)若干次重復(fù)定位至同一目標(biāo)位置的能力。,工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù),3．工作范圍機(jī)器人的工作范圍是指機(jī)器人手臂末端或手腕中心運(yùn)動(dòng)時(shí)所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合。,,工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù),4．最大工作速度最大工作速度，有的廠家指工業(yè)機(jī)器人主要自由度上最大的穩(wěn)定速度，有的廠家指手臂末端最大的合成速度，通常都在技術(shù)參數(shù)中加以說明。,工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù),5．承載能力工業(yè)機(jī)器人的承載能力又稱為有效負(fù)載，它是指機(jī)器人在工作時(shí)臂端可能搬運(yùn)

14、的物體質(zhì)量或所能承受的力。,工業(yè)機(jī)器人的分類,工業(yè)機(jī)器人的分類,工業(yè)機(jī)器人的分類,五種基本坐標(biāo)式機(jī)器人,工業(yè)機(jī)器人的分類,工業(yè)機(jī)器人的分類,,工業(yè)機(jī)器人的分類,,工業(yè)機(jī)器人的分類,1.2 工業(yè)機(jī)器人的類型,1. 搬運(yùn)機(jī)器人,2. 裝配機(jī)器人,1.3 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu),目前的工業(yè)機(jī)器人多為6軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人。,6軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人有三個(gè)“關(guān)節(jié)”：“肩關(guān)節(jié)”、“肘關(guān)節(jié)”、“腕關(guān)節(jié)”。而6軸是指：轉(zhuǎn)腰軸、擺臂（肩）軸、擺肘軸、轉(zhuǎn)腕軸、擺腕軸和轉(zhuǎn)

15、手軸,6軸關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作定義,6軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人,1.4工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),1.焊接機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軸的定義,1-S,2-L,3-U,4-R,5-B,6-T,1.4.1 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軸的構(gòu)成,腰,臂,肘,腕,2.工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軸參數(shù) 6關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù),1.4.2 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成,1. 對焊接機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的一般要求1）記憶功能2）示教功能3）與外圍設(shè)備聯(lián)系功能

16、4）坐標(biāo)設(shè)置功能5）人機(jī)接口6）傳感器接口7）位置伺服功能8）故障診斷安全保護(hù)功能,2. 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成,（1）控制計(jì)算機(jī)（2）示教盒（3）操作面板（4）硬盤和軟盤存儲(chǔ)器（5）數(shù)字和模擬量輸入輸出（6）打印機(jī)接口（7）傳感器接口（8）軸控制器（9）輔助控制設(shè)備（10）通信接口（11）網(wǎng)絡(luò)接口,1.4.3 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件,機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)1）機(jī)器人工作任務(wù)是要求機(jī)器人的末端執(zhí)

17、行器（例如焊接機(jī)器人的焊鉗或焊槍）進(jìn)行空間點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)或軌跡運(yùn)動(dòng)。2）機(jī)器人的控制中經(jīng)常使用復(fù)雜控制技術(shù)3）用人工智能的方法進(jìn)行控制、決策、管理和操作,1.4.4 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制程序的編程方式,1. 示教盒示教方式,2. 引導(dǎo)示教方式3. 機(jī)器人編程語言與離線編程技術(shù),1.4.5 示教盒,1.4.6 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的3D（三維）動(dòng)畫模擬及應(yīng)用,1）使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)編程成為“可視”的過程2）可離線編程,,1.4.7 機(jī)器人外部滑動(dòng)軸的控