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機器人常識,一、機器人的定義,機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。,二、機器人的分類,我國從應(yīng)用環(huán)境上把機器人分為兩類： 工業(yè)機器人 特種機器人 國際上的機器人學(xué)者，從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)將機器人也分為兩類： 制造環(huán)境下的工業(yè)機器人 非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機器人,工業(yè)機器人,所謂工業(yè)機器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度機器人。如：機械手。,特種機器人,而特種機器人則是除工業(yè)機器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機器人。 包括：服務(wù)機器人、水下機器人、微操作機器人、 娛樂機器人、軍用機器人、農(nóng)業(yè)機器人、機器人化機器等。,機器人舉例（視頻）,,機器爬蟲,機械手,機器恐龍,機器人走迷宮,工業(yè)機器人應(yīng)用,第一節(jié) 工業(yè)機器人概述,一、工業(yè)機器人的含義 二、工業(yè)機器人的組成 三、工業(yè)機器人的特點 四、工業(yè)機器人的分類 五、工業(yè)機器人發(fā)展簡況及趨向,一、工業(yè)機器人的含義,工業(yè)機器人是能模仿人體某些器官的功能(主要是動作功能)、有獨立的控制系統(tǒng)、可以改變工作程序和編程的多用途自動操作裝置。 工業(yè)機器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時間作業(yè)，或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。,二、工業(yè)機器人的組成,工業(yè)機器人是機電一體化的系統(tǒng)，它由以下幾個部分組成： 1、執(zhí)行機構(gòu) 2、機械本體 3、控制系統(tǒng) 4、檢測系統(tǒng),組成部分關(guān)系圖,1、執(zhí)行機構(gòu),執(zhí)行機構(gòu)可以抓起工件，并按規(guī)定的運動速度、運動軌跡、把工件送到指定位置處，放下工件。通常執(zhí)行機構(gòu)有以下幾個部分： （1）手部 手部是工業(yè)機器人用來握持工件或工具的部位，直接與工件或工具接觸。有些工業(yè)機器人直接將工具（如電焊槍、油漆噴槍、容器等）固定在手部，它就不再另外安裝手部了。 （2）腕部 腕部是將手部和臂部連接在一起的部件。它的作用是調(diào)整手部的方位和姿態(tài)，并可擴大臂部的活動范圍。 （3）臂部 臂部支承著腕部和手部，使手部活動的范圍擴大。 無論是手部、腕部或是臂部都有許多軸孔，孔內(nèi)有軸、軸和孔之間形成一個關(guān)節(jié)，機器人有一個關(guān)節(jié)就有了一個自由度。,2、機械本體,（1）機械本體的作用 機械本體用來支承手部、腕部和臂部，驅(qū)動裝置及其他裝置也固定在機械本體上。 （2）行走機構(gòu) 對用可以行走的工業(yè)機器人，它的機械本體是可以移動的；否則，機械本體直接固定在基座上。行走機構(gòu)用來移動工業(yè)機器人。有的行走機構(gòu)是模仿人的雙腿，有的只不過是軌道和車輪機構(gòu)而已。 （3）驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)裝在機械本體內(nèi)，執(zhí)行機構(gòu)的作用是向執(zhí)行元件提供動力。根據(jù)不同的動力源，驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式也分為液壓式、氣動式、電動式和機械式四種。,3、控制系統(tǒng),（1）控制系統(tǒng)的作用 控制系統(tǒng)是工業(yè)機器人的指揮中心。他控制工業(yè)機器人按規(guī)定的程序動作?？刂葡到y(tǒng)還可存儲各種指令（如動作順序、運動軌跡、運動速度以及動作的時間節(jié)奏等），同時還向各個執(zhí)行元件發(fā)出指令。必要時，控制系統(tǒng)漢對自己的行為加以監(jiān)視，一旦有越軌的行為，能自己排查出故障發(fā)生的原因并及時發(fā)出報警信號。 （2）人工智能系統(tǒng) 人工智能系統(tǒng)賦予工業(yè)機器人五種感覺功能，以實現(xiàn)機器人對工件的自動識別和適應(yīng)性操作。具有自適應(yīng)性的智能化的機械系統(tǒng)也是當(dāng)前機電一體化技術(shù)的發(fā)展方向，模糊計算機的應(yīng)用雖然處于這一步的初級階段，但真正具有自適應(yīng)性的智能化系統(tǒng)必將總這里突破。