工业机器人技术与应用全套教学课件.pptx

;第一章　绪论;　　【重点掌握】　　★ 工业机器人按结构坐标系特点分类　　★ 机器人本体　　★ 工业机器人电气控制系统　　★ 工业机器人的技术指标　　★ 焊接机器人　　★ 码垛机器人　　★ 装配机器人　　★ 轮式移动机器人(AGV);1.1.1　概述　　机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造和应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。20世纪中期，随着计算机技术、自动化技术和原子能技术的发展，现代机器人开始得到研究和发展。21世纪以来，“机器人革命”有望成为“第四次工业革命”的切入点和增长点。;　　根据各个国家对机器人的定义，总结各种说法的共同之处，机器人应该具有以下特性：　　(1) 属于一种机械电子装置。　　(2) 动作类似于人的肢体结构和功能。　　(3) 具有可编程性的动作执行，具有一定的通用性和灵活性。　　(4) 具有一定程度的智能，能够自主地完成一些操作。;1.1.2　工业机器人的发展史　　工业机器人的发明可以追溯到1954年George Devol申请了一个可编程部件转换的专利。在他和Joseph Engelberger合伙后，世界上第一个工业机器人公司Unimation成立了，并且在1961年将第一个工业机器人使用到通用汽车生产线上，其主要用途是从一个压铸机上把零件给拨出来，如图1-1所示。;;　　1969年，具有突破性的“斯坦福手臂”作为一个研究项目的雏形由Victor Scheinman设计出来，如图1-2所示。“斯坦福手臂”有6个自由度，全部电气化的操作臂由一台标准电脑控制(一种叫作PDP-6的数字装置)。此项成果奠定了工业机器人的研究基础，之后的机器人设计深受Scheinman理念的影响。;;　　1973年，ASEA公司推出了世界上第一个由微型计算机控制、全部电气化的工业机器人IRB-6。它可以进行连续的路径移动，这是弧线焊接和加工的前提。　　1978年，一种可选择柔顺装配机械手(SCARA)被日本山梨大学的Hiroshi Makino开发出来。这种里程碑式的四轴低成本设计完美地适应了小部件装配的需求，因为这种运动学结构允许快速和柔顺的手部运动??灵活的装配系统建立在具有良好的产品设计兼容性的SCARA机器人基础之上，极大地促进了世界范围内高质量电子产品和消费品的发展。图1-3所示为一款SCARA机器人。;;　　自20世纪80年代以来，并联机器人开始出现并逐渐走向成熟，其通过3～6个并联支架将它的末端执行器与机器基本模块相连。这些并联机器人非常适合实现高速度(如用于抓取)、高精度(如用于加工)或者处理高负荷的场合，然而它的工作空间比同类别的串联或开环机器人更小。图1-4所示为ABB并联机器人。;;　　目前，笛卡尔机器人仍是十分理想的适合于需要广阔工作环境的工业机器人。除了传统的使用三维正交平移轴的设计，1998年Gudel公司提出了一种有刻痕的桶架结构，如图1-5所示。这种理念可让一个到多个机器人手臂循迹并且在一个封闭的转移系统中循环。这样，机器人的工作空间就可以获得高速、高精度的提升，这可能在物流和机器代工方面尤其有价值。;;　　双手的精巧操作对复杂的装配任务、同时操作加工和大物件转载来说是至关重要的。第一个商用的同步双手操作机器人由Motoman在2005年推出，如图1-6所示。作为一个模仿人类手臂伸展能力和敏捷度的双手机器人，它可以被放在一个以前工人工作的地方，因此，资本花费可以被降低。它的特点是13轴的运动：每只手6个，加上一个基础旋转的单轴。;;　　机器人速度和质量的要求催生了新颖的运动学和传动设计。从早期开始，减少机器人结构的质量和惯性就是研究的一个主要目标。与人手的重量比1∶1被认为是最终的基准。在2006年，这个目标被KUKA公司一款轻型的机器人实现了。它是一个拥有先进控制能力的紧凑的七自由度机械臂，如图1-7所示。;;1.2 工业机器人的分类;　　2. 伺服控制机器人 　　伺服控制机器人比非伺服控制机器人有更强的工作能力。伺服系统的被控制量可为机器人手部执行装置的位置、速度、加速度和力等。将通过传感器取得的反馈信号与来自给定装置的综合信号用比较器加以比较后得到误差信号，此误差信号经过放大后用以激发机器人的驱动装置，进而带动末端执行器以一定规律运动，到达规定的位置或速度等。因此，这是一个反馈控制系统。;　　伺服控制机器人可分为点位伺服控制机器人和连续轨迹伺服控制机器人两种。　　点位伺服控制机器人的受控运动方式为由一个点位目标移向另一个点位目标，只在目标点上完成操作。机器人可以以最快的和最直接的路径从一个目标点移到另一个目标点。通常，点位伺服控制机器人能用于只有终端位置是重要的而对目标