Unit-5-Industrial-Robot工业机器人课件.ppt

1、w1.Introductionw2.Programming a Robot单词工业机器人工业机器人可再编程的可再编程的液压的液压的气动的气动的机电的机电的工件封装工件封装圆柱状的圆柱状的梯形逻辑图梯形逻辑图industry robotreprogrammablehydraulicpneumaticelectromechanicalcylindricalladder logic开环开环open-loop闭环闭环closed-loopWork envelop单词fictioncompanionshipanatomysimilarityevolvegripperauxiliary虚构，想象虚构，想象

2、陪伴陪伴（生物体）结构（生物体）结构相似之处相似之处演化，演变演化，演变辅助的，补充的辅助的，补充的夹持器夹持器pendantjoy-stick操纵杆操纵杆悬挂式操纵板，操作面板悬挂式操纵板，操作面板key pad键盘键盘gantry台架台架potential潜在的潜在的1.Introduction w Industrial robot are relatively new electromechanical devices that are beginning to change the appearance of modern industry.w 工业机器人是相对来说较新的机电设备，它已

3、经工业机器人是相对来说较新的机电设备，它已经开始改变现代工业的面貌。开始改变现代工业的面貌。w Industrial robots are not like the science fiction devices that possess human-like abilities and provide companionship with space travelers.w 工业机器人不像科幻小说中的那个模样具有人一工业机器人不像科幻小说中的那个模样具有人一样的能力并且能与其它移动物建立友谊。样的能力并且能与其它移动物建立友谊。1.Introduction w Research to ena

4、ble robots to“see”,“hear”,“touch”,and“listen”has been underway for two decades and is beginning to bear Fruit.However,the current technology of industrial robots is such that most robots contain only an Arm rather than all the anatomy a human possesses.w 机器人能够看见听到触觉听的研究已经进行了机器人能够看见听到触觉听的研究已经进行了20多年，

5、现在开始开花结果了。然而，通常所说的多年，现在开始开花结果了。然而，通常所说的工业机器人技术是是大多数机器人只包含了一条工业机器人技术是是大多数机器人只包含了一条臂而不是拥有人臂而不是拥有人解剖学的解剖学的全部结构。全部结构。1.Introduction w Current control only allows these devices to move form point to point in space,performing relatively simple tasks.w 通常的控制只允许这些机器人在空间上从点通常的控制只允许这些机器人在空间上从点到点的移动，完成相对简单的工作。

6、到点的移动，完成相对简单的工作。1.Introduction w The Robotics Institute of America defines a robots as“a reprogrammable multifunction manipulator designed to move material,parts,tools,or other specialized devices through variable programmed motions for the performance of a variety of tasks.”1 w 美国机器人学会定义机器人为美国机器人学会

7、定义机器人为“一个可再编一个可再编程序，多功能的机器手，它通过各种可编程程序，多功能的机器手，它通过各种可编程的运行来完成不同的任务，用于搬运原料、的运行来完成不同的任务，用于搬运原料、零件、刀具、以及专用装置。如果认为不同零件、刀具、以及专用装置。如果认为不同类型的加工有不同的作用。类型的加工有不同的作用。1.Introduction w A NC machining center would be qualified as a robot if one can interpret different types of machining as different functions.Mos

8、t manufacturing engineers do not consider a NC machining center a robot,even though these machines have a number of similarities.w 如果认为不同类型的加工有不同的功能，那如果认为不同类型的加工有不同的功能，那么一个数控加工中心也可以被认为是机器人么一个数控加工中心也可以被认为是机器人。大部分制造工程师认为数控加工中心不是。大部分制造工程师认为数控加工中心不是机器人，尽管他们有很多相似之处。机器人，尽管他们有很多相似之处。1.Introduction w The po

9、wer drive and controllers of both NC machines and robots can be quite similar.Robots,like NC machines can be powered by electrical motors,hydraulic systems,or pneumatic systems.w 数控机构和机器人的动力驱动和控制十分相数控机构和机器人的动力驱动和控制十分相似。像数控机构一样机器人能够由似。像数控机构一样机器人能够由电机电机、液液压系统压系统、气压系统气压系统提供动力。提供动力。1.Introduction w Cont

10、rol for either device can be either open-loop or closed-loop.In fact many of the developments used in robotics have evolved form the NC industry,and many of the manufacturers of robots also manufacture NC machines or NC controllers.w 两种设备都能由两种设备都能由开环控制开环控制或或闭环控制闭环控制。实际。实际上，许多应用于机器人发展技术由数控工业上，许多应用于机器