,4、檢測系統(tǒng),檢測系統(tǒng)主要用來檢測自己的執(zhí)行系統(tǒng)所處的位置、姿勢，并將這些情況及時反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)這個反饋信息在發(fā)出調(diào)整動作的信號，使執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)一步動作，從而使執(zhí)行系統(tǒng)一一定的精度到達(dá)規(guī)定的位置和姿勢。,三、工業(yè)機器人的特點,通用性 柔軟性 自動性 準(zhǔn)確性,四、工業(yè)機器人的主要種類,焊接機器人 噴漆機器人 裝配機器人 采礦機器人 搬運機器人 食品工業(yè)機器人,五、工業(yè)機器人發(fā)展簡況,日本技術(shù)實力和數(shù)量世界第一 歐美快速追趕日本 中國相對比較落后，近幾年發(fā)展迅速 機器人性能上升，價格下降 在各個領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用,焊接機器人,焊接機器人,焊接機器人則是工業(yè)機器人應(yīng)用最為廣泛的一種類型，即應(yīng)用于焊接操作的工業(yè)機器人。,一、焊接機器人的分類,按照其應(yīng)用，通常可分為以下幾類： 1、弧焊機器人 ：最常用的應(yīng)用范圍是結(jié)構(gòu)鋼的熔化極活性氣體保護(hù)焊（CO2、MAG）、不鏽鋼、鋁的熔化極惰性氣體保護(hù)焊（MIG），各種金屬的鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG）等。 2、點焊機器人: 典型的應(yīng)用領(lǐng)域是汽車車身的焊裝流水線。但現(xiàn)在有一種趨勢，即點焊機器人在中小型零部件制造企業(yè)的應(yīng)用也不斷在擴展。 按照結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系來分，可以分為 ：直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、全關(guān)節(jié)型。,二、焊接機器人的優(yōu)點,穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，保証其均勻性。 提高勞動生產(chǎn)率，一天可24小時連續(xù)生產(chǎn)。 改善工人勞動條件，可在有害環(huán)境下工作。 降低對工人操作技術(shù)的要求。 縮短產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資。 可實現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動化。 為焊接柔性生產(chǎn)線提供技術(shù)基礎(chǔ)。,三、焊接機器人的組成,焊接機器人主要包括機器人和焊接設(shè)備兩部分。 1、機器人由機器人本體和控制柜（硬件及軟件）組成。 2、焊接裝備，以弧焊及點焊為例，則由焊接電源，（包括其控制系統(tǒng)）、送絲機（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對于智能機器人還應(yīng)有傳感系統(tǒng)，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。 圖1a、b表示弧焊機器人和點焊機器人的基本組成。,組成圖,焊接機器人舉例（視頻）,,噴漆機器人,噴漆機器人,一、概述 二、特點 三、分類 四、PR11噴漆機器人 1、概況 2、主要機構(gòu) 3、主要技術(shù)指標(biāo),一、概述,噴漆機器人能在惡劣環(huán)境下連續(xù)工作，并具有工作靈活、工作精度高等特點，因此噴漆機器人被廣泛應(yīng)用于汽車、大型結(jié)構(gòu)件等噴漆生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、減輕操作人員勞動強度。,二、特點,噴涂機器人在使用環(huán)境和動作要求上有如下的特點: ① 工作環(huán)境包含易爆的噴涂劑蒸氣; ② 沿軌跡高速運動，途經(jīng)各點均為作業(yè)點; ③ 多數(shù)和被噴涂件都搭載在傳送帶上，邊移動邊噴涂，所以它需要一些特殊性能。,三、分類,噴涂機器人通常有兩類。 液壓噴涂機器人 電動噴涂機器人,四、PR11型噴漆機器人,1、概況 PR — 1 型 噴 漆 機 器 人 是 為 適 應(yīng) 生 產(chǎn) 自 動 化 發(fā) 展 的 需 要 ， 改 善 勞 動 條 件 ， 提 高 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 和勞 動 生 產(chǎn) 率 ， 降 低 生 產(chǎn) 成 本 而 研 制 的 自 動 化 噴 漆 裝 置 ， 也 是 機 電 一 體 化 的 高 技 術(shù) 產(chǎn) 品 。 PR — 1 型 機 器 人 為 計 算 機 閉 環(huán) 控 制 ， 電 液 伺 服 驅(qū) 動 ， 示 教 再 現(xiàn) 式 ， 多 關(guān) 節(jié) 型 工 業(yè) 機 器 人。 