机电一体化技术与系统 教学课件 作者 周德卿 笫8章 工业机器人.ppt

扬州职大 周德卿 2014.6 《机电一体化技术与系统》 第8章 工业机器人 第8章 工业机器人 8.1 工业机器人概述 1.什么是机器人？ 工业机器人（见图8-1）“Robot”一词是人类型或动物型的人工机器装置总称。机器人涉及到机械工程、电子学、控制理论、传感器技术、计算机科学、仿生学、人工智能等学科领域，是典型的机电一体化系统。 1987年国际标准化组织对工业机器人的定义：工业机器人是一种具有控制的操作和移动功能，并能完成各种作业的可编程操作机。日本工业标准JISB0134-1986则定义为“一种在自动控制下，能够编程完成某些操作或者动作功能的机械装置”。 综合上述定义 ，工业机器人有以下三个重要特性： 1) 是一种机械装置，可搬运材料、零件、工具或完成多种操作和动作功能，即具是有通用性。 2) 可以再编程并具有多样程序流程，这为人-机联系提供了可能，也使具有独立的柔软性。 3) 有一个自动控别系统，可以在无人的参与下，自动完成操作作业和动作。 2.工业机器人的基本参数 机器人的基本参数主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。 一般,机器人自由度等于它的关节数,大多是有6-8个自由度，自由度越多，机器人的功能就越强。图8-2左图所示的就是具有6个自由度的工业机器人，各关节动作是由电动执行装置和齿轮减速传动机械来实现的。6个自由度如下： ①手臂扫掠（腰左转或右转）； ②肩旋转（肩向上或向下）； ③肘伸展（肘缩进或伸出）； ④俯仰（手腕上转或下转）； ⑤偏航（手腕左转或右转）； ⑥横滚（手腕顺时针转或反时针转）。 3.工业机器人的组成与分类 (1) 工业机器人的组成 一般由操作机械、计算机控制系统、驱动伺服单元、传感器检测系统和输入输出接口等几部份组成。如图8-2所示。 ① 操作机械 操作机为工业机器人完成作业的执行机构，它具有和手臂相似的动作功能，是可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置。包括机座、立柱、手臂、手腕和手部等部分。有时为增加工作空间，在机座处装有行走机构实现移动功能，例如有轮式、履帶式、足腿式结抅. ② 驱动系统 驱动系统指驱动执行机构的传动装置。由驱动器、减速器、检测元件等组件组成。根据驱动器的不同，可分为电动、液动和气动驱动系统。 ③ 计算机控制系统 控制系统是工业机器人的核心部分，作用是支配操作机按所需的顺序，沿规定的位置或轨迹运动。 从控制系统的构成看，有开环控制系统和闭环控制系统；从控制方式看有程序控制系统、自适应性控制系统和智能控制系统。 ④ 传感系统 为了使机器人能获得外围环境信息，除关节伺服驱动系统的位置传感器外(例如装于电机同轴上的光电编码器) ，有时还要配备视觉、力觉、触觉、接近觉等多类型的传感器及信号的转换与采样处理。 ⑤ 输入输出接口 为了机器人与周边系统及相应操作进行联系，还应有各种通信接口和人机通信装置。例如PLC控制系统中用的RS-232、RS-485等异步通信接口模块，实现PLC与PLC、PLC与上位PC机、PLC与现场设备或远程I/O之间的信息交换。此外还包括语言合成、识别技术及多媒体系统，以实现人机对话。 ⑥ 人工智能系统 人工智能系统是机器人计算机控制系统的更高层次发展。主要由两部分组成： 其一，感觉系统（硬件）。主要靠各类传感器来实现其感觉功能； 其二, 决策、规划系统（软件）。包括辑判断、模式识别、大容量数据库和规划操作程序等功能。 （2）工业机器人的分类 1）按操作机构坐标形式分类 按操作机械坐标形式分类，操作机械的坐标形式是指操作机的手臂在运动时所取的参考坐标系的形式。 直角坐标型工业机器人 圆柱坐标型工业机器人 球坐标型工业机器人 多关节型工业机器人 平面关节型工业机器人 2)按控制方式分类 ① 点位控制工业机器人 采用点到点的控制方式，它只在目标点处准确控制工业机器人手部的位姿，完成预定的操作要求，而不对点与点之间的运动过程进行严格的控制。 目前应用的工业机器人中，多数属于点位控制方式，如上下料搬运机器人、点焊机器人等。 ② 连续轨迹控制工业机器人 各关节同时作受控运动，准确控制工业机器人手部按预定轨迹和速度运动，而手部的姿态也可以通过腕关节的运动得以控制。 弧焊、喷漆和检测机器人均属连续轨迹控制方式。 3)按驱动方式分类 ①气动式工业机器人 以压缩空气来驱动操作机。其优点是空气来源方便，动作迅速，结构简单，造价低，无污染，适合防爆环境。缺点是空气具有可压缩性，导致工作速度的稳定性较差，又因