《工业机械手》PPT课件

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四、传感部分 2. 机器人-环境交互系统
• 机器人-环境交互系统实现工业机器人与外部环境中 的设备相互联系和协调的系统。
• 工业机器人与外部设备集成为一个功能单元, 如加工制造 单元、多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储装 置等集成为一个去执行 复杂任务的功能单元。
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用途
机器人的精确控制
检测的信息
位置、角度、速度、加速度、姿 态、方向等
内部传感器
所用传感器
微动开关、光电开关、差动变压 器、编码器、电位计、旋转变压 器、测速发电机、加速度计、陀 螺、倾角传感器、力（或力矩） 传感器
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用途
了解在工件、环境或机器人在环境中的状态、 对工件的灵活、有效的操作
• 伺服控制器控制各个关节的驱动器。
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四、传感部分 1. 感受系统
• 感受系统包括内部检测系统与外部检测系统两部分。
• 内部检测系统的作用就是通过各种检测器，检测执行机构的运动境况，根 据需要反馈给控制系统，与设定值进行比较后对执行机构进行调整以保证 其动作符合设计要求。
• 外部检测系统检测机器人所处环境、外部 物体状态或机器人与外部物体的关系。
工业机器人的组成
Hale Waihona Puke 主要内容• 系统组成 • 机械部分 • 控制部分 • 传感部分
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一、系统组成
• 工业机器人由国际标准化组织正式定义为“自动控制的可重复编程的多功 能机械手”。
• 根据系统结构特点，工业机器人由三大部分6个子系统组成。

分类
根据应用领域和功能，工业机器 人可分为关节式、多关节式、平 面式和并联式等多种类型。
发展历程与趋势
发展历程
工业机器人经历了从简单机械手到复 杂智能机器人的发展过程，技术不断 进步。
发展趋势
随着人工智能、物联网等技术的不断 发展，工业机器人将更加智能化、自 主化和互联化。
应用领域与优势
应用领域
安全防护与法律法规问题探讨
安全防护技术
加强工业机器人的安全防护技术，防止意外事故的发生，保障操 作人员和设备的安全。
法律法规制定
完善相关法律法规，明确工业机器人的生产、使用、管理等各方面 的规定和要求，保障行业的健康发展。
政策监管
加强对工业机器人行业的监管力度，确保企业合规生产、使用和管 理工业机器人，防止不法行为的发生。
运动学
运动学是研究物体运动规律的学科。在工业机器人中，运动 学主要研究机器人末端执行器的位置和姿态随时间的变化规 律。
控制系统与算法
控制系统
工业机器人的控制系统负责接收来自外部的输入信号，并根据预设的算法和程序 ，控制机器人的运动。控制系统通常包括硬件和软件两部分。
算法
算法是控制机器人运动的核心。常用的算法包括路径规划、轨迹生成、碰撞检测 等。这些算法能够确保机器人在执行任务时具有高效、准确和稳定的特点。
2023-12-22工业机 Nhomakorabea人汇报人：可编辑
目 录
• 工业机器人概述 • 工业机器人技术原理 • 工业机器人应用案例 • 工业机器人技术挑战与解决方案 • 未来发展趋势预测与展望
01
工业机器人概述
定义与分类
定义
工业机器人是一种自动化设备， 能够在工业环境中执行各种任务 ，如搬运、装配、焊接等。

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机械手的组成
•
机械手的基本结构由感知部分、控制部分、主机部分 和执行部分四个方面组成。采集感知信号及控制信号均由 气动缸驱动。主机部分采用了标准型材辅以模块化的装配 形式，使得气动机械手能拓展成系列化、标准化的产品。 人们根据应用工况的要求，选择相应功能和参数的模块， 像积木一样随意的组合，这是一种先进的设计思想，代表 气动技术今后的发展方向，也将始终贯穿着机械手的发展 及实用性模块化拼装的气动机械手比组合导向装置更具有 灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系 统装置，使机械手运动自如。由于采用了模块化拼装结构， 可组成立柱型气动机械手、门架型气动机械手及滑块型气 动机械手，及其它各种类型的机械手。这些模块化机械手 组装方便，动作灵活，具有较高的定位精度，但工作空间 比较小，主要应用于一般的送料自动线上。气动机械手具 有三个自由度，即水平(Z)方向自由度、垂直(Y)方向自由 度和旋转自由度，并可以采用多种灵活的控制方案。
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机械手流程图
• 根据分析可得出机械手的工作流程图， 如下图所示。
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实现要求功能需要如下条件（1）
•
•
(1)底座与横梁之间需要旋转盘，旋转盘的驱动由电机 来完成，普通电机转速较高，需要考虑安装减速机，在这 种频繁启动制动的场合下，选用低速电机会更方便。 • (2)横梁在普通情况下，长度是固定的，如果工作台不 进行调整，横梁长度可永远不变。课题任务也未作横梁要 求，但在实际应用中，可能出现工作台距离调整的情况， 为增加机械手的通用性，本设计中在横梁上安装了执行气 缸，可使用手动按钮调整横梁长度。 • (3)竖直方向上是频繁上下工作的机构，可选用电机传 动的齿轮齿条啮合机构，也可选用执行气缸，后者是新技 术更经济、环保、噪音低，也更符合课题要求。