11、人发展技术由数控工业演变过来并且许多机器人制造商也制造数控演变过来并且许多机器人制造商也制造数控机床和数控控制器。机床和数控控制器。1.Introduction w A physical robot is normally composed of a main frame(or arm)with a wrist and some tooling(usually some type of gripper)at the end of the frame.2 An auxiliary power system may also be included with the robot.w 实际的机器人由

12、带有腕（或称为臂）的主机实际的机器人由带有腕（或称为臂）的主机身和机器端部的工具（通常是某些的支撑器身和机器端部的工具（通常是某些的支撑器）组成。机器人也可能有一个）组成。机器人也可能有一个辅助动力系统辅助动力系统。1.Introduction w A controller with some type of teach pendant,joy-stick,or key-pad is also part of the system.A typical robotic system is shown in Fig 5.1.w 机器人系统还包括一个有一些示教板、操作机器人系统还包括一个有一些示教板

13、、操作杆、键盘。一种典型的机器人系统如图杆、键盘。一种典型的机器人系统如图5、1。1.Introduction w Robots are usually characterized by the design of the mechanical system.A robot whose main frame consists of three linear axes is called a Cartesian robot.The Cartesian robot derives its name from the coordinate system.Travel normally takes p

14、lace linearly in three-space.w 机器人特点通常由机械系统的设计表现，一机器人特点通常由机械系统的设计表现，一个主要框架包括三条移动轴的机器人称为个主要框架包括三条移动轴的机器人称为笛笛卡尔机器人卡尔机器人。笛卡尔机器人它的名字来源于。笛卡尔机器人它的名字来源于笛卡尔坐标系沿三维空间的直线移动。笛卡尔坐标系沿三维空间的直线移动。1.Introduction w Some Cartesian robots are constructed like a gantry to minimize deflection along each of the axes.These

15、robots are referred to as gantry robots.w 一些笛卡尔机器人由龙门结构构成以便使沿一些笛卡尔机器人由龙门结构构成以便使沿每个轴的偏差最小。这些机器人称为每个轴的偏差最小。这些机器人称为龙门龙门机机器人。器人。1.Introduction w Fig.5.2 shows examples of Cartesian robots.These robots behave and can be controlled similarly to conventional three-axis NC machines.3 Gantry structure are ge

16、nerally the most accurate physical structure for robots.w 图图5.2展示了笛卡尔机器人，这些机器人的动展示了笛卡尔机器人，这些机器人的动作控制都相似于传统的三坐标机床。龙门结作控制都相似于传统的三坐标机床。龙门结构一般来说是最准确的机器人实际结构。构一般来说是最准确的机器人实际结构。1.Introduction w Gantry robots are commonly used for assembly where tight tolerance and exact location are required.w 龙门机器人龙门机器人通

17、常用于公差较小和位置度要求通常用于公差较小和位置度要求较高的装配中。较高的装配中。1.Introduction w A cylindrical robot is composed of two liner axes and one rotary axis.This robot derives its name from the work envelope(the space in which it operates),which is created by moving the axes from limit to limit.w 圆柱机器人由两个移动轴和一个旋转轴组成圆柱机器人由两个移动轴和

18、一个旋转轴组成，这种机器人的名称来源自包围轨迹（它的，这种机器人的名称来源自包围轨迹（它的功作范围），它由轴移动的极限位置构成。功作范围），它由轴移动的极限位置构成。w 1.Introduction w Fig.5.3 shows typical cylindrical robots,cylindrical robots are used for a variety of applications,but most frequently for material-handling operations.w 图图5.3展示了典型的圆柱机器人。圆柱机器人展示了典型的圆柱机器人。圆柱机器人有许多应用

19、，最常见的是材料的搬运操作。有许多应用，最常见的是材料的搬运操作。2.Programming a Robotw Programming a Robotw 给机器人编程给机器人编程w In order for a device to qualify as a robot,it must be easily reprogrammable.w 为了使设备具有资格作为机器人，它必须是为了使设备具有资格作为机器人，它必须是容易可再编程的。容易可再编程的。2.Programming a Robotw Nonprogrammable mechanisms,regardless of their potent

