1、第第1章章 工业机器人概述工业机器人概述1.1 机器人的产生与发展机器人的产生与发展v工业机器人的概念由美国发明家George Devol（乔治德沃尔）最早提出；v1958年，美国著名的机器人专家Joseph FEngelberger（约瑟夫恩盖尔柏格）建立了的Unimation公司；v1959年研制出了世界上第一台真正意义上的工业机器人Unimate v第一代机器人一般是指能通过离线编程或示教操作生成程序，并再现动作的机器人。v第一代机器人没有分析和推理能力，无智能性,称示教再现机器人。v第一代机器人现已实用和普及 第一代机器人第一代机器人v第二代机器人装备有一定数量的传感器，能获取简单信息
2、，作出简单的推理，并适当调整自身的动作和行为。v第二代机器人已具备一定程度上的智能，故称感知机器人或低级智能机器人。第二代机器人第二代机器人v第三代机器人具有高度的自适应能力，有多种感知机能，可通过复杂的推理，作出判断和决策，自主决定机器人的行为v第三代机器人具有相当程度的智能，称为智能机器人。第三代机器人第三代机器人1.2 机器人的分类与概况机器人的分类与概况工业机器人工业机器人-1（a）加工 （b）装配工业机器人工业机器人-2（a）搬运 （b）包装服务机器人服务机器人个人个人/家用机器人家用机器人 军事机器人军事机器人 场地机器人场地机器人 第第2章章 工业机器人组成与性能工业机器人组成与
3、性能2.1工业机器人的组成与特点工业机器人的组成与特点机器人本体机器人本体1末端执行器 2手部3腕部4上臂5下臂6腰部7基座变位器变位器（a）回转 （b）直线电气控制系统电气控制系统1-电源开关2-急停按钮3-示教器4-辅助控制电路5-驱动器6-机器人控制器工业机器人特点工业机器人特点1）拟人。本体有类似人类的腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部件；智能工业机器人安装有模拟人类等生物的传感器。2）柔性。有完整、独立的控制系统，可通过编程来改变其动作和行为，具有适应对象变化的柔性。3）通用。大多数工业机器人可通过更换手部的末端操作器，来完成不同的作业，具有一定的、执行不同作业任务的通用性。2.2 工
4、业机器人的结构形态工业机器人的结构形态 垂直串联垂直串联水平串联水平串联 并联并联 2.3工业机器人的技术性能工业机器人的技术性能 v 工作范围工作范围v 工作范围工作范围v 承载能力承载能力v 自由度自由度第第3章章 工业机器人机械结构工业机器人机械结构3.1 垂直串联机器人垂直串联机器人1基座4腰关节5下臂6肘关节11上臂15腕关节16连接法兰18同步带 19肩关节2、8、9、12、13、20伺服电机3、7、10、14、17、21减速器 S 轴结构轴结构1基座 2CRB轴承 3腰体 4驱动电机 5RV减速器L/U 轴结构轴结构 1支承部件 2RV减速器 3驱动电机 4回转部件 5减速器壳体
5、（针轮）6减速器输出轴 7减速器输入轴前驱手腕前驱手腕1上臂 2B/T轴电机安装位置 3摆动体 4下臂后驱手腕后驱手腕1R/B/T电机2手腕单元3上臂4下臂3.2 SCARA及及Delta结构结构（a）执行器升降（前驱）（b）手臂升降（后驱）v SCARA结构结构 v Delta结构结构（a）回转驱动型 （b）直线驱动型3.3 安川安川MH6机器人结构机器人结构 1基座体 2RV减速器 3、6、8螺钉 4润滑管 5盖 7管线盒v 基座基座 v 腰腰 1驱动电机 2减速器输入轴 3润滑管 4电机座 5下臂安装端面 6腰体v 下臂下臂 1驱动电机2减速器输入轴 5下臂体7RV减速器v 上臂上臂 1
6、驱动电机3减速器输入轴 6上臂7RV减速器v R轴轴 1驱动电机 2电机座 3谐波减速器 6上臂 8手腕回转体v B轴轴 2驱动电机 8谐波减速器 12摆动体 16上臂17手腕体v T轴轴-11驱动电机 3手腕回转体4、8同步带轮6同步带13支承座14伞齿轮v T轴轴-21摆动体7壳体 9谐波减速器 13安装法兰第第4章章 工业机器人核心部件工业机器人核心部件 v 减速器：所有回转运动关节都必须使用的关键部件；决定了运减速器：所有回转运动关节都必须使用的关键部件；决定了运动轴的运动速度、定位精度、承载能力。动轴的运动速度、定位精度、承载能力。v 轴承：支承机械旋转体，以刚性高、承载能力强、安装
