工業機器人及其應用第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日1工業機器人的定義工業機器人(IndustrialRobot)是工業生產中使用的機器人。

1987年ISO對工業機器人進行的定義是：“工業機器人是一種具有自動操作和移動功能，能完成各種作業的可編程操作機”。

我國國家標準GB/112643-90將工業機器人定義為“是一種能自動定位控制、可重復編程的、多功能的、多自由度的操作機。能搬運材料、零件或操持工具，用以完成各種作業”。而將操作機定義為“具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體或進行其它操作的機械裝置”。第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日工業機器人與專用機械手的區別:工業機器人具有獨立的控制系統(大多應用計算機技術)，可以容易地通過再編程的方法實現動作程序的變化來適應不同的作業要求；機械手只能完成比較簡單的搬運、抓取及上下料工作，常常作為機器設備的附屬裝置，其程序是固定不變的。第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日2工業機器人的發展狀況

1954年美國Devol最早提出工業機器人的思想，并申請了專利，該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節，利用人手對機器人實行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現，這就是所謂的示教再現機器人。現有的機器人差不多都采用這種控制方法。

日本在機器人的研究、生產和應用方面都居世界首位，被譽為機器人王國。工業機器人的發展方向是向“智能”化發展，對外部環境和對象物體具有自適應能力。第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日3工業機器人的構成、運動與分類第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日電動機、液壓、氣動裝置1、構成第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日2、運動系統1）運動自由度所謂機器人的運動自由度是指確定一個機器人操作機位置時所需的獨立運動參數的數目，它是表示機器人動作靈活程度的參數。2）工作空間機器人所具有的自由度數目及類型決定工作空間的形狀；每個關節的運動范圍決定工作空間的尺寸大小。3）機械結構類型

直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標型、關節型、平面關節型。第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日3、分類按使用范圍分類機械手（程序固定）通用機器人（可編程序）按驅動方式分類液壓驅動式氣動式電力驅動式按控制方式分類點位控制工業機器人連續軌跡控制工業機器人按用途分類噴涂機器人焊接機器人裝配機器人第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日4工業機器人的控制1、工業機器人控制系統的功能（1）實現對位姿、速度和加速度的運動控制功能兩種控制方式點位控制方式連續軌跡控制方式

點位控制方式考慮到末端執行器在運動過程中只在某些規定的點上進行操作；因此只要求末端執行器在目標點處保證準確的位姿以滿足作業質量要求。

連續軌跡控制方式要求末端執行器嚴格按預定的軌跡和速度在一定精度要求內運動，以完成作業要求，這就必須保證機器人各關節連續、同步地實現相應的運動。第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日（2）機器人控制系統應具有存儲和示教功能機器人的動作是通過示教→存儲→再現的過程實現的。兩種示教方式間接示教方式直接示教方式（3）對外部環境的檢測和感覺功能

具有對有關信息進行檢測、識別、判斷、邏輯思維等功能。第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日2、工業機器人控制系統分類（1）非伺服型控制系統系統的控制程序是在進行作業之前預先編定，作業時程序控制器按程序根據存儲數據控制驅動單元帶動操作機運動。在控制過程中沒有反饋信號。采用步進電動機驅動。適用于作業相對固定、作業程序簡單、運動精度要求不高的場合。（2）伺服型控制系統其特點是系統中采用檢測傳感器連續測量關節位置、速度等關節參數，并反饋到驅動單元構成閉環伺服系統。第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日5工業機器人的計算機控制1、計算機控制系統的結構形式（1）集中控制用一臺功能較強的計算機實現全部控制功能。早期的機器人采用這種結構。（2）主從控制采用兩級計算機組成第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日

（3）分布式控制第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日2、工業機器人的伺服控制系統將給定值與反饋值進行比較，經誤差放大器放大得到相應的控制信號將控制信號放大，驅動伺服機構運動完成關節運動的控制和關節位置、速度的檢測第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日3、主控制計算機（1）控制機

主要完成從作業任務、運動指令到關節運動要求之間的全部運算，完成機器人與周邊設備之間的運動協調，對主控計算機硬件方面的主要要求是運動速度和精度、存儲容量及中斷處理能力。隨著計算機技術發展，采用的微處理器功能逐步增強，從8位的單片機，到16位的8086CPU，到32位的DSP或ARM等。（2）外部設備

除一般外部設備，如顯示器、控制鍵盤、軟(硬)盤驅動器、打印機外，還有示教控制盒。利用示教盒可實現對各關節的控制，將機器人末端執行器位置信息輸入內存。（3）控制軟件第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日6工業機器人的編程語言1、主要的編程方法（1）示教再現編程

主要缺點：無法離線編程，對作業任務經常變動的機器人或對完成同樣任務的多臺機器人，都要分別在線示教編程，耗費工作時間。

（2）語言編程

可離線編程，提高了機器人的使用率第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日2、編程語言的分類（1）面向運動的編程語言（2）面向任務的編程語言（3）面向目標的編程語言程序給出機器人操作機的動作序列和每個位置和姿態的關節坐標。描述機器人的任務（如用表達式來描述工件的位置和姿態，工件所承受的力和力矩等）。只描述作業初始狀態和要達到的作業目標狀態，編程系統利用已有的環境信息、知識庫和數據庫，自動地規劃出完成目標任務的各種操作程序。第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日7工業機器人的應用

目前工業機器人在制造加工中主要從事工件上下料、焊接、裝配、噴涂、檢驗、鑄造、鍛壓、熱處理、金屬切削加工等工作。1、弧焊機器人弧焊過程中，焊槍運動速度的穩定性和軌跡是兩項重要的指標。第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日弧焊機器人第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日2、點焊機器人1)安裝面積小，工件空間大；2)快速完成小節距的多點定位；3)定位精度高，以確保焊接質量；4)持重大(490-980N)，以便攜帶內裝變壓器的焊鉗；5)示教簡單