一、机器人控制系统的特点
(3)具有较高的重复定位精度，系统刚性好。除直角坐标机器 人外，机器人关节上的位置检测元件不能安装在末端执行器上，而 应安装在各自的驱动轴上，构成位置半闭环系统。但机器人的重复 定位精度较高，一般为±0.1 mm。此外，由于机器人运行时要求 运动平稳，不受外力干扰，为此系统应具有较好的刚性。
(5-20)
随此着外实 ，际还工要作考情虑的况各作的关不节业同之，间信可惯息以性采力存用、各哥储种氏在不力同等内的的控耦存制合中方作式用，。和重在力执负载行的影任响务，因时此，，系依统中靠还经工常业采用机一些器控人制策的略，动如重力补偿、
前馈、解耦或自适应控制等。
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图5-1 机器人控制系统的分类
二、机器人控制系统的组成
图5-2 机器人控制系统组成框图
二、机器人控制系统的组成
(1)控制计算机。控制计算机是控制系统的调度指挥机 构，一般为微型机，微处理器分为32位、64位等，如奔腾 系列CPU等。
(2)示教编程器。示教机器人的工作轨迹、参数设定和 所有人机交互操作拥有自己独立的CPU及存储单元，与主 计算机之间以串行通信方式实现信息交互。
因而受限运动的控制一般称为力控制。
四现、场机 总器线人应智用能于求力生控控产制现制方场法，系在统微机具化测有量良控制好设备的之人间实机现双界向面多结，点数尽字量通信降，从低而对形成操了新作型者的网的络集要成求式全。分布因控制系统—— 现位场置总 控线制控部制分系的此统输，出(fieΔl多dqb1u和数s速co度情nt控ro况制l s部y要s分tem的求，输F控出CΔS制q)。2相器加，的其设和作计为机人器员人的不关节仅控要制增完量Δ成q，底用于层控伺制机服器人控的制运动器。

示教输入
编程输入
穿孔带输入 穿孔卡输入 磁带输入
键盘输入
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三、工业机器人智能传感器
CHENLI 2021/3/7
1．接近觉传感器
接近觉传感器能使机器人手爪感知与物体的接 近程度，当近到一定距离时能使高速搜索物体的手 爪向控制系统发出减速信号，以减少手爪和物体的 冲击。
接近觉传感器有光学、超声波和电磁等几种， 一般装在手爪上。
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焊接机器人
一、焊接机器人系统的组成 焊接机器人系统一般由以下几个部分组
成：机器人操作机、变位机、控制器、焊 接系统、焊接传感器、中央控制计算机和 相应的安全设备等。
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机器人操作机是焊接机器人系统的执行机构 变位机作为机器人焊接生产线及运动形式
① 直角坐标式 ② 圆柱坐标式 ③ 球坐标式 ④ 多关节式
CHENLI 2021/3/7
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3．机器人运动功能
CHENLI 2021/3/7
① 点位控制型：用于搬运和装卸物件，点焊及具 有固定位置零件的装配工作。
② 连续轨迹控制型：主要用于电弧焊和喷涂等. 4．机器人程序输入方式
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一汽“红旗”轿车机器人焊接线
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搬运、码垛机器人
自动搬运工作站由搬运机器人和周边设备组成。 搬运机器人可用于搬运重达几公斤至1 t以上的
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工业机器人
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CHENLI 2021/3/7
到目前为止，工业机器人是最成熟、应用最 广泛的一类机器人，全世界目前已经销售110万台， 这是1999年的统计，已经进行使用的是75万台。 日本在工业机器人领域的发展是首位的，成为机 器人的王国； 美国发展得也很迅速，目前在新安装的台数方面 已经超过了日本； 中国刚开始进入产业化的阶段，已经研制出多种 工业机器人样机，已有小批量在生产中使用。

