工业机器人技术及应用 兰虎 第2章

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章节目录
2.1 工业机器人的系统组成
2.1.1 操作机 2.1.2 控制器 2.1.3 示教器
2.2 工业机器人的技术指标
学习目标 导入案例 课堂认知 扩展与提高 本章小结
2.3 工业机器人的运动控制
2.3.1 机器人运动学问题 2.3.2 机器人的点位运动 … 2.3.3 机器人的位置控制
【 度以及较长的寿命，回差精度稳定，高精度机器人传动多采用 RV 减速器。
课
堂
针齿
认
知 】
2 级减速
1 级减速 行星轮
太阳轮
Z2
Z4
输出
Z3
Z1
输入
摆线轮
转臂
输出轴
针齿壳
RV 减速器原理图
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2.1 工业机器人的系统组成
所
处 控制器
位
置
———
机器人控制器是根据指令以及传感信息控制机器人完成一定动作或作
工业机器人分类及应用
现在一页，总共四十一页。
按机器人结构坐标系特点方式通分过类沿三个互相垂
直的轴线的移动来
1）直角坐标型机器人
实现机器人手部空
间位置的改变
2）圆柱坐标型机器人 3）极坐标型机器人 4）关节型机器人
通过两个移动和 一个转动实现位 置的改变
运动由一个直线运动和 两个转动组成
运动由前后的俯仰 及立柱的回转组成
置 统。分布式系统中常采用两级控制方式，由上位机和下位机组成。
维修方便，液 体对温度变化 敏感，油液泄 漏易着火
可高速，冲击较 严重，精确定位 维修简单，能 困难。气体压缩 在高温、粉尘 性大，阻尼效果 等恶劣环境中 差，低速不易控 使用，泄露无 制，不易与 CPU 连 影响 接

工业机器人技术及应用兰虎
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特

☞ 结论：不在同一体量。
4. 工业机器人 PK 机械手
PLC 机械手
机器人 控制系统
相同点 ✓ 作用相同，都是自动化制造的辅助设备； 定义类似：机器人=可编程的机械手。 ✓ 区别 控制
机械手：由CNC系统的PLC控制，无独立控制系统； IR：有独立的控制系统。 ✓ 作用 机械手：单功能、固定用途和动作； IR：可操作、可编程，多功能、多用途。 ✓ 驱动 机械手： PLC开关量控制，液压、气动系统为主； IR：轨迹插补控制，必须用伺服驱动系统。
✓ 包装类：分拣、包装（食品、药品行业），码垛等；
目的：保障安全卫生、提高自动化程度。
❖ 服务机器人（Service Robots） ： ✓ 服务于人类非生产性活动的机器人总称； ✓ 作业环境为未知，大多具备“行走”功能，产品技术要 求高，以第二、三代机器人居多； ✓ 市场广阔、潜力巨大，产品占机器人的95%以上。
执行器 回转变位器
本体
连杆
关节
直线变位器
• 电气部分 • 控制器 • 功能与数控系统相同； • 产生机器人运动轨迹控制脉冲； • 控制轴数较多（通常6轴）。 • 操作单元 • 机器人的操作面板；又称示教器； • 结构简单、采用手持式结构。 • 驱动器 • 将控制脉冲转换为电机转角； • 多采用交流伺服驱动系统。
✓ 形态 CNC机床：直线运动轴为主，回转、摆动为辅； IR机床：高精度轮廓加工，多为0.001mm级； IR：粗略轨迹运动，多为0.1mm级。
✓ 控制 CNC机床：一般5轴及以下，准确轮廓运动； IR：一般6轴及以上，粗略轨迹运动。
软件 CNC机床：笛卡尔坐标运动为主，相对简单； IR：多轴摆动空间合成运动，相当复杂。
摆动（Bend）：转动范围一般小于等于270° 。

中游机器人本体（机器人的“身体”）
和下游系统集成商（国内 95% 的企业都集中在这个环节上）三个层面。
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2.1 工业机器人的系统组成
所 处 位 置 ——— —
【 课 堂 认 知 】
第一代工业机器人主要由以下几部分组成： 操作机、控制器和示教器 。 对于第二代及第三代工业机器人还包括感知系统和分析决策系统，它们分别 由传感器及软件实现。
工业机器人技术及 应用第章幻灯片
课前回顾
所 处 位 置 ——— —
【 课 前 回 顾 】
ü 何为工业机器人？ ü工业机器人具有几个显著特点，分别是什么？ ü工业机器人的常见分类有哪些，简述其行业应用。
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学习目标
所 处 位 置 ——— —
【 学 习 目 标 】
Ø 熟悉工业机器人的常见技 术指标
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2.1 工业机器人的系统组成
2.1.1 操作机
所
处 位
(3) 传动单元
置 ———
1) 谐波减速器
—
通常由 3 个基本构件组成，包括一个有内齿的刚轮，一个工作时可产生径向弹性
】
2) 腰部 腰部是机器人手臂的支承部分 。
3) 手臂 手臂是连接机身和手腕的部分，是执行结构中的主要运动部件，亦 称主轴， 主要用于改变手腕和末端执行器的空间位置。
4) 手腕 手腕是连接末端执行器和手臂的部分，亦称次轴，主要用于改变末端 执行器的空间姿态。
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2.1 工业机器人的系统组成
示教器
是机器人的人机交互接口，操作者 可通过它对机器人进行编程或手动 操纵机器人移动。
操作机