具 有 設(shè) 計 方 案 合 理 ； 機 、 電 、 液 匹 配 協(xié) 調(diào) ； 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計 合 理 ； 元 件 國 產(chǎn) 化 程 度 高 等 特 點。 達(dá) 到 國 內(nèi) 自 行 設(shè) 計 同 類 產(chǎn) 品 的 先 進(jìn) 水 平 ， 其 關(guān) 鍵 性 能 指 標(biāo) — — 重 復(fù) 位 置 精 度 處 國 內(nèi) 領(lǐng) 先 地位 。,,2、主要機構(gòu) 操作機械手 液壓站 微機控制柜 。,3、主 要 技 術(shù) 指 標(biāo)如 下： 自 由 度 數(shù) ： 5 個 額 定 負(fù) 載 ： 5kgf 動 作 范 圍 ： 1600 1300 500mm 平 均 速 度 ： 1m/s 重 復(fù) 位 置 精 度 ： 0.93mm 操 作 方 式 ： 示 教 — 再 現(xiàn) ， PTC/CP 計 算 機 內(nèi) 存 ： 122Kb,噴漆機器人的圖片,機器人在噴涂、涂膠領(lǐng)域的應(yīng)用,噴漆機器人生產(chǎn)線,車燈涂膠機器人工作站,衛(wèi)生陶瓷施釉機器人工作站,裝配機器人,裝配機器人,一、概述 二、精密裝配機器人 1、裝配機器人（ 裝配單元、裝配線) 2、裝配機器人的周邊設(shè)備,一、概述,隨著機器人智能程度的提高，使得它有可能對復(fù)雜產(chǎn)品如汽車發(fā)動機、電動機等進(jìn)行自動裝配，并可大大提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。,二、精密裝配機器人,（1）裝配機器人（裝配單元、裝配線）,水平多關(guān)節(jié)型機器人是裝配機器人的典型代表。 它共有4個自由度:兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，上下移動以及手腕的轉(zhuǎn)動。 最近開始在一些機器人上配備各種可換手，以增加通用性。,手爪主要有電動手爪和氣動手爪兩種形式,氣動手爪相對來說比較簡單，價格便宜， 因而在一些要求不太高的場合用得比較多。,電動手爪造價比較高，主要用在一些特殊場合,帶有傳感器的裝配機器人可以更好地順應(yīng)對象物進(jìn)行柔軟的操作。裝配機器人經(jīng)常使用的傳感器有視覺傳感器、觸覺傳感器、接近覺傳感器和力傳感器等。 視覺傳感器主要用于零件或工件的位置補償，零件的判別、確認(rèn)等。 觸覺和接近覺傳感器一般固定在指端，用來補償零件或工件的位置誤差，防止碰撞等。 力傳感器一般裝在腕部，用來檢測腕部受力情況，一般在精密裝配或去飛邊一類需要力控制的作業(yè)中使用。,（2） 裝配機器人的周邊設(shè)備 機器人進(jìn)行裝配作業(yè)時，除機器人主機、手爪、傳感器外，零件供給裝置和工件搬運裝置也至為重要。無論從投資額的角度還是從安裝占地面積的角度，它們往往比機器人主機所占的比例大。周邊設(shè)備常由可編程控制器控制，此外一般還要有臺架、安全欄等。,①零件供給器 零件供給器的作用是保證機器人能逐個正確地抓取待裝配零件，保證裝配作業(yè)正常進(jìn)行。 給料器 用振動或回轉(zhuǎn)機構(gòu)把零件排齊，并逐個送到指定位置。 托 盤 大零件或易磕碰劃傷的零件加工完畢后一般應(yīng)碼放在稱為“托盤“的容器中運輸，托盤裝置能按一定精度要求把零件送到給定位置，然后再由機器人一個一個取出。,②輸送裝置 在機器人裝配線上，輸送裝置承擔(dān)把工件搬運到各作業(yè)地點的任務(wù)，輸送裝置中以傳送帶居多。輸送裝置的技術(shù)問題是停止精度、停止時的沖擊和減速振。減震器可用來吸收沖擊能。,其他用途的工業(yè)機器人,2.6 其他用途的工業(yè)機器人,搬運機器人 主要用于工廠中一些工序的上下料作業(yè)、拆垛和碼垛作業(yè)等。這類機器人精度相對低一些，但負(fù)荷比較大，運動速度比較高。其機器人操作機多采用點焊或弧焊機器人結(jié)構(gòu)，也有的采用框架式和直角坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)形式。隨著工廠自動化程度的不斷提高和生產(chǎn)節(jié)拍的加快，搬運機器人使用得越來越多。,水切割機器人、激光加工機器人 它通過高壓水和激光這種新的工具，對工件實施切割、焊接或者是金屬材料的表面特殊處理，可以實現(xiàn)金屬及其他材料的特殊加工。高壓水切割的特點是其切縫處光滑，無需進(jìn)行二次處理，并且避免了其他熱加工手段帶來的工件變形。激光加工則是充分利用了激光的特性，實現(xiàn)對工件的精密切割、鉆孔、焊接以及表面熱處理這些作業(yè)往往是傳統(tǒng)的加工手段無法完成的。,檢查和測量機器人 集三種功能于一體，包括機器人的運動控制、操作對象狀態(tài)的感知以及對所采集到的信息進(jìn)行分析和判斷，最終給出檢查和測量結(jié)果。