20、ial flexibility by reassembly or rewiring,do not be qualified as robots4.A class of devices that fit this category are fixed or variable-sequence robots.w 不可编程的机构，无论其通过重新装配或再接线不可编程的机构，无论其通过重新装配或再接线可实现的潜在柔性有多大，也不能算作机器人。可实现的潜在柔性有多大，也不能算作机器人。许多这类设备是固定的或可变的序列机器人。许多这类设备是固定的或可变的序列机器人。2.Programming a Robot

21、w Many of these robots are pneumatically driven.Rather than controlling the robot path,the device is driven to fixed stops or switches via some form of ladder logic.w 很多这样的机器人是由很多这样的机器人是由气压气压驱动的。这种机驱动的。这种机器人借助某种器人借助某种梯形逻辑图梯形逻辑图被驱动至一些被驱动至一些固定固定的挡块的挡块或或行程开关行程开关处，而不是控制它的轨迹处，而不是控制它的轨迹。2.Programming a Ro

22、botw Although the ladder programming qualifies for the definition of a robot,the switches or stops must normally be physically moved in order to alter the tasks being performed.5 w 虽然梯形图编程可满足机器人的运动要求，虽然梯形图编程可满足机器人的运动要求，但行程开关和但行程开关和挡块挡块必须正常的被整体移动，必须正常的被整体移动，以改变所需执行的工作任务。以改变所需执行的工作任务。2.Programming a R

23、obotw Drive actuators or motors are turned“on”or“off”depending on the desired sequence of tasks and switch states.Robot operations for this type of system are normally limited to rather simple applications.w 动力执行器或发动机打开到动力执行器或发动机打开到“开开”或或“关关”取决于取决于工序的要求工序的要求和和转换状态转换状态。机器人对这。机器人对这类系统的操作通常局限于相当简单的应用。类

24、系统的操作通常局限于相当简单的应用。2.Programming a Robotw Programming of more conventional robots normally takes one of three form:(1)walk-through or pendant teaching,(2)lead-through teaching,or(3)offline programming.w 传统机器人的程序通常采用以下三个形式之传统机器人的程序通常采用以下三个形式之一：（一：（1）操作器或示教板编程（）操作器或示教板编程（2）导入式）导入式程序（程序（3）脱机编程。）脱机编程。2.P

25、rogramming a Robotw Each robot normally comes with one or more of these types of programming systems.Each has advantages and disadvantages depending on the application being considered.w 每个机器人通常具有一个或更多这种程序类每个机器人通常具有一个或更多这种程序类型的系统。每种形式的优缺点依不同的应用型的系统。每种形式的优缺点依不同的应用而不同。而不同。2.Programming a Robotw Walk-t

26、hrough or pendant teaching or programming is the most commonly used robot programming procedure.In this type of programming,a pendant that normally contains one or more joysticks is used to move the robot throughout its work envelope.w 操作器或示教板编程是最常用的机器人编程操作器或示教板编程是最常用的机器人编程方式，这种类型编程，方式，这种类型编程，A pend

27、ant（悬挂操作（悬挂操作板）板）通常包括几个用于使机器人在它通常包括几个用于使机器人在它工作范工作范围围移动的操作杆。移动的操作杆。2.Programming a Robotw At the end of each teach point,the current robot position is saved.As was the case with NC machines,some robots allow the programmer the option of defining the path between points.w 在每个工序的终点，机器人的位置被保存。在每个工序的终点，

28、机器人的位置被保存。像数控机床一样，一些机器人允许编程人员像数控机床一样，一些机器人允许编程人员选择定义两点间路线。选择定义两点间路线。2.Programming a Robotw Again,these robots are called continuous-path systems.Systems that do not allow the user to specify the path taken are called point-to-point systems.Many continuous-path robots allow the user to define the pat

29、h to be taken between successive points.That is,the user may define a straight-line,circular,or joint-interpolated path.w 另外，这些机器人被称为连续路径系统。不允许另外，这些机器人被称为连续路径系统。不允许用户指定路径的系统称为点到点系统。许多连续用户指定路径的系统称为点到点系统。许多连续路径机器人允许用户定义在两个主要点之间连线路径机器人允许用户定义在两个主要点之间连线的路径。那么，用户可以定义的路径。那么，用户可以定义直线直线、圆弧的圆弧的、关关节节-插补插补的路径。的

30、路径。2.Programming a Robotw In a straight-line path,the robots move between successive points in a straight-line in Cartesian space.Circular moves,as the name implies,take place in circles along one of the major planes6.The path that the robot takes using a joint-interpolation scheme is not always eas