工业机器人技术与应用
工业机器人关键技术
工业机器人关键技术
▪ 机器人机械设计
1.机构设计：工业机器人的机械结构需要满足高精度、高速度、高负载的要求，同 时考虑稳定性和耐用性。 2.材料选择：选择适合机器人运动性能和使用环境的材料，如高强度钢、铝合金、 碳纤维等。 3.制造工艺：采用先进的制造工艺，如数控加工、3D打印等，提高生产效率和制造 精度。
工业机器人技术与应用
工业机器人未来发展趋势
工业机器人未来发展趋势
技术发展与融合
1.机器人技术将与人工智能、物联网、大数据等前沿技术进一步融合，提升机器人的智能化和自主 化水平。 2.随着技术的不断发展，工业机器人的性能将得到进一步提升，包括更高的精度、更快的速度和更 大的负载能力等。 3.新技术的引入将为工业机器人带来新的应用场景，例如在非结构化环境中的应用。
工业机器人关键技术
▪ 机器人协同作业技术
1.协同规划：开发协同作业规划算法，实现多台机器人协同完成复杂任务的功能。 2.通信协议：制定统一的通信协议，确保机器人之间信息传输的准确性和稳定性。 3.安全保障：采取安全措施，防止机器人在协同作业过程中发生碰撞和事故。
▪ 机器人智能化技术
1.人工智能技术：利用人工智能技术，实现机器人自主决策、学习和适应环境的能 力。 2.大数据分析：对机器人产生的海量数据进行深入分析，提取有用信息，优化机器 人性能。 3.云平台技术：采用云平台技术，实现机器人远程监控、数据共享和智能维护等功 能。
▪ 工业机器人技术的发展阶段
1.20世纪70年代，随着微电子技术和计算机技术的飞速发展， 工业机器人进入了实用阶段。 2.这一时期的机器人主要采用示教再现方式，能够按照预设的 程序进行工作。

E— USB 端口 F—三位使动装置 G—触摸笔 H—重置按钮
背面
第二部分 示教器的按键及主菜单介绍
示教器按键及菜单
A - D—预设按键，1 - 4。 E—选择机械单元。 F.—切换运动模式，重定向或线性。 G—切换运动模式，轴 1-3 或轴 4-6。 H—.切换增量。 J—Step BACKWARD（步退）按钮。 按下此按钮，可使程序后退至上一条 指令。
操作工业机器人，就必须和机器人示教器进行打交道，这一节主要了解机器人示教器的 操作。示教器是进行机器人的手动操纵、程序编写、参数配置以及监控的手持装置，也 是最常打交道的机器人控制装置
A—连接器 B—触摸屏 C—紧急停止按钮 D—控制杆
正面
工业机器人示教器
操作工业机器人，就必须和机器人示教器进行打交道，这一节主要了解机器人示教器的 操作。示教器是进行机器人的手动操纵、程序编写、参数配置以及监控的手持装置，也 是最常打交道的机器人控制装置
工业机器人技术基础及应用
Industrial Robot Field Programming
课程概览
项目二 工业机器人操作基础
工业机器人使用安全规范与硬件连接 工业机器人示教器的使用 工业机器人手动操作 工业机器人坐标系 工业机器人系统恢复和备份 工业机器人转数计数器更新
第一部分 示教器的使用
工业机器人示教器
ABB 菜单中主要选项 输入输出功能介绍
ABB 菜单中主要选项 手动操作功能介绍

ABB 菜单中主要选项 自动生产窗口功能介绍
ABB 菜单中主要选项 程序编辑器功能介绍
ABB 菜单中主要选项 程序数据功能介绍
ABB 菜单中主要选项 备份与恢复功能介绍
ABB 菜单中主要选项 校准功能介绍

MESSI
2.5.2 驱动方式 MESSI
后冷却器：安装在空气压缩机出口处的管道上，它的作用是使压缩 空气降温。因为一般工作压力为8kgf/cm2的空气压缩机排气温度高达 140~170℃，压缩空气中所含的水和油（气缸润滑油混入压缩空气）均 为气态。经后冷却器降温至40~50℃后，水汽和油汽凝聚成水滴和油滴， 再经油水分离器析出。
MESSI
2.5.2 驱动方式
MESSI
3）压缩空气的工作压力较低，因此对气动元件的材质和 制造精度要求可以降低。一般说来，往复运动推力在2t （19620N）以下时，用气动经济性较好。
4）与液压传动相比，它的动作和反应较快，这是气动的 突出优点之一。
5）空气介质清洁，亦不会变质，管路不易堵塞。 6）可安全地应用在易燃、易爆和粉尘大的场合，便于实 现过载自动保护。
机械手一般小于30kg。
2）滞后现象小，反应较灵敏，传动平稳。与空气相比，油液的压缩
性极小，故传动的滞后现象小，传动平稳。气动传动碎易得到较大速度
（1m/s以上），但空气黏性比较低，传动冲击较大，不利于精确定位。
MESSI
2.5.2 驱动方式
MESSI
3）输出力和运动速度控制较容易。输出力和运动速度在一定 的液压缸结构尺寸下，主要取决于传动液的压力和流量，通过调节 相应的压力和流量控制阀，能比较方便地控制输出功率。
能差，惯性大，适用于中型或重型机器人。伺服电动机和步进电动机输
出力矩相对小，控制性能好，可实现速度和位置的精确控制，适用于中
小型机器人。交、直流伺服电动机异步用于闭环控制系统，而步进电动
机主要用于开环控制系统，一般用于速度和位置精度要求不高的场合。
MESSI
电动驱动系统