基坐标系 基坐标系是一个固定定义的直角坐标系，位于位于机器人基座。它是最 便 于机器人从一个位置移动到另一个位置的坐标系。
世界坐标系 世界坐标系是固定定义的直角坐标系，默认世界坐标系与基坐标系重合。 世界坐标系可定义机器人单元，所有其他的坐标系均与世界坐标系直接 或 间接相 关。它适用于微动控制、一般移动以及处理具有若干机器人或外 轴 移动机器人的工作站 和工作单元。
图4-17 工具坐标系及各轴的运动
主运动轴 腕运动轴
表4-4 工具坐标系下机器人的运动方式
轴
运动方式
六轴联动
沿 X 轴方向运动 沿 Y 轴方向运动
沿 Z 轴方向运动
末端点位置不变， 机器人分别绕 X 、Y、Z 轴转 动
5. 用户坐标系 用户坐标系是用户根据工作的需要，自行定义的坐标系，用户可根据需要 定义多个坐 标系，如图 4-19所示。用户自定义可以方便的量测工作区间中 各点的位置并加以任务安 排，且更符合人的直观。在用户坐标系下，机器 人末端轨迹沿用户自己定义的坐标轴方 向运动，其运动方式见表 4-5。
2、控制分辨率
是指位置反馈回路能 检测到的最小位移量。
当编程分辨率与控制分辨率相等时， 系统性能达到最高。
2.2.5 工业机器人的精度
机器人的精度主要体现在定位精 度和重复定位精度两个方面。
定位精度
指机器人末端操作器的实际位置 与目标位置之间的偏差，由机械误差、 控制算法误差与系统分辨率等部分组 成。
2．机器人自由度的选择
（1）一般自由度的选择
机器人的自由度是根据机器人的用途来设计的，人们希望机器人能以准确 的方位把它的末端执行部件或与它连接的工具移动到指定点。如果机器人的用 途是未知的，那么它应当具有6个自由度；机器人自由度数目越多，动作越灵 活，通用性越强，但是结构则更复杂，刚性也差；如果工具本身具有某种特别 结构，那么就可能不需要6个自由度。

机械手 机器人走迷宫
机器人举例（视频）
机器爬虫
机器恐龙
工业机器人应用
第一节 工业机器人概述
一、工业机器人的含义 二、工业机器人的组成 三、工业机器人的特点 四、工业机器人的分类 五、工业机器人发展简况及趋向
一、工业机器人的含义
工业机器人是能模仿人体某些器官的功能( 主要是动作功能)、有独立的控制系统、可以改 变工作程序和编程的多用途自动操作装置。 工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调 、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣 环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处 理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和 简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门 中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。
按照結构坐標系來分，可以分為 ：直角坐標型 、圓柱坐標型、球坐標型、全關節型。
二、焊接机器人的优點
穩定和提高焊接質量，保証其均勻性。 提高勞動生產率，一天可24小時連續生產。 改善工人勞動條件，可在有害環境下工作。 降低對工人操作技術的要求。 縮短產品改型換代的准備周期，減少相應的設
、大型结构件等喷漆生产线，以保证产
品的加工质量、提高生产效率、减轻操
作人员劳动强度。
二、特点
喷涂机器人在使用环境和动作要求上有 如下的特点:
① 工作环境包含易爆的喷涂剂蒸气; ② 沿轨迹高速运动，途经各点均为作
业点; ③ 多数和被喷涂件都搭载在传送带上
，边移动边喷涂，所以它需要一些特殊 性能。
2、机械本体
（1）机械本体的作用 机械本体用来支承手部、腕部和臂部，驱动装置及
其他装置也固定在机械本体上。 （2）行走机构
对用可以行走的工业机器人，它的机械本体是可以 移动的；否则，机械本体直接固定在基座上。行走机 构用来移动工业机器人。有的行走机构是模仿人的双 腿，有的只不过是轨道和车轮机构而已。 （3）驱动系统

