第八章工業機器人概論李鑫合肥工業大學電氣與自動化工程學院第八章工業機器人概論8.1工業機器人定義8.2工業機器人分類8.3工業機器人的主要技術參數8.4工業機器人實例8.5工業機器人的歷史及發展趨勢總結2024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut28.1工業機器人定義2024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut3國際標準化組織（ISO）對工業機器人的定義：工業機器人是一種能自動控制、可重復編程、多功能、多自由度的操作機，能搬運材料、工件或操持工具來完成各種作業。美國機器人協會（RIA）對機器人的定義：一種用于移動各種材料、零件、工具或專用裝置的，通過程序動作來執行各種任務，并具有編程能力的多功能操作機。日本機器人協會（JIRA）對工業機器人的定義：一種裝備有記憶裝置和末端執行裝置的，能夠完成各種移動來代替人類勞動的通用機器。美國國家標準局（NBS）的定義：機器人是“一種能夠進行編程并在自動控制下執行某些操作和移動作業任務的機械裝置”。英國簡明牛津字典的定義：機器人是“貌似人的自動機，具有智力的和順從于人但不具有人格的機器”。我國對機器人的定義：一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或者生物相似的智能，如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。8.2工業機器人的分類2024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut48.2.1按機器人的結構坐標系特點分類52024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut直角坐標機器人圓柱坐標機器人多關節型機器人8.2.2按機器人的控制方式分類62024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut非伺服機器人功能示意圖伺服控制機器人功能示意圖8.2.3按機器人的組成結構分類72024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut并聯機器人串聯機器人8.2.4按機器人的應用分類82024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut工業機器人分類焊接機器人搬運機器人碼垛機器人裝配機器人8.3.1自由度92024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut

自由度是機器人的一個重要技術指標，它是由機器人的結構決定的，并直接影響到機器人的機動性。自由度是指物體能夠對坐標系進行的獨立運動的數目，末端執行器的動作不包括在內。自由度主要有三種類型：剛體自由度，機器人的自由度和機器人的機動度。剛體自由度是指剛體能夠對坐標系進行獨立運動的數目稱為自由度。機器人的自由度是指其末端相對于參考坐標系能夠獨立運動的數目。機器人的機動度是指機器人各關節所具有的能自由運動的數目。機器人自由度越多就越接近人手的動作機能，但結構會變得復雜。工業機器人一般多為4-6個自由度。8.3.2工作空間102024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut機器人工作空間是指機器人末端執行器上參考點能達到的空間的集合。通常，工業機器人的工作空間用其在垂直面內和水平面內的投影表示。對于一些結構簡單的機器人，其工作空間也可用解析方程表示。工作空間是衡量和評價機器人性能的重要方面，特別對于機動型機械如裝載機、挖掘機和鉆機等來說尤為重要。研究證實，機器人工作空間與機器人的結構構型、結構參數，以及關節（球鉸）變量的允許活動范圍密切相關。8.3.3工作載荷112024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut機器人負載是指機器人在工作時能夠承受的最大載重。它一般用質量、力矩、慣性矩表示，還和運行速度和加速度大小、方向有關。要確定機器人負載，首先要知道機器人將要從事何種工作，之后才是負載數值。如果需要將零件從一臺設備上搬至另外一處，則需要將零件的重量和機器人抓手的重量合并計算在負載內。一般低速運行時承載能力大，為安全考慮，規定在高速運行時所能抓取的工件重量作為承載能力指標。8.3.4控制方式122024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut機器人用于控制軸的方式，可分為伺服控制和非伺服控制。伺服控制又可分為連續軌跡運動控制和點到點運動控制。點動伺服控一般只為其一段路徑的端點進行示教，而且機器人以最快和最直接的路徑從一個端點移到另一端點。點到點之間的運動總是有些不平穩，即使同時控制兩根軸，它們的運動軌跡也很難完全一樣，因此，點動伺服控制機器人用于只有終端位置有要求而對點位之間的路徑和速度不作要求的場合。可用于點焊、搬運機器人。連續軌跡伺服控制機器人能夠平滑地跟隨某個規定的軌跡，它能較準確復原示教路徑。連續軌跡伺服機器人具有良好的控制和運行特性，其數據是依時間采樣的，而不是依預先規定的空間點采樣。因此其運行速度較快、功率較小、負載能力也較小，主要用于弧焊、噴涂、大飛邊毛刺和檢測機器人。8.3.5精度132024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut機器人的工作精度主要指定位精度和重復定位精度。定位精度（也稱絕對精度）是指機器人末端執行器實際到達位置與目標位置之間的差異。重復定位精度（簡稱重復精度）是指機器人重復定位其末端執行器于同一目標位置的能力。機器人精度主要體現在末端執行器的位姿誤差。研究表明，工作精度上的誤差主要是由零部件制造、裝配、鉸鏈間隙，伺服控制，載荷及熱變形等因素導致的準靜態誤差，以及由機器人結構、系統特性和作業中振動所產生的動態誤差這兩方面引起。8.3.6最大工作速度142024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut最大工作速度是指在各軸聯動情況下，機器人手腕中心所能達到的最大線速度。這在生產中是影響生產效率的重要指標，因生產廠家不同而標注不同，一般都會在技術參數中加以說明。很明顯，最大工作速度越高，生產效率也就越高，然而，工作速度越高，對機器人最大加速度的要求也就越高。8.3.7安裝方式152024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut機器人的安裝方式與結構有關。一般而言，直角坐標型機器人大都采用底面安裝，并聯結構的機器人則采用倒置安裝；水平串聯結構的多關節型機器人可采用底面和壁掛安裝；而垂直串聯結構的多關節機器人除了常規的底面安裝方式外，還可根據實際需要，選擇壁掛式、框架式、傾斜式、倒置式等安裝方式。同其他設備相似，機器人重量也是設計者、應用者關注的一個重要參數。例如，如果工業機器人需要安裝在定制的工作臺甚至軌道上，就需要知道它的重量并設計相應的支撐。8.4工業機器人的主要技術參數實例162024/8/7伺服系統與工業機器人.hfutDRS系列機器人型號說明機器人DRS30L3SS1BN002外觀與工作范圍圖8.5.1工業機器人的歷史172024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut家用機器人ElektroUnimate機器人Versation的圓柱坐標型的數控自動機械我國工業機器人技術的發展，大致經歷了如下四個階段：第一個階段（理論研究階段）：20世紀70年代處于萌芽期，1972年開始研制自己的工業機器人，當時主要是局限于理論探。第二個階段（樣機研發階段）：20世紀80年代處于開發期，完成了示教再現式工業機器人成套技術的開發，研制出了噴漆、點焊、弧焊和搬運機器人。第三個階段（示范應用階段）：20世紀90年代處于應用期，我國的工業機器人在實踐中又邁進了一大步，先后研制了點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運和碼垛等各種用途的工業機器人，并實施了一批機器人應用工程，形成了一批工業機器人產業化基地。第四個階段（產業化階段）：進入21世紀，我國工業機器人進入了產業化階段。經過40多年的發展，我國在工業機器人基礎技術和工程應用上取得了快速的發展，奠定了獨立自主發展機器人產業的基礎。8.5.2工業機器人的發展趨勢182024/8/7伺服系統與工業機器人.hfut高效率、高精度智能化、數字化結構的模塊化、可重構化控制技術的PC化、開放化和