7、简单、轴承：支承机械旋转体，以刚性高、承载能力强、安装简单、间隙调整和预载方便，且能同时承受径向和双向轴向载荷的交叉间隙调整和预载方便，且能同时承受径向和双向轴向载荷的交叉滚子轴承（滚子轴承（CRB轴承）为主。轴承）为主。v 同步皮带：无滑差、速比恒定、传动平稳，吸振性好、噪音小，同步皮带：无滑差、速比恒定、传动平稳，吸振性好、噪音小，且无需润滑，是工业机器人常用的传动部件。且无需润滑，是工业机器人常用的传动部件。v 滚珠丝杠：传动效率高、运动灵敏平稳、定位精度高、精度保滚珠丝杠：传动效率高、运动灵敏平稳、定位精度高、精度保持性好、维护简单，直线运动轴几乎都需要采用滚针丝杠传动。持性好、维护简
8、单，直线运动轴几乎都需要采用滚针丝杠传动。v直线导轨：灵敏性好、精度高、使用简单，是工业机器人常用直线导轨：灵敏性好、精度高、使用简单，是工业机器人常用的直线导向部件的直线导向部件 机械核心部件机械核心部件4.1 CRB轴承及同步皮带轴承及同步皮带v CRB轴承轴承v CRB轴承安装轴承安装（a）压圈固定 （b）外圈分割固定 （c）内圈分割固定v 同步皮带同步皮带1同步齿同步齿 2强力层强力层 3带背带背4.2 谐波减速器谐波减速器 1谐波发生器谐波发生器 2柔轮柔轮 3刚轮刚轮v 变速原理变速原理 v 变速原理变速原理-90 -180 -3601.部件型部件型（a）水杯形 （b）礼帽形 （c
9、）薄饼形v 结构（水杯形）结构（水杯形）1输入连接件输入连接件 2柔轮柔轮 3刚轮刚轮 4谐波发生器谐波发生器 v 安装要求安装要求2.单元型单元型（a）标准型）标准型 （b）中空轴）中空轴 （c）轴输入）轴输入v 结构结构 1-输入输入 2-谐波发生器谐波发生器 3-刚轮与壳体刚轮与壳体 4-柔轮柔轮 5-CRB轴承轴承 6-连接板连接板4.3 RV减速器减速器 1芯轴芯轴 2端盖端盖 3针轮针轮 4密封圈密封圈5输出法兰输出法兰 6行星齿轮行星齿轮 7曲轴曲轴8圆锥滚柱轴承圆锥滚柱轴承 9RV齿轮齿轮10针齿销针齿销 11滚针滚针 12卡簧卡簧v 变速原理变速原理 v 标准结构标准结构 1
10、芯轴 2端盖 3输出轴承 4壳体（针轮）5密封圈 6输出法兰（输出轴）7定位销 8行星齿轮 9曲轴组件 10滚针轴承 11RV齿轮 12针齿销 v 安装要点安装要点（a）正确 （b）错误第第5章章 工业机器人控制系统工业机器人控制系统5.1 控制系统结构控制系统结构5.2 控制系统连接控制系统连接 电源电源QF1L1L2L3CN602CN555CN604CN554CN606CN151CN154CN200DC24VAC200VCN201X81电源模块安全单元电源单元示教器控制板CN509制动单元CN153CN403DC24VCN5CN156DC24VI/O单元CN157CN305CN510DC2
11、4VCN304CN400DC24VDC24VCN552CN556CN557制动电阻CN583CN582S轴L轴U轴R轴B轴T轴驱动模块CN603CN158DC24VCN159DC5VIR控制器DC24VCN551CN155DC24VDC24V正门风机EV1背部风机EV2背部风机EV3I/O信号机架CPUI/F模块CN605CN584ON/OFF单元AC200VAC200VAC200VAC200VCN6015.2 控制系统连接控制系统连接 信号信号CN208安全单元S轴L轴U轴R轴B轴T轴驱动模块防护门急停CN209示教器连接CN203外部控制信号CN216CN212风机控制CN608CN306
