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第七章 工业机器人 教学目的及要求 了解工业机器人的定义、分类和组成，了解工业机器人的机械系统。 了解工业机器人的相关控制技术 了解机器人的视觉及机器人的智能 第一节 概述 1. 工业机器人的定义 ? 美国机器人协会(RIA)：“机器人是一种能自动控制、可重复编程、多功能多自由度的操作机，用于搬运材料、工件、工具的专用装置。” ? 国际标准化组织(ISO)：机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。 ? 中国：机器人是一种拟人功能的机械电子装置。 2. 工业机器人的组成 工业机器人一般由执行机构、控制系统和驱动系统组成。工业机器人的典型结构如下图所示。 1) 执行机构 执行机构是一种具有和人手臂相似的动作功能。可在空间抓放物体或执行其他操作的机械装置，通常包括机座、手臂、手腕和末端执行器。 (1) 机座：机器人承受载荷的基础部件。可分为固定式和移动式(平移和旋转)。旋转的机座也称“腰”。 (2) 手臂：分为大臂、小臂和手腕，完成各种动作。 (3) 手腕：连接手臂与末端执行器的部件，用来调整末端执行器的方位和姿态。 (4) 末端执行器：又称“手”，是直接执行工作的装置，可以是拟人的手掌、手指和夹持器等，也可以是各种作业工具，如焊枪、喷漆枪等。 2) 控制系统 控制工业机器人按照规定要求动作，可分为开环控制系统和闭环控制系统。多采用计算机控制。 计算机控制系统按内部功能划分的不同，可细分为： 决策级：识别环境、建立模型、任务分解。 策略级：按关节坐标协调变化的规律，将动作转化为各关节的运动参数，传递给伺服控制系统。 执行级：按给定指令执行动作。 3) 驱动系统 按照控制指令，放大驱动信号，驱动执行机构动作。 常用的有：机械、液压、气动和电气四种。 机器人的组成视频 3. 工业机器人的分类 1) 按坐标形式分 (1) 直角坐标式 执行器通过沿三个互相垂直的轴线移动改变位置，机器人主体结构的关节都是移动关节。 位置精度高，控制无耦合，简单可靠 结构庞大，动作范围小，灵活性差 (2) 圆柱坐标型 圆柱坐标式机器人主体结构具有三个自由度：腰转、升降和伸缩，亦即具有一个旋转运动和两个直线运动。 通用性强，结构紧凑 机器人腰转时将手臂缩回，减少了转动惯量 受结构限制，手臂不能抵达底部，减少了工作范围 (3) 球面坐标式(极坐标式) 机器人主体结构具有三个自由度，两个旋转运动和一个直线运动。 结构紧凑，位置精度尚可，工作范围大，占地面积小，控制系统复杂。 (4) 关节坐标式 主要由立柱、大臂和小臂组成，形成腰关节、肩关节和肘关节。 工作范围大、动作灵活，但位置精度低，控制有复杂的耦合问题。 2) 按控制方式分 (1) 点位控制(Point to Point) 运动是连接两点之间的直线运动，关心的是末端执行器在两个给定点的位置精度和姿态，具体运动轨迹如何、运动时执行器的姿态并不是重点。 控制方式简单，适用于上下料、点焊等作业。 (2) 连续轨迹控制(Continuous Path) 运动轨迹可以是空间内的任意连续曲线，在整个运动过程中，机器人和末端执行器均处于可控制状态。 3) 按驱动方式分 (1) 液压驱动 精度高，反应速度快，输出力或力矩大 液压机构维护复杂，成本高 (2) 气压驱动 由气动机构产生动力驱动关节运动。动作迅速，结构简单，但受空气可压缩性影响，稳定性差，定位精度低，抓取力小 (3) 电力驱动 能完成高速运动，具有传动机构少，成本低等优点，在现代工业生产中已基本普及。 步进电动机?直流伺服电动机?交流伺服电动机 4) 按信息输入方式分 (1) 人工操作机械手 (2) 固定程序机器人 (3) 可变程序机器人 (4) 程序控制机器人 (5) 示教再现机器人 示教－记忆－再现 (6) 智能机器人 具有发现问题并能自主解决问题的能力 机器人的分类视频1 机器人的分类视频2 4. 工业机器人的用途与发展 用于一切可