工业机器人操作与编程 教案全套 第1--11.doc

PAGE PAGE 1 工业机器人操作与编程 教案 课 名： 工业机器人操作与编程 教 师： 班 级：工业机器人技术 编写时间： 课题： 工业机器人概述 教学目的及要求： 使学生了解工业机器人的基本情况 教学重点： 掌握创建RobotStudio工作站 教学难点： 掌握创建InteRobot工作站 教学步骤及内容 ： 1．本次课学习的重难点介绍 2．本次课的教学内容 1. 工业机器人发展概况 1954年，美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现，这就是所谓的示教再现机器人。1959年，第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新时代，之后工业机器人在发达国家得到迅速发展。 工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。它是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行。现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。工业机器人的出现是人类在利用机械推动社会发展的一个里程碑。在发达国家，工业机器人的自动化生产线成套设备已成为现代加工制造业的主流。汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业正以极快的速度大量使用工业机器人。如图1-1所示为一种焊接工业机器人的外形图。 有了工业机器人的介入，保证了产品质量，提高了生产效率，同时避免了大量的工伤事故。 近半个世纪的工业机器人的使用实践证明：工业机器人的应用与普及是实现自动化生产、 提高社会生产效率、推动企业和社会发展生产力的有效手段。 2.工业机器人的结构与类型 课前讨论：工业机器人的组成、结构有哪些？ 旁批栏： 考勤 2.1工业机器人的组成 主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。 通常将机身、臂部、手臂和末端操作器（如手爪）称为机器人的操作臂，机器人的关节决定两相邻连杆副的连接关系。机器人最常用的两种关节是移动关节和旋转关节，通常用P表示移动关节，用R表示旋转关节。 机器人的运动由臂部和手腕的运动组合而成。通常臂部有3个关节，用于改变手腕参考点的位置，称为定位机构；手腕部分也有3个关节，通常这3个关节的轴线相互垂直相交，用来改变末端操作器的姿态，称为定向机构。整个操作臂可以看成是在定位机构上连接定向机构构成的。 2.2 工业机器人的坐标形式 工业机器人按臂部关节的种类决定操作臂工作空间的形式，按照臂部关节沿坐标轴的运动形式，即按P和R的不同组合，可将机器人分为直角坐标型、圆柱坐标型、球（极) 坐标型、关节坐标型和SCARA型五种类型。机器人的结构形式由用途决定，依据所完成工作的性质进行选择。 ①.直角坐标型机器人 直角坐标型机器人的外形与数控镗铣床相似，如下图所示。其3个关节都是移动关节（3P)，且轴线相互垂直， 相当于笛卡儿坐标系的X轴、Y轴和Z轴。其优点是刚度好，多做成大型龙门式框架结构，位置精度高，运动学求解简单，控制无耦合；但其结构庞大、动作范围小、灵活性差。因其稳定性好，常用于大负载的搬运。 ②.圆柱坐标型机器人 下图所示为圆柱坐标型机器人，它有2个移动关节（2P)和1个转动关节（1R)，其工作范围为圆柱形状。 其特点是结构简单、占地面积小、位置精度高、运动直观、控制简单、不能抓取靠近立。 ③.球（极）坐标型机器人 球（极）坐标型机器人具有 1个移动关节（1P)和2个转动关节（2R)，其工作范围为球形，如下图所示。Unimate 机器人是该类机器人的典型代表。其优点是结构紧凑、动作灵活、占地面积小，但其结构复杂、定位精度低、运动直观性差。 ④.关节坐标型机器人 关节坐标型机器人由立柱、大臂和小臂组成。其具有拟人的机械机构，即大臂与立柱构成肩关节，大臂与小臂构成肘关节； 具有3个转动关节（3R)，可进一步分为1个转动关节和2个俯仰关节，其工作范围为球形，如下图所示。该类机器人的特点是工作范围大、动作灵活、能抓取靠近机身的物体；但运动直观性差，难以得到高的定位精度。由于该类机器人灵活性高，应用最广泛。PUMA机器人是该类机器人的典型代表。 旁批栏： ⑤.SCARA 型机器人 SCARA 型机器人（Selective Compliance Assembly Robot Arm ) 是由日本山梨大学牧野洋教授发