前次课内容回顾 工业机器人编程及仿真 机器人编程的种类与特征 CP 控制方式 PTP控制方式 机器人的语言功能 a. 设计机器人时结构分析和运动分析的仿真技术; b. 支持机器人编程的仿真技术。 仿真技术 机器人作业示教的仿真 机器人建模 离线仿真技术 在线仿真技术 支持机器人编程的仿真技术

典型的工业机器人 弧焊机器人 弧焊机器人的应用范围 速度的稳定性 轨迹精度 弧焊机器人的的性能要求 弧焊机器人的分类 弧焊机器人技术的发展趋势 光学式焊接传感器 标准焊接条件设定装置 离线示教 其 他

2.5.2 点焊机器人 (1)点焊机器人的应用范围 汽车工业是点焊机器人一个典型的应用领域。一般装配每台汽车车体大约需要完成3001一4001个焊点，而其中的60%是由机器人完成的。在有些大批量汽车生产线上，服役的机器人台数甚至高达151台。 引人机器人会取得下述效益: a.改善多品种混流生产的柔性; b. 提高焊接质量昈提高生产率; c. 把工人从恶劣的作业环境中解放出来。 今天，机器人已经成为汽车生产行业的支柱装备。

(2)点焊机器人的性能要求 最初，点焊机器人只用于增强焊作业 (往己拼接好的工件上增加焊点)。后来为了保证拼接精度，又让机器人完成定位焊作业。这样点焊机器人逐渐被要求具有更全的作业性能。 具体来说有: a.安装面积小，工作空间大; b.节距的多点定位 (例如每0.3一0.4S移动30一50mm节距后定位); c.定位精度高 (+0.25mm)，以确保焊接质量; d.持重大 (60一150kgf)，以便携带内装变压器的焊钳; f.示教简单，节省工时 g.安全可靠性好。

(3) 点焊机器人的分类 在驱动形式方面，由于电伺服技术的迅速发展，液压伺服在机器人中的应用逐渐减少，甚至大型机器人也在朝电机驱动方向过渡。随着微电子技术的发展，机器人技术在性能、小型化、可靠性以及维修等方面的进步日新月异。 在机型方面尽管主流仍是多用途的大型六轴垂直多关节型机器人，但是出于机器人加工条件的需要，一些汽车制造厂家也在进行开发立体配置的3一5轴小型专用机器人的尝试。 (4)典型点焊机器人的规格 以持重120kgf，最高速度4m/s的六轴垂直多关节机器人为例，其规格性能如图2-25、图2-26及表7-8所示。这是一种典型的点焊机器人，可胜任大多数本体装配工序的点焊作业。

(5)点焊机器人技术的发展动向 目前正在开发一种新的点焊机器人系统，它的概念如图2-27。这种系统力图把焊接技术与CAD、CAM技术完美地结合起来，提高生产准备工作的效率，缩短产品设计投产的周期，从而使整个机器人系统取得更高的效益。

2.5.3 装配机器人 （1）装配机器人（装配单元、装配线）

电动手爪造价比较高，主要用在一些特殊场合 水平多关节型机器人是装配机器人的典型代表。 它共有4个自由度:两个回转关节，上下移动以及手腕的转动。 最近开始在一些机器人上配备各种可换手，以增加通用性。 手爪主要有电动手爪和气动手爪两种形式 气动手爪相对来说比较简单，价格便宜， 因而在一些要求不太高的场合用得比较多。 电动手爪造价比较高，主要用在一些特殊场合

带有传感器的装配机器人可以更好地顺应对象物进行柔软的操作。装配机器人经常使用的传感器有视觉传感器、触觉传感器、接近觉传感器和力传感器等。 视觉传感器主要用于零件或工件的位置补偿，零件的判别、确认等。 触觉和接近觉传感器一般固定在指端，用来补偿零件或工件的位置误差，防止碰撞等。 力传感器一般装在腕部，用来检测腕部受力情况，一般在精密装配或去飞边一类需要力控制的作业中使用。

（2） 装配机器人的周边设备 机器人进行装配作业时，除机器人主机、手爪、传感器外，零件供给装置和工件搬运装置也至为重要。无论从投资额的角度还是从安装占地面积的角度，它们往往比机器人主机所占的比例大。周边设备常由可编程控制器控制，此外一般还要有台架、安全栏等。 ①零件供给器 零件供给器的作用是保证机器人能逐个正确地抓取待装配零件，保证装配作业正常进行。 给料器 用振动或回转机构把零件排齐，并逐个送到指定位置。 托 盘 大零件或易磕碰划伤的零件加工完毕后一般应码放在称为"托盘"的容器中运输，托盘装置能按一定精度要求把零件送到给定位置，然后再由机器人一个一个取出。 ②输送装置 在机器人装配线上，输送装置承担把工件搬运到各作业地点的任务，输送装置中以传送带居多。输送装置的技术问题是停止精度、停止时的冲击和减速振。减震器可用来吸收冲击能。