檢查和測量機器人主要用于工件的形狀測量、裝配檢查以及產(chǎn)品缺陷檢查等。,隨著信息技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，這些行業(yè)也迫切需要機器人進(jìn)行作業(yè)。但這些行業(yè)的特點是超精密化和精細(xì)化，產(chǎn)品的質(zhì)量與環(huán)境的好壞有直接關(guān)系，在這種環(huán)境下作業(yè)對機器人有特殊要求，因此產(chǎn)生了凈化機器人。對于凈化機器人，如何抑制塵埃粒子大小和數(shù)量是其關(guān)鍵問題。另外，現(xiàn)代制造業(yè)中，許多器件的制造需要在真空環(huán)境下進(jìn)行，因此也出現(xiàn)了真空機器人。凈化機器人和真空機器人除對環(huán)境有很高的要求之外，其速度和精度也有了很大提高。并且機器人的結(jié)構(gòu)不同于一般工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)，具有一定的特殊性。,工業(yè)機器人發(fā)展趨勢,工業(yè)機器人發(fā)展趨勢 機器人技術(shù)是一種綜合性高技術(shù)，它涉及到多種相關(guān)技術(shù)及學(xué)科，如機構(gòu)學(xué)、控制工程、計算機、人工智能、微電子學(xué)、傳感技術(shù)、材料科學(xué)以及仿生學(xué)等科學(xué)技術(shù)。因此機器人技術(shù)的發(fā)展一方面帶動了相關(guān)技術(shù)及學(xué)科的發(fā)展，另一方面也取決于這些相關(guān)技術(shù)和學(xué)科的發(fā)展進(jìn)程。 (1) 機器人操作機,負(fù)載/自重比大、高速高精度的機器人操作機一直是機器人設(shè)計者追求的目標(biāo)，通過有限元模擬分析及仿真設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法的運用，機器人操作機已實現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計。,(3) 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的性能迸一步提高，已由過去控制標(biāo)準(zhǔn)的6軸機器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制21軸甚至27軸，以實現(xiàn)多機器人系統(tǒng)及周邊設(shè)備的協(xié)調(diào)運動，并且實現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。在該領(lǐng)域日本YASKAWA和德國KUKA公司處于領(lǐng)先地位。,(2) 并聯(lián)機器人 采用并聯(lián)機構(gòu)，利用機器人技術(shù)，實現(xiàn)高精度測量及加工，這是機器人技術(shù)向數(shù)控技術(shù)的拓展，為將來實現(xiàn)機器人和數(shù)控技術(shù)的一體化奠定了基礎(chǔ)。意大利comau公司、日本fanuc等公司已開發(fā)出了此類產(chǎn)品。,(5)網(wǎng)絡(luò)通訊功能 日本YASKAWA和德國KUKA公司的最新機器人控制器已實現(xiàn)了與Canbus、Profibus總線及一些網(wǎng)絡(luò)的連接，使機器人由專用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備發(fā)展。,(4) 傳感系統(tǒng) 激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器在工業(yè)機器人系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用，并實現(xiàn)了利用激光傳感器和視覺傳感器進(jìn)行焊縫自動跟蹤以及自動化生產(chǎn)線上物體的自動定位，利用視覺系統(tǒng)和力覺系統(tǒng)進(jìn)行精密裝配作業(yè)等，大大提高了機器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應(yīng)性。日本YASKAWA、FANUC和瑞典ABB、德國KUKA、REIS等公司皆推出了此類產(chǎn)品。,(6) 可靠性 過去的獨立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用邁進(jìn)了一大步，也使機器人由過去了由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展相大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使機器人系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。過去機器人系統(tǒng)的可靠性MTBF一般為幾千小時，而現(xiàn)在已達(dá)到5萬小時，幾乎可以滿足任何場合的需求。,