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1、工業(yè)機器人認(rèn)識 隨著工業(yè)4.0概念的提出，以智能工廠智慧制造為主題的第四次工業(yè)革命已經(jīng)悄然來臨，工業(yè)4.0是德國政府提出的一個高科技戰(zhàn)略計劃。工業(yè)4.0概念包含了由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。工 業(yè) 4.0 工業(yè)機器人作為自動化技術(shù)的集大成者，是工業(yè)4.0的重要組成單元，當(dāng)前，機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對工業(yè)機器人編程與操作的技能型人才的需求越來越緊迫，按照工業(yè)和信息化部關(guān)于工業(yè)機器人的發(fā)展規(guī)劃，到2020年，國內(nèi)工業(yè)機器人裝機量將達100萬臺，需要至少20萬與工業(yè)機器人應(yīng)用相關(guān)的從業(yè)人員，并且以每年20%到30%的速度持續(xù)
2、遞增，當(dāng)前開展工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)是亟需解決的重要問題。工 業(yè) 4.0 1. 1920年捷克作家卡雷爾卡佩克，科幻劇羅薩姆的萬能機器人，劇中第一次出現(xiàn)ROBOT（農(nóng)奴，苦力），后來翻譯成“機器人”。 2. 機器人的定義：包括國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，美國機器人協(xié)會，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局，中國。 總結(jié)各種說法，機器人具有以下特性： 1）一種機械電子裝置； 2）動作具有類似于人或其他生物體的功能； 3）可通過編程執(zhí)行多種工作，有一定的通用性和靈活性； 4）有一定程度的智能，能夠自主地完成一些操作。 3. 1940年，一位科幻作家首次使用ROBOTS（機器人學(xué)），并提出了“機器人學(xué)三原則”，這三個原則如下：
3、1）機器人不得傷害人或由于故障而使人遭受不幸； 2）機器人應(yīng)執(zhí)行人們下達的命令，除非這些命令與第一原則相矛盾； 3）機器人應(yīng)能保護自己的生存，只要這種保護行為不與第一或第二原則相矛盾。機器人界將這三個原則作為開發(fā)機器人的準(zhǔn)則。 發(fā)展機器人的三個理由： 1）機器人可以干人不愿意干的工作，它把人從有毒的、有害的、高溫的或危險的環(huán)境中解放出來。 2）機器人可以干人干不好的工作。 3）機器人可以干人干不了的工作。 1. 在第二次世界大戰(zhàn)中，武器專家發(fā)明了武器瞄準(zhǔn)用得伺服系統(tǒng)，由此為機器人的制造提供了技術(shù)。 2. 1954年，世界上第一臺機器人誕生于美國，一臺試驗樣機。 3. 1958年，Unimati
4、on公司的Unimate機器人，真正意義上的第一臺機器人。 4. 1962年，美國機械與制造公司，“沃爾薩特蘭”（Versatran）工業(yè)機器人， 它和Unimate機器人至今仍在使用。 5. 1967年日本從美國引進“沃爾薩特蘭”（Versatran）工業(yè)機器人。 6. 1968年日本從美國引進Unimate機器人。20世紀(jì)70年代日本機器人技術(shù)迅速發(fā)展，并超越美國成為當(dāng)今世界第一的“機器人王國”。 7. 機器人的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段： 1）第一代機器人示教再現(xiàn)型機器人 2）第二代機器人“帶感覺”的機器人 3）第三代機器人智能型機器人 1. 70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期，90年代的實用化
5、期。 2. 1972年開始研制，1986年“七五”機器人攻關(guān)計劃，1987年“863”高技術(shù)計劃。 1.1 工業(yè)機器人 1.2 工業(yè)機器人的類型 1.3 工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu) 1.4 工業(yè)機器人的運動控制系統(tǒng) 工業(yè)機器人是一種由程序預(yù)先確定其運動方式的機電一體化機械裝置。到目前為止，工業(yè)機器人是最成熟的一類機器人。至04年底全球的工業(yè)機器人數(shù)量為8480001120000套，日本幾乎占一半，而我國的機器人僅僅占全球數(shù)量的0.6%。工業(yè)機器人目前已經(jīng)應(yīng)用在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成型、機械加工、簡單裝配以及核工業(yè)等領(lǐng)域。 目前，國際上的工業(yè)機器人主要分為日系和歐系。日系中主要有安
6、川、OTC。松下、FUNAC、不二越及川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS，瑞士的ABB，意大利的COMAU及奧地利的IGM等公司的產(chǎn)品。 工 業(yè) 機 器 人（ ABB） 工業(yè)機器人（KUKA ） 工 業(yè) 機 器 人（ FANUC） 焊 接 機 器 人（ MOTOMAN） 焊 接 機 器人 （ 川 崎 ） 不 二 越 機 器 人（ 那 智 ） 工 業(yè) 機 器 人 的 本 體 結(jié) 構(gòu) 是 一 只 類 似 于 人 體 上肢 功 能 的 關(guān) 節(jié) 型 機 械 手 ， 其 系 統(tǒng) 構(gòu) 成 簡 單 表述 如 圖 所 示 。 工業(yè)機器人系統(tǒng)具體來說由三大部分六個子系統(tǒng)組成。 1驅(qū)動系統(tǒng)