12、I/O单元CN307CN308CN309CN553控制板CN511CN210CN517CN202CN501CN502CN503CN504CN505CN506电源模块ON/OFF单元1KM2KMCN607CN214CN300I/F模块CN114I/O总线CN507CN113CN515CN513CN402制动单元CN581CN508轴超程碰撞检测CN512CPU模块示教器CN105X81CN101CN102CN103CN104RS422接口RS232接口RS232接口以太网接口CN405CN110电池ON/OFF控制I/O总线伺服高速输入CN514Drive总线5.3 部件及功能部件及功能v ON
13、/OFF单元单元 v 安全单元安全单元 v I/O单元单元 v电源与电源与IR控制器控制器 v伺服驱动器伺服驱动器 v制动单元制动单元 第第6章章 工业机器人编程工业机器人编程6.1 程序与编程要素程序与编程要素控制轴组控制轴组坐标系坐标系（a）关节坐标系 （b）直角坐标系 （c）圆柱坐标系 坐标系坐标系（d）工具坐标系 （e）用户坐标系 （f）坐标轴方向6.2 命令与分类命令与分类v 基本命令：用来控制机器人本体动作，控制系统相同时可通用。包括移动命令、输入/输出命令、程序控制命令、平移命令、运算命令5类。v 作业命令：控制执行器（工具）动作，随机器人用途的不同而不同，每类机器人只能使用其中
14、的一类命令。6.3 移动命令编程移动命令编程MOVJ VJ=50.00 PL=2 NWAIT UNITL IN#(16)=ON命令符添加项v 命令格式命令格式 命令符：操作码，用来定义命令的功能，告诉系统需要做什么；添加项：操作数，用来指定命令的操作对象、执行条件，告诉系统用什么去做。6.3 移动命令编程移动命令编程MOVJ VJ=50.00 PL=2 NWAIT UNITL IN#(16)=ON命令符添加项v 命令格式命令格式 命令符：操作码，用来定义命令的功能，告诉系统需要做什么；添加项：操作数，用来指定命令的操作对象、执行条件，告诉系统用什么去做。v 编程要点编程要点1 VJ：MOVJ定
15、位速度，以最大移动速度倍率的形式规定。定位速度，以最大移动速度倍率的形式规定。V：MOVL、MOVC、MOVS、IMOV命令移动速度，单命令移动速度，单位可选择位可选择mm/s、cm/min等。等。VR：MOVL、MOVC、MOVS、IMOV命令工具定向速命令工具定向速度，单位为度，单位为0.1/s。VE：MOVL、MOVC、MOVS、IMOV命令外部轴移动命令外部轴移动速度，以最大移动速度倍率的形式规定。速度，以最大移动速度倍率的形式规定。ACC：启动加速度，以最大加速度倍率的形式规定。：启动加速度，以最大加速度倍率的形式规定。DEC：停止加速度，指定方法及编程格式同：停止加速度，指定方法及
16、编程格式同ACC。v 编程要点编程要点2 PL：定义目标点的定位精度等级（：定义目标点的定位精度等级（Positioning Level）。）。v 编程要点编程要点3 NWAIT和和UNTIL：执行过程控制：执行过程控制。NWAIT：连续执行命令，机器人可在执行移动命令的同时执行后续的非移动命令。UNTIL：跳步控制。当后续的条件满足时，可立即结束当前命令、直接执行后续的命令。6.4 输入输入/输出命令编程输出命令编程v 命令格式命令格式 PULSE OT#(12)T=0.60命令符添加项 命令符：命令符：用来定义输入/输出功能。添加项：添加项：用来指定命令的控制对象或执行条件。编程要点编程要
17、点v DOUT/DIN命令命令DOUT：控制I/O单元的外部通用DO信号通断；DIN：可将指定的DI信号状态读入到变量B中。v PULSE命令命令在指定的DO上输出一个脉冲信号。添加项T：输出脉冲宽度；省略为默认值0.3s；添加项OGH、OG：在多个DO信号上成组输出相同脉冲。6.6 编程实例编程实例NOPMOVJ VJ=50.00 /定位到P0TOOLON /工具启动MOVL V=800.0 /直线移动到P1MOVL V=500.0 /直线移动到P2MOVL V=500.0 /直线移动到P3MOVL V=500.0 /直线移动到P4MOVL V=500.0 /直线移动到P5MOVL V=800.0 /直线移动到P6TOOLOF /工具停止END 第第7章章 工业机器人操作工业机器人操作 实践教学实践教学第第8章章 控制系统应用设定控制系统应用设定 实践教学实践教学