31、y to determine.w 在直线路径中，机器人在笛卡尔空间中，在在直线路径中，机器人在笛卡尔空间中，在直线连续端点间移动。顾名思义，圆弧运动直线连续端点间移动。顾名思义，圆弧运动就是在某一主平面上沿圆弧运动。机器人以就是在某一主平面上沿圆弧运动。机器人以关节插补方案执行的路线很不容易确定。关节插补方案执行的路线很不容易确定。2.Programming a Robotw In joint interpolation,each of the robot joints is moved at a constant rate so that all the axes start and sto

32、p at the same time.7 For Cartesian robots,straight-line and joint-interpolation schemes produce the same path.For the other types of robot systems,this is not true.w 在关节插补中，机器人的每一关节都以一恒定速在关节插补中，机器人的每一关节都以一恒定速度移动以保证所有的轴同时启动和停止。对于笛度移动以保证所有的轴同时启动和停止。对于笛卡尔机器人，直线和结点插补方案产生相同的路卡尔机器人，直线和结点插补方案产生相同的路径。对于其他类型

33、机器人系统，这不成立。径。对于其他类型机器人系统，这不成立。2.Programming a Robotw Pendant programming systems normally have supplemental commands that allow the programmer to perform auxiliary operations such as close the end-effector,wait,pause,check the status of a switch or several switches,return a required status to a mach

34、ine,etc.w 操作器编程系统通常提供允许编程人完成操作器编程系统通常提供允许编程人完成辅辅助助操作的命令，如关闭终端，等待，暂停，操作的命令，如关闭终端，等待，暂停，检查一种或几种转换状态，返回全部状况给检查一种或几种转换状态，返回全部状况给机床，等等。机床，等等。2.Programming a Robotw The programmer walks the robot through the necessary steps required to perform a task,saving each intermediate step along with the auxiliary

35、information.The teach pendant used to program the Fanuc MI robot is shown in Fig.5.4.w 编程人员使机器人走过要求完成一项工作的编程人员使机器人走过要求完成一项工作的必要步骤，保存每一必要步骤，保存每一中间步骤中间步骤和辅助的信息和辅助的信息。用于给。用于给Fanuc M1机器人编程的操作器，如机器人编程的操作器，如图图5.4所示。所示。2.Programming a Robotw Lead-through programming is one of the simplest programming proce

36、dures used to program a robot.As the name implies,the programmer simply physically moves the robot through the required sequence of motions.The robots controller records the position and speed as the programmer leads the robot through the operation.w 导入式程序是最简单的机器人程序设计过程之一导入式程序是最简单的机器人程序设计过程之一。顾名思义，编

37、程人只需根据需要的运动顺序进。顾名思义，编程人只需根据需要的运动顺序进行机器人的实际移动。机器人控制器反馈它的位行机器人的实际移动。机器人控制器反馈它的位置并且像编程人一样引导机器人完成操作。置并且像编程人一样引导机器人完成操作。2.Programming a Robotw The power is normally shut down while the programmer is leading the robot through the necessary moves,so that the robot will not will not generate any“glitches”th

38、at might injure the operator.w 当编程人员负责引导机器人完成必要动作时当编程人员负责引导机器人完成必要动作时，动力降低以便机器人不产生伤害操作人员，动力降低以便机器人不产生伤害操作人员的的“小毛病小毛病”。2.Programming a Robotw Although lead-through programming is the easiest programming method learn,it does introduce some severe limitations to the robots application.For instance,when

39、 the robot is being led through the operation,the operator carries the weigh of the robot.w 尽管导入式编程是最容易学的程序语言，但尽管导入式编程是最容易学的程序语言，但它也反映了一些机器人应用的限制，例如，它也反映了一些机器人应用的限制，例如，当机器人正在进行操作时，操作人员搬运机当机器人正在进行操作时，操作人员搬运机器人。器人。2.Programming a Robotw The gears,motor and lead screw may introduce a false resolver rea

40、ding,so that when the weight of robot,and perhaps a part,must be supported by the system the actual end-effector position may be significantly different from the position taught to the robot.w 齿轮，电动机和丝杠会引入错误的运算读数齿轮，电动机和丝杠会引入错误的运算读数值，这样当机器人的重量，也许是工件的重值，这样当机器人的重量，也许是工件的重量必须由系统承担时，端部执行器的量必须由系统承担时，端部执行器

