工业机器人认知一.ppt
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1、项目一工业机器人认知内容及要求内容及要求知识要求:初步了解本课程完成的工程项目,掌握工业机器人的基本概念、工业机器人的任务。掌握工业机器人理论的主要内容。要求:掌握对于实际生活及工业生产中工业机器人系统的基本分析能力。实践内容:了解实训室中工业机器人系统的组成及类型。项目实施方法项目实施方法1.1 工业机器人认知与导读要求工业机器人认知与导读要求1.2工业机器人基础知识1.3 工业机器人扩展知识1.4工业机器人认知技能训练1.1 1.1 工业机器人认知与导读要求工业机器人认知与导读要求工业机器人技术是近年来新技术发展的重要领域之一,是以微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一
2、种综合的高新技术。工业机器人是最典型的机电一体化装备,应用范围很广,作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业,将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。专家预测,机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。因此工业机器人技术也成为广大工程技术人员迫切需要掌握的知识。任务1.2工业机器人基础知识1.2工业机器人基础知识1.2.1 工业机器人的定义1920年捷克作家卡雷尔卡佩克(Karel Capek)在其剧本Rossums Universal Robots(中文意思是“罗萨姆的万能机器人”)中最早使用机器人一词,剧中“Robota”(奴隶)写成了“Robot”,即剧作家笔
3、下的一个具有人的外表,特征和功能的机器,是一种人造的劳力。它是最早的工业机器人(Industrial Robot)设想。1.2.1 工业机器人的定义 美国机器人协会(RIA)提出的定义为:“工业机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的,通过可编程序动作来执行种种任务的,并具有编程能力的多功能机械手(manipulator)”。日本工业机器人协会(JIRA)提出的定义:“工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行器(end effector)的,能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器”。国际标准化组织(ISO)提出的定义:“工业机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能
4、力的多功能机械手,这种机械手具有几个轴,能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置,以执行种种任务”。国家标准国家标准GBT12643-90GBT12643-90将工业机器人定义将工业机器人定义为:工业机器人是一种能自动定位控制的、可重复编程的、多自由度的操作机,能搬运材料、零件或操持工具,用以完成各种作业。总之,工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。1.2.2 工业机器人的基本组成 工业机器人技术是综合了当代机构运动学与动力学、精密机械设计发展起来的产物,是典型的机电一体化
5、产品。从工业机器人体系结构,工业机器人有三大部分、六个子系统组成。1.工业机器人三大部分(1)机械本体部分工业机器人的机械本体部分是工业机器人的重要部分,其功能为实现各种动作。其他组成部分必须与机械本体相匹配,相辅相成,组成一个完整的机器人系统(2)传感部分传感部分用于感知内部和外部的信息。要机器人与人一样有效地完成工作,对外界状况进行判别的感知功能是必不可少的。没有感知功能的机器人,只能按预先给定的顺序,重复地进行一定的动作。(3)控制部分 控制部分用于控制机器人完成各种动作,工业机器人的控制主要包括:机器人的动作顺序、应实现的路径与位置、动作时间间隔以及作用于对象上的作用力等。工业机器人控
6、制系统一般是以机器人的单轴或多轴运动协调为目的的控制系统。工业机器人对机械本体有如下要求:最小运动惯量 尺度规划 材料的选择 刚度的设计 可靠性 工艺性工业机器人对传感部分的要求是:精度高、重复性好。机器人是否能够准确无误地正常工作,往往取决于其所用传感器的测量精度。稳定性和可靠性好。保证机器人能够长期稳定可靠地工作,尽可能避免在工作中出现故障。抗干扰能力强。工业机器人的工作环境往往比较恶劣,其所用传感器应能承受一定的电磁干扰、振动,能在高温、高压、高污染环境中正常工作。适应加工任务的要求。不同的加工任务对机器人的感觉要求是不同的,可根据其工作特点进行选择。满足机器人控制的要求。机器人控制需要
