1、工业机器人认识 随着工业4.0概念的提出，以智能工厂智慧制造为主题的第四次工业革命已经悄然来临，工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划。“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。工业工业4.0工业机器人作为自动化技术的集大成者，是工业4.0的重要组成单元，当前，机器人产业的发展，对工业机器人编程与操作的技能型人才的需求越来越紧迫，按照工业和信息化部关于工业机器人的发展规划，到2020年，国内工业机器人装机量将达100万台，需要至少20万与工业机器人应用相关的从业人员，并且以每年20%到30%的速度持
2、续递增，当前开展工业机器人技术专业人才培养是亟需解决的重要问题。工业工业4.01 1.1920.1920年捷克作家卡雷尔年捷克作家卡雷尔卡佩克，科幻剧卡佩克，科幻剧罗萨姆的万能机器人罗萨姆的万能机器人，剧中第一次出现，剧中第一次出现ROBOTROBOT（农奴，苦力），后来翻译成（农奴，苦力），后来翻译成“机器机器人人”。2 2.机器人的定义：包括国际标准化组织，美机器人的定义：包括国际标准化组织，美国机器人协会，美国国家标准局，中国。国机器人协会，美国国家标准局，中国。总结各种说法，机器人具有以下特性：总结各种说法，机器人具有以下特性：1 1）一种机械电子装置；）一种机械电子装置；2 2）动作
3、具有类似于人或其他生物体的功能；）动作具有类似于人或其他生物体的功能；3 3）可通过编程执行多种工作，有一定的通用性和灵活）可通过编程执行多种工作，有一定的通用性和灵活性；性；4 4）有一定程度的智能，能够自主地完成一些操作。）有一定程度的智能，能够自主地完成一些操作。3 3.1940.1940年，一位科幻作家首次使用年，一位科幻作家首次使用ROBOTSROBOTS（机器人学），并提出了（机器人学），并提出了“机器人学三原机器人学三原则则”，这三个原则如下：，这三个原则如下：1 1）机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不幸；）机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不幸；2 2）机器人应执行人们下
4、达的命令，除非这些命令）机器人应执行人们下达的命令，除非这些命令与第一原则相矛盾；与第一原则相矛盾；3 3）机器人应能保护自己的生存，只要这种保护行）机器人应能保护自己的生存，只要这种保护行为不与第一或第二原则相矛盾。为不与第一或第二原则相矛盾。机器人界将这三个原则作为开发机器人的准则。机器人界将这三个原则作为开发机器人的准则。发展机器人的三个理由：发展机器人的三个理由：1 1）机器人可以干人不愿意干的工作，它把人）机器人可以干人不愿意干的工作，它把人从有毒的、有害的、高温的或危险的环境中从有毒的、有害的、高温的或危险的环境中解放出来。解放出来。2 2）机器人可以干人干不好的工作。）机器人可以
5、干人干不好的工作。3 3）机器人可以干人干不了的工作。）机器人可以干人干不了的工作。1.1.在第二次世界大战中，武器专家发明了武器瞄准在第二次世界大战中，武器专家发明了武器瞄准用得伺服系统，由此为机器人的制造提供了技术。用得伺服系统，由此为机器人的制造提供了技术。2.19542.1954年，世界上第一台机器人诞生于美国，一台年，世界上第一台机器人诞生于美国，一台试验样机。试验样机。3.19583.1958年，年，UnimationUnimation公司的公司的UnimateUnimate机器人，真正机器人，真正意义上的第一台机器人。意义上的第一台机器人。4.19624.1962年，美国机械与制
6、造公司，年，美国机械与制造公司，“沃尔萨特兰沃尔萨特兰”（VersatranVersatran）工业机器人，）工业机器人，它和它和UnimateUnimate机器人至机器人至今仍在使用。今仍在使用。5.19671967年日本从美国引进年日本从美国引进“沃尔萨特兰沃尔萨特兰”（VersatranVersatran）工业机器人。）工业机器人。6.19686.1968年日本从美国引进年日本从美国引进UnimateUnimate机器机器人。人。2020世纪世纪7070年代日本机器人技术迅速年代日本机器人技术迅速发展，并超越美国成为当今世界第一的发展，并超越美国成为当今世界第一的“机器人王国机器人王国”