41、的 实际位实际位置可能与机器人的训练位置有很大差异。置可能与机器人的训练位置有很大差异。2.Programming a Robotw Another problem with this method is that since the position and speed are recorded as the robot is being led through the desired path,a significant amount of data are generated.This data must be stored and later recalled.w 这种方式的另一个问题

42、是，由于机器人被指这种方式的另一个问题是，由于机器人被指引通过期望的路径时，机器人的位置和速度引通过期望的路径时，机器人的位置和速度会被记录，产生大量的数据信号，这些数据会被记录，产生大量的数据信号，这些数据必须进行存储之后调用。必须进行存储之后调用。w 2.Programming a Robotw Storage and retrieval space and time can cause the programmer problems.Perhaps the major problem associated with lead-through programming is that the

43、 human who leads the robot through the process is capable of only finite accuracy and may introduce inconsistencies into the process.w 存储和重新调用的空间和时间可能会引起汇存储和重新调用的空间和时间可能会引起汇编器问题编器问题，也许导入式编程的主要问题是引，也许导入式编程的主要问题是引导机器人完成工艺过程的人仅能够达到有限导机器人完成工艺过程的人仅能够达到有限的准确度，可能引起工艺过程的不协调。的准确度，可能引起工艺过程的不协调。2.Programming a

44、 Robotw Human-induced errors and inaccuracies eliminate some of the major advantages of using robots.w 人为错误和不准确性削弱了使用机器人的优人为错误和不准确性削弱了使用机器人的优点。点。w 2.Programming a Robotw Offline programming for robots is a relatively new technology that provides several advantages over both lead-through and teach pr

45、ogramming.The principles of offline programming are similar to using an offline language such as APT for NC programming.脱机编程对机器人来说是相对较新的技术，脱机编程对机器人来说是相对较新的技术，它能够提供导入式和控制板编程的一些优点它能够提供导入式和控制板编程的一些优点。脱机编程的规律与对数控技术应用脱机语。脱机编程的规律与对数控技术应用脱机语言类似。言类似。2.Programming a Robotw Several languages have been develop

46、ed at major universities as well in industry throughout the U.S.Examples of these languages include VAL created by Unimation,AR-Basic by American Robot Corp.,ARM-BASIC by Microbot,Inc.and AIM.By IBM.w 几种脱机语言已经在美国的主要大学和工业几种脱机语言已经在美国的主要大学和工业中发展。这些语言主要有中发展。这些语言主要有Unimation的的VAL,美 国 机 器 人 协 会 的美 国 机 器 人

47、 协 会 的 A R M-B A S I C,Microbot,Inc的的ARM-BASIC和和IBM的的AMI。2.Programming a Robotw To illustrate offline programming,AR-Basic will be used.AR-Basic allows the user to:w 为解释说明脱机语言，为解释说明脱机语言，AR-Basic允许用户：允许用户：w Define the position of the robotw 定义机器人的位置定义机器人的位置w Control the motion of the robotw 控制机器人的运动控

48、制机器人的运动w Input and output control dataw 输入输出控制数据输入输出控制数据2.Programming a Robotw AR-Basic is an interpretive BASIC system that employs many of the same functions as the familiar BASIC programming language.In AR-Basic,points and tools are defined as a set of primitive data.Points are defined using the

49、convention（约定、协定）（约定、协定）:w AR-Basic系统的解释，他采用的许多相同的功能系统的解释，他采用的许多相同的功能采用了我们熟悉的采用了我们熟悉的basic程序语言，在程序语言，在In AR-Basic中，点和刀具定义为初始化数据。点由以下中，点和刀具定义为初始化数据。点由以下协议定义协议定义w X,Y,Z,R,P,Y2.Programming a Robotw Where X,Y,and Z are the Cartesian space occupied by the end-effector,and R,P,and Y are the roll,pitch（节距）

50、（节距）and yaw of the tool.Each of the point definitions can be specified as either absolute or relative point(again defined in a similar manner as for NC machines).w X,Y,Z表示由端部执行器占据的笛卡尔空间，表示由端部执行器占据的笛卡尔空间，R,P,Y 表示刀具旋转、进给（节距）、和刀表示刀具旋转、进给（节距）、和刀具偏角。每个点的定义既可以是绝对的也可具偏角。每个点的定义既可以是绝对的也可以是相对的（和数控机床有相似的规则）以是相