7、采用传感器检测机器人的运动位置、速度和加速度。工业机器人对控制部分有如下要求:工业机器人的控制部分要着重本体与操作对象的相互关系。工业机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。多个独立的伺服系统必须有机的协调起来,组成一个多变量的控制系统。工业机器人还有一种特有的控制方式示教再现控制方式。总而言之,工业机器人控制部分是一个与运动学和动力学原理密切相关的、有耦合的、非线性的多变量控制系统。随着实际工作情况的不同,可以采用各种不同的控制方式,从简单的编程控制,微处理机控制到小型计算机控制等。2.工业机器人六个子系统(1)机械结构系统 机械结构系统是机器人的主体部分,由基座、手臂、末端操作器三大件组
8、成。每一大件都有若干自由度,构成一个多自由度的机械系统。基座如同机床的床身结构一样,机器人基座构成机器人的基础支撑。机器人的机械结构部分可以看作是由一些连杆通过关节组装起来的。由关节完成实现基座、手臂各部分、末端操作器之间的相对运动。通常有两种关节,即转动关节和移动关节。转动关节主要是伺服电机驱动。移动关节主要由伺服电机驱动也可以由气缸、液压缸或者线性电驱动器驱动。(2)驱动系统 要使机器人运行起来,需要给各个关节即每个运动自由度安装传动装置,这就是驱动系统。相当于机械手的“肌肉肌肉”,驱动系统常见的驱动器有伺服电机等。可以直接驱动关节,也可以通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等传动机构进行间接
9、驱动。(3)传感系统 传感系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成。内部传感器模块负责收集机器人内部信息如各个关节和连杆的信息。如同人体肌腱内的中枢神经系统中的神经传感器。外部传感器负责获取外部环境信息。包括视觉系统、触觉传感器等。(4)人机交互系统 人机交互系统是使操作人员参与机器人控制,与机器人进行联系的装置。例如:计算机的标准终端、指令控制台、示教盒、信息显示屏、报警器等。归结起来为两大类:指令给定装置和信息显示装置。(5)控制系统机器人控制系统是机器人的大脑,是决定机器人功能和性能的主要因素。控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人执行结构去完成规定
10、的运动和功能。根据有无反馈可分为开环控制系统和闭环控制系统等。根据控制原理可分为顺序控制系统、自适应控制系统和智能控制系统。根据控制运动的形式,控制系统可分为点位控制和轨迹控制。(6)机器人环境交互系统工业机器人-环境交互系统是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。工业机器人可与外部设备集成为一个功能单元,如加工制造单元、焊接单元、装配单元等。当然,也可以是多台机器人、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。1.2.3工业机器人的技术参数工业机器人的技术参数是各工业机器人制造商在产品供货时所提供的技术数据,也是工业机器人性能的主要体现。例如:IRB
11、 120是ABB推出一款迄今最小的多用途工业机器人紧凑、敏捷、轻量的六轴,仅重25kg,荷重3kg(垂直腕为4kg),工作范围达580mm1.2.4机器人的分类1.按照应用类型分类 机器人按应用类型可分为工业机器人、极限作业机器人和娱乐机器人。(1)工业机器人。工业机器人有搬运、焊接、装配、喷漆、检查等机器人,主要用于现代化的工厂和柔性加工系统中。(2)极限作业机器人。极限作业机器人主要是指在人们难以进入的核电站、海底、宇宙空间进行作业的机器人,也包括建筑机器人、农业机器人等。(3)娱乐机器人。娱乐机器人包括弹奏乐器的机器人、舞蹈机器人、玩具机器人等(具有某种程度的通用性),也有根据环境改变动
12、作的机器人。2.按照控制方式分类 机器人按控制方式可分为操作机器人、程序机器人、示教再现机器人、智能机器人和综合机器人。(1)操作机器人。操作机器人的典型代表是在核电站处理放射性物质时远距离进行操作的机器人。在这种场合,相当于人手操纵的部分成为主动机械手,而从动机械手基本上与主动机械手类似,只是从动机械手要比主动机械手大一些,作业时的力量也更大。(2)程序机器人。计算机上已编好的作业程序文件,通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。程序机器人按预先给定的程序、条件、位置进行作业,目前大部分机器人都采用这种控制方式工作。(3)示教再现机器人。示教再现机器人同盒式磁带的录放一样,
13、将所教的操作过程自动记录在储存器中,当需要再现操作时,可重复所教过的过程。(4)智能机器人。智能机器人不仅可以预先设定的动作,还可以按照工作环境的变化改变动作。(5)综合机器人。综合机器人是由操作机器人、示教再现机器人、智能机器人组合而成的机器人,如火星机器人。3.按驱动方式分类(1)气压式工业机器人。这类工业机器人以压缩空气来驱动操作机,其优点是空气来源方便,动作迅速,结构简单造价低,无污染,缺点是空气具有可压缩性,导致工作速度的稳定性较差,又因气源压力一般只有6kPa左右,所以这类工业机器人抓举力较小,一般只有几十牛顿,最大百余牛顿。(2)液压式工业机器人。液压压力比气压压力高得多,一般为
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