7、。7.7.机器人的发展经历了三个阶段：机器人的发展经历了三个阶段：1 1）第一代机器人）第一代机器人示教再现型机器示教再现型机器人人 2 2）第二代机器人）第二代机器人“带感觉带感觉”的机的机器人器人3 3）第三代机器人）第三代机器人智能型机器人智能型机器人1.701.70年代的萌芽期，年代的萌芽期，8080年代的开发期，年代的开发期，9090年代的实用化期。年代的实用化期。2.19722.1972年开始研制，年开始研制，19861986年年“七五七五”机器人攻关计划，机器人攻关计划，19871987年年“863863”高技术高技术计划。计划。1.1 工业机器人1.2 工业机器人的类型1.3
8、工业机器人的结构1.4 工业机器人的运动控制系统工业机器人是一种由程序预先确定其运动方式的机电工业机器人是一种由程序预先确定其运动方式的机电一体化机械装置。一体化机械装置。到目前为止，工业机器人是最成熟的一类机器人。至到目前为止，工业机器人是最成熟的一类机器人。至0404年底全球的工业机器人数量为年底全球的工业机器人数量为84800084800011200001120000套，套，日本几乎占一半，而我国的机器人仅仅占全球数量的日本几乎占一半，而我国的机器人仅仅占全球数量的0.6%0.6%。工业机器人目前已经应用在冲压、压力铸造、热处理、工业机器人目前已经应用在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装
9、、塑料制品成型、机械加工、简单装配以焊接、涂装、塑料制品成型、机械加工、简单装配以及核工业等领域。及核工业等领域。目前，国际上的工业机器人主要分为日目前，国际上的工业机器人主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、系和欧系。日系中主要有安川、OTCOTC。松下、松下、FUNACFUNAC、不二越及川崎等公司的、不二越及川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的产品。欧系中主要有德国的KUKAKUKA、CLOOSCLOOS，瑞士的，瑞士的ABBABB，意大利的，意大利的COMAUCOMAU及及奥地利的奥地利的IGMIGM等公司的产品。等公司的产品。工业机器人的本体结构是一只类似于人体上工业机器人的本体结构
10、是一只类似于人体上肢功能的关节型机械手，其系统构成简单表肢功能的关节型机械手，其系统构成简单表述如图所示。述如图所示。工业机器人系统具体来说由三大部分六个子系统组成。1 1驱动系统驱动系统 要使机器人运行起来，就需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置，这就是驱动系统。2 2机械结构系统机械结构系统3 3感受系统感受系统 它由内部传感器模块和外部传感器模块它由内部传感器模块和外部传感器模块组成，获取内部和外部环境状态中有意义的组成，获取内部和外部环境状态中有意义的信息。信息。4 4机器人一环境交互系统机器人一环境交互系统 工业机器人环境交互系统是实现工业机工业机器人环境交互系统是实现工业机器人
11、与外部环境中的设备相互联系和协调的器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系系统。统。5 5人一机交互系统人一机交互系统 人一机交互系统是使操作人员参与人一机交互系统是使操作人员参与机器人控制与机器人进行联系的装置。机器人控制与机器人进行联系的装置。6 6控制系统控制系统控制系统的任务是根据机器人的作业指控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。和功能。1.1.示教再现控制示教再现控制通过示教器把作业内容变制成程序，输入到通过示教器把作业内容变制成程序，输入到记
12、忆装置中。给出启动命令后，系统从存储记忆装置中。给出启动命令后，系统从存储单元中读出信息并送到控制装置，控制装置单元中读出信息并送到控制装置，控制装置发出控制信号，由驱动机构控制机械手在一发出控制信号，由驱动机构控制机械手在一定精度范围内按照存储单元中的内容完成各定精度范围内按照存储单元中的内容完成各种动作。种动作。2.2.位置控制位置控制1 1）点位控制）点位控制点位控制方式只控制机器人运动的起点和终点位置，点位控制方式只控制机器人运动的起点和终点位置，而不关心这两点之间的运动轨迹。而不关心这两点之间的运动轨迹。如：定位焊、上下料、搬运如：定位焊、上下料、搬运2 2）连续路径控制）连续路径控