7、要使機器人運行起來，就需給各個關(guān)節(jié)即每個運動自由度安置傳動裝置，這就是驅(qū)動系統(tǒng)。 2機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 3感受系統(tǒng) 它由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。 4機器人一環(huán)境交互系統(tǒng) 工業(yè)機器人環(huán)境交互系統(tǒng)是實現(xiàn)工業(yè)機器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。 5人一機交互系統(tǒng) 人一機交互系統(tǒng)是使操作人員參與機器人控制與機器人進行聯(lián)系的裝置。 6控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來的信號支配機器人的執(zhí)行機構(gòu)去完成規(guī)定的運動和功能。 1. 示教再現(xiàn)控制通過示教器把作業(yè)內(nèi)容變制成程序，輸入到記憶裝置中。給出啟動命令后，系統(tǒng)從存儲單元中
8、讀出信息并送到控制裝置，控制裝置發(fā)出控制信號，由驅(qū)動機構(gòu)控制機械手在一定精度范圍內(nèi)按照存儲單元中的內(nèi)容完成各種動作。 2. 位置控制 1）點位控制點位控制方式只控制機器人運動的起點和終點位置，而不關(guān)心這兩點之間的運動軌跡。 如：定位焊、上下料、搬運 2）連續(xù)路徑控制連續(xù)路徑控制方式不僅要求機器人以一定的精度達到目標(biāo)點，而且對移動軌跡也有一定精度要求。 如：噴漆、弧焊 1自由度 自由度是指描述物體運動所需要的獨立坐標(biāo)數(shù)。 2重復(fù)定位精度工業(yè)機器人的運動精度主要包括定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度是指工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器的實際到達位置與目標(biāo)位置之間的偏差。重復(fù)定位精度(又稱為重復(fù)精度)是指在同一
9、環(huán)境、同一條件、同一目標(biāo)動作及同一條指令下，工業(yè)機器人連續(xù)運動若干次重復(fù)定位至同一目標(biāo)位置的能力。 3工作范圍機器人的工作范圍是指機器人手臂末端或手腕中心運動時所能到達的所有點的集合。 4最大工作速度最大工作速度，有的廠家指工業(yè)機器人主要自由度上最大的穩(wěn)定速度，有的廠家指手臂末端最大的合成速度，通常都在技術(shù)參數(shù)中加以說明。 5承載能力工業(yè)機器人的承載能力又稱為有效負(fù)載，它是指機器人在工作時臂端可能搬運的物體質(zhì)量或所能承受的力。 五種基本坐標(biāo)式機器人 1. 搬運機器人 目 前 的 工 業(yè) 機 器 人 多 為 6軸 關(guān) 節(jié) 型 機 器 人 。6軸 關(guān) 節(jié) 型 機 器 人 有三 個 “ 關(guān) 節(jié) ”
10、：“ 肩 關(guān) 節(jié) ” 、 “ 肘關(guān) 節(jié) ” 、 “ 腕 關(guān)節(jié) ” 。 而 6軸 是 指 ：轉(zhuǎn) 腰 軸 、 擺 臂 （ 肩 ）軸 、 擺 肘 軸 、 轉(zhuǎn) 腕軸 、 擺 腕 軸 和 轉(zhuǎn) 手軸 6軸 關(guān) 節(jié) 型 工 業(yè) 機器 人 的 動 作 定 義 6軸關(guān)節(jié)型機器人 1.焊 接 機器 人 運 動軸 的 定 義 1-S2-L3-U 4-R 5-B6-T 1.4.1 工 業(yè) 機 器人 的 運 動軸 的 構(gòu) 成 腰臂肘腕 2.工 業(yè) 機 器 人 的 運 動 軸 參 數(shù) 6關(guān) 節(jié) 型 工 業(yè) 機 器 人 的 關(guān) 節(jié) 運 動 參 數(shù)關(guān) 節(jié) 運 動 參 數(shù) 范 圍S軸 （ 腰 ） 360L軸 （ 臂 ） +70
11、 , -90U軸 （ 肘 ） +45 ,-125R軸 （ 腕 橫 擺 ） 360B軸 （ 腕 俯 仰 ） 120T軸 （ 腕 回 轉(zhuǎn) ） 360 1. 對 焊 接 機 器 人 運 動 控 制 系 統(tǒng) 的 一 般 要 求 1） 記 憶 功 能 2） 示 教 功 能 3） 與 外 圍 設(shè) 備 聯(lián) 系 功 能 4） 坐 標(biāo) 設(shè) 置 功 能 5） 人 機 接 口 6） 傳 感 器 接 口 7） 位 置 伺 服 功 能 8） 故 障 診 斷 安 全 保 護 功 能 （ 1） 控 制 計 算 機 （ 2） 示 教 盒 （ 3） 操 作 面 板 （ 4） 硬 盤 和 軟 盤 存 儲 器 （ 5） 數(shù) 字 和
12、 模 擬 量 輸 入 輸 出 （ 6） 打 印 機 接 口 （ 7） 傳 感 器 接 口 （ 8） 軸 控 制 器 （ 9） 輔 助 控 制 設(shè) 備 （ 10） 通 信 接 口 （ 11） 網(wǎng) 絡(luò) 接 口 機 器 人 運 動 控 制 系 統(tǒng) 軟 件 的 特 點 1） 機 器 人 工 作 任 務(wù) 是 要 求 機 器 人 的 末端 執(zhí) 行 器 （ 例 如 焊 接 機 器 人 的 焊 鉗 或 焊槍 ） 進 行 空 間 點 位 運 動 或 軌 跡 運 動 。 2） 機 器 人 的 控 制 中 經(jīng) 常 使 用 復(fù) 雜 控 制技 術(shù) 3） 用 人 工 智 能 的 方 法 進 行 控 制 、 決 策 、管 理 和 操 作 1. 示 教 盒 示 教 方 式 2. 引 導(dǎo) 示 教 方 式 3. 機 器 人 編 程 語 言 與 離 線 編 程 技 術(shù) 1） 使 機 器 人 的 運 動 編 程 成 為“ 可 視 ” 的 過 程 2） 可 離 線 編 程
工業(yè)機器人認(rèn)識