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指令Jump3，Go，Move
Jump3 Here :Z(100), P0 :Z(100), P0 Jump3 Here -TLZ(100), P0 -TLZ(100), P0 Jump3 Here +Z(100), P0 +Z(100), P0
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Go p0 Move p0
Go XY(x0,y0,z,u,v,w)/R /A /NF /J6F0 /J4F0 /0 如果点位是自定义的，例如由视觉像素坐标转换而来，则需要指定
U = 0, V = 0, W = 180
旋转U轴一些角度（一般180度）
U = 0, V = 0, W = 180。旋转W一些角度，同时保持U和 V=0。
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tool0坐标系是固定在第6关节法兰中心的所以机器人姿势变化时tool0坐标系也相应的移动如图点数据是由机器人坐标系为基准的工具坐标系中心位置及姿势所表示的即位置用位置数据xyz姿势用姿势数据uvw指定p100xyxyzuvwu
EPSON 6轴机械手培训
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6轴机器人坐标系
1.机器人基本坐标系：以J1 法兰中心为原点， XYZ正方向如下图（右手 定则）；
各个姿势的标志。一般可以先手动到目标点位置记录下各个标志,然后再 加到后面。
AutoLJM(Jump3,Go,Move,Arc)最小的动作关节移动量 Go P0 LJM
AvoidSingularity(Move，Arc)自动回避特别姿势功能 AvoidSingula步骤
2.工具0坐标系：以J6法兰 中心为原点， XYZ正方向如下图，（右 手定则）。
机器人坐标系一般是固定不变的 Tool 0坐标系是固定在第6关节法兰中心的,所以机

背景
• 由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高， 对工作效率的提高迫在眉睫。因此，必须利用先进设备生 产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。 其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高 了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重 复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。 在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于 零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化 数控机床、组合机床上使用更为普遍，但目前我国的工业 机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离， 应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响 到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术 上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具 有重要意义。
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定义：机械手是模仿着人 手的部分动作，按给定程 序、轨迹和要求实现自动 抓取、搬运或操作的自动 机械装置。在工业生产中 应用的机械手被称为工业 机械手。
发展趋势
• 目前，国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点， 其研究的现状和大体趋势如下： • 一．机械结构向模块化、可重构化发展。 • 二．工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向 发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，结构小巧， 且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性， 而且维修方便。 • 三．机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、 速度、加速度等传感器外，还引进了视觉、听觉、接触觉 传感器，使其向智能化方向发展。 • 四．关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标 准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机械 手开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研 究，控制系统开发；
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机械手控制要求

日本、俄罗斯、西欧等，大都是从1967、1968年开始以美国的 Unimate和Versation型机器人为蓝本开始进行研制。其中日本是 工业机器人发展最快、应用最多的国家。
20世纪80年代以来，国际机器人以平均25%~30%的年增长率发 展。这是由于工业自动化正向着“柔性生产”方向发展，以适 应多品种、中小批量生产或混流生产的需要。到2002年，全世 界服役的机器人大约有100万台。
腰部：腰部是连接臂部和基座的部件，通常是回转部件。由于它的 回转，再加上臂部的运动，就能使腕部作空间运动。
机座：机座是整个机器人的支持部分，有固定式和移动式两类。
5.2.2 驱动系统
工业机器人的驱动系统是向执行系统各部件提供动力的装置， 包括驱动器和传动机构两部分，它们通常与执行机构联成一 体。驱动器通常有电动、液压、气动装置以及把它们结合起 来应用的综合系统。常用的传动机构有谐波传动、螺旋传动、 链传动、带传动以及各种齿轮传动等机构。
1986年我国开展了“七五”机器人攻关计划。
1987年我国“863”高技术计划将机器人方面的研究开发列 入其中。
从90年代初期起，我国的工业机器人又在实践中迈进一大 步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、 包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人 应用工程，形成了一批机器人产业化基地。
工业机器人ppt课件
第5章 工业机器人
5.1 工业机器人的发展历史 5.2 工业机器人的基本组成 5.3 工业机器人的典型结构 5.4 工业机器人的种类及应用
5.1 工业机器人的发展历史
5.1.1 工业机器人发展概况
通常所说的工业机器人一般指用于工业制造环境中，模拟人 的手臂的部分动作，按照预定的程序、轨迹及其它要求，实 现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置。