13、制连续路径控制方式不仅要求机器人以一定的精度达连续路径控制方式不仅要求机器人以一定的精度达到目标点，而且对移动轨迹也有一定精度要求。到目标点，而且对移动轨迹也有一定精度要求。如：喷漆、弧焊如：喷漆、弧焊1 1自由度自由度 自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。2 2重复定位精度重复定位精度工业机器人的运动精度主要包括定位精度和重工业机器人的运动精度主要包括定位精度和重复定位精度。定位精度是指工业机器人的末端复定位精度。定位精度是指工业机器人的末端执行器的实际到达位置与目标位置之间的偏差。执行器的实际到达位置与目标位置之间的偏差。重复定位精度重复定位
14、精度(又称为重复精度又称为重复精度)是指在同一环是指在同一环境、同一条件、同一目标动作及同一条指令下，境、同一条件、同一目标动作及同一条指令下，工业机器人连续运动若干次重复定位至同一目工业机器人连续运动若干次重复定位至同一目标位置的能力。标位置的能力。3工作范围机器人的工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心运动时所能到达的所有点的集合。4最大工作速度最大工作速度，有的厂家指工业机器人主要自由度上最大的稳定速度，有的厂家指手臂末端最大的合成速度，通常都在技术参数中加以说明。5承载能力工业机器人的承载能力又称为有效负载，它是指机器人在工作时臂端可能搬运的物体质量或所能承受的力。五种基本坐标式机器人1
15、.搬运机器人搬运机器人目前的工业机器人多为6轴关节型机器人。6 6轴关节型机器人有轴关节型机器人有三个三个“关节关节”：“肩关节肩关节”、“肘肘关节关节”、“腕关腕关节节”。而。而6 6轴是指：轴是指：转腰轴、摆臂（肩）转腰轴、摆臂（肩）轴、摆肘轴、转腕轴、摆肘轴、转腕轴、摆腕轴和转手轴、摆腕轴和转手轴轴6 6轴关节型工业机轴关节型工业机器人的动作定义器人的动作定义 6轴关节型机器人1.1.焊接机焊接机器人运动器人运动轴的定义轴的定义1-S1-S2-L2-L3-U3-U4-R4-R5-B5-B6-T6-T 1.4.1 1.4.1 工业机器工业机器人的运动人的运动轴的构成轴的构成腰腰臂臂肘肘腕腕
16、 2.2.工业机器人的运动轴参数工业机器人的运动轴参数 6 6关节型工业机器人的关节运动参数关节型工业机器人的关节运动参数关节运动关节运动参数范围参数范围S S轴（腰）轴（腰）360360L L轴（臂）轴（臂）+70+70,-90,-90U U轴（肘）轴（肘）+45+45,-125,-125R R轴（腕横摆）轴（腕横摆）360360B B轴（腕俯仰）轴（腕俯仰）120120T T轴（腕回转）轴（腕回转）3603601.1.对焊接机器人运动控制系统的一般要求对焊接机器人运动控制系统的一般要求1 1）记忆功能）记忆功能2 2）示教功能）示教功能3 3）与外围设备联系功能）与外围设备联系功能4 4）
17、坐标设置功能）坐标设置功能5 5）人机接口）人机接口6 6）传感器接口）传感器接口7 7）位置伺服功能）位置伺服功能8 8）故障诊断安全保护功能）故障诊断安全保护功能（1 1）控制计算机）控制计算机（2 2）示教盒）示教盒（3 3）操作面板）操作面板（4 4）硬盘和软盘存储器）硬盘和软盘存储器（5 5）数字和模拟量输入输出）数字和模拟量输入输出（6 6）打印机接口）打印机接口（7 7）传感器接口）传感器接口（8 8）轴控制器）轴控制器（9 9）辅助控制设备）辅助控制设备（1010）通信接口）通信接口（1111）网络接口）网络接口机器人运动控制系统软件的特点机器人运动控制系统软件的特点1 1）机
18、器人工作任务是要求机器人的末）机器人工作任务是要求机器人的末端执行器（例如焊接机器人的焊钳或焊端执行器（例如焊接机器人的焊钳或焊枪）进行空间点位运动或轨迹运动。枪）进行空间点位运动或轨迹运动。2 2）机器人的控制中经常使用复杂控制）机器人的控制中经常使用复杂控制技术技术3 3）用人工智能的方法进行控制、决策、）用人工智能的方法进行控制、决策、管理和操作管理和操作1.1.示教盒示教方式示教盒示教方式2.2.引导示教方式引导示教方式3.3.机器人编程语言与离线编程技术机器人编程语言与离线编程技术1 1）使机器人的运动编程成为）使机器人的运动编程成为“可视可视”的过程的过程2 2）可离线编程）可离线编程
