6 工业机器人3.ppt

工业机器人 1 工业机器人概述 国际上第一台工业机器人产品诞生于20世纪60年代，当时其作业能力仅限于上、下料这类简单的工作。此后机器人进入了一个缓慢的发展期，直到进人80年代，机器人产业才得到了巨大的发展，成为机器人发展的一个里程碑，这一时代被称为“机器人元年”。为了满足汽车行业蓬勃发展的需要，这个时期开发出的点焊机器人、弧焊机器人、喷涂机器人以及搬运机器人等四大类型的工业机器人系列产品已经成熟，并形成产业化规模，有利地推动了制造业的发展。为进一步提高产品质量和市场竞争能力，装配机器人及柔性装配线又相继开发成功。进人90年代以后，装配机器人和柔性装配技术得到了广泛的应用，并进入了一个大发展时期。 现在工业机器人已发展成为一个庞大的家族，并与数控(NC)、可编程控制器(PLC)一起成为工业自动化的三大技术支柱和基本手段，广泛应用于制造业的各个领域之中。纵观世界机器人的发展史，60年代为机器人发明和创建阶段；70年代为机器人走向实用化和产业化初建阶段；80年代为机器人普及和产业化高速发展阶段；90年代机器人进入智能化发展阶段，机器人得到广泛应用，并向非制造业拓展。 机器人由于其作业的高度柔性和可靠性、操作的简便性等特点，满足了工业自动化高速发展的需求，被广泛应用于汽车制造、工程机械、机车车辆、电子和电器、计算机和信息以及生物制药等领域。据国际机器人联合会统计，60年代末工业机器人开始产业化发展以来，到1998年末累计年度销售机器人达到1020000台。然而，早期的大多数机器人现在已不再服役。所以，实际运行的工业机器人数量要比该数据少。欧洲经济委员会(ECE)和国际机器人联合会(IFR)估计，到1998年末，全世界运转的工业机器人总量为720000台。 日本的机器人保有量占世界的一半还多，然而，近年来它的份额正在持续减少! 1990年全世界的工业机器人的年销量达到81000多台，创历史最高记录。在经历了1991～1993年的不景气之后，1993年全世界的工业机器人销量急剧下降到约54000台。此后，世界工业机器人市场开始恢复活力，到1997年再创新高，达到85000台。近 年来，工业机器人的市场一直在稳步快速增长。随着全球新经济的到来和高新技术的快速发展，机器人的应用领域将会愈来愈广，其作用也会越来越大。 2 工业机器人结构 工业机器人是机器人家族中的重要一员，也是目前在技术上发展最成熟、应用最多的一类机器人。世界各国对工业机器人的定义不尽相同，但其内涵基本一致。 国际标准化组织(ISO)曾于1987年对工业机器人给出了定义：“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能够完成各种作业的可编程操作机”。日本工业标准(JIS)采用此定义，这也与美国工业机器人学会(RIA)的定义相近。在德国的标准(VDl)中。对工业机器人则给出了更为具体的定义：“工业机器人是具有多自由度的、能进行各种动作的自动机器。它的动作是可以顺序控制的。轴的关节角度或轨迹可以不靠机械调节，而由程序或传感器加以控制。工业机器人具有执行器、工具及制造用的辅助工具，可以完成材料搬运和制造等操作”。 ISO 8373对工业机器人给出了更详细、具体的意义：“机器人具备自动控制及可再编程、多用途功能，机器人操作机具有3个或以上的可编程轴，在工业自动化应用中，机器人的底座可固定也可移动。” 2.2 工业机器人系统结构 工业机器人一般由两大部分组成：一部分是机器人执行机构，也称作机器人操作机(robot manipulator)，它完成机器人的操作和作业；另一部分是机器人控制器，它主要完成信息的获取、处理、作业编程、规划、控制以及整个机器人系统的管理等功能。机器人控制器是机器人中最核心的部分，机器人性能的优劣主要取决于控制系统的品质。机器人控制系统集中体现了各种现代高新技术和相关学科的必威体育精装版进展。当然，机器人要想进行作业，除去机器人以外，还需要相应的作业机构及配套的周边设备，这些与机器人一起形成了一个完整的工业机器人作业系统。图2-1给出了工业机器人的系统结构。 2.3 工业机器人操作机结构 迄今为止，典型的工业机器人仅实现了人类胳膊和手的某些功能，所以机器人操作机也称作机器人手臀或机械手，一船简称为机器人。机器人机构可以视为一种杆件机构，它的基本结构是将机构学中的杆件(link)和运动副(pair)相互连接而构成的开式运动链(open loop kinematics chain)。当然也有部分闭链或全部闭链的机器人。图2-2是一个开链结构的工业机器人。 由图2-2可以看出，在机器人中，连杆可称为手臂，运动副称作关节(joint)，关节分为平移关节和转动关