2.5.4 喷涂机器人 (painting robot) 喷涂机器人广泛用于汽车车体、家电产品和各种塑料制品的喷涂作业。 喷涂机器人在使用环境和动作要求上有如下的特点: ① 工作环境包含易爆的喷涂剂蒸气; ② 沿轨迹高速运动，途经各点均为作业点; ③ 多数和被喷涂件都搭载在传送带上，边移动边喷涂，所以它需要一些特殊性能。 喷涂机器人通常有液压喷涂机器人和电动喷涂机器人两类。 (1)液压喷涂机器人 机器人的结构为六轴多关节型，工作空间大，腰回转采用液压马达驱动，手臂采用油缸驱动。手部采用柔性用腕结构，可绕臂的中心轴沿任意方向做±110弯曲，而且在任意弯曲状态下可绕腕中心轴扭转420。由于腕部不存在奇异位形，所以能喷涂形态复杂的工件并具有很高的生产率。

关键技术： ①高精度伺服控制技术 在补偿臂姿态、变速变化引起的惯性矩变化的位置反馈回路中采用可变PID控制; 在速度反馈系统中进行可变P控制，以补偿作业中喷涂速度可能发生的大幅度的变化; 实施加减速控制，以防止在运动轨迹的拐点产生振动。 ②液压系统的限速措施 用遥控操作进行示教和修正时，需要操作者靠近机器人作业。为了安全起见，不但应在软件上采取限速措施，而且在硬件方面应加装限速液压回路。 ③防爆技术 喷涂机器人主机和操作板必须满足本质防爆安全规程的有关规定。

(2)电动喷涂机器人 近年来，由于AC伺服电机的应用和高速伺服技术的迸步，在喷涂机器人中采用电驱动已经参展为可能。现阶段，电动喷涂机器人多采用耐压或内压防爆结构，限定在1级危险环境 (在通常条件下有生成危险气体介质之虞)和2级危险环境 (在异常条件下有生成危险气体介质之虞)下使用。

电动喷涂机器人一般也有六个轴，但工作空间大。在设计手臂时注意了减轻重量和简化结构，结果降低了惯性负荷，提高了高速动作的轨迹精度。 该机具有与液压喷涂机器人完全一样的控制功能。只是驱动改用AC伺服电机和相应的驱动电路，维修保养十分方便。 电动喷涂机器人采用所谓内压防爆方式，就是指往电气箱中人为地注人高压气体 (比易爆危险气体介质的压力高)的做法。在此基础上，如再采用无火花AC电机和无刷旋转变压器，则可组成安全性更好的防爆系统。

2.6 其他用途的工业机器人 搬运机器人 主要用于工厂中一些工序的上下料作业、拆垛和码垛作业等。这类机器人精度相对低一些，但负荷比较大，运动速度比较高。其机器人操作机多采用点焊或弧焊机器人结构，也有的采用框架式和直角坐标式结构形式。随着工厂自动化程度的不断提高和生产节拍的加快，搬运机器人使用得越来越多。

水切割机器人、激光加工机器人 它通过高压水和激光这种新的工具，对工件实施切割、焊接或者是金属材料的表面特殊处理，可以实现金属及其他材料的特殊加工。高压水切割的特点是其切缝处光滑，无需进行二次处理，并且避免了其他热加工手段带来的工件变形。激光加工则是充分利用了激光的特性，实现对工件的精密切割、钻孔、焊接以及表面热处理这些作业往往是传统的加工手段无法完成的。

检查和测量机器人 集三种功能于一体，包括机器人的运动控制、操作对象状态的感知以及对所采集到的信息进行分析和判断，最终给出检查和测量结果。检查和测量机器人主要用于工件的形状测量、装配检查以及产品缺陷检查等。

随着信息技术和微电子技术的发展，这些行业也迫切需要机器人进行作业。但这些行业的特点是超精密化和精细化，产品的质量与环境的好坏有直接关系，在这种环境下作业对机器人有特殊要求，因此产生了净化机器人。对于净化机器人，如何抑制尘埃粒子大小和数量是其关键问题。另外，现代制造业中，许多器件的制造需要在真空环境下进行，因此也出现了真空机器人。净化机器人和真空机器人除对环境有很高的要求之外，其速度和精度也有了很大提高。并且机器人的结构不同于一般工业机器人的结构，具有一定的特殊性。

2.7 工业机器人发展趋势 机器人技术是一种综合性高技术，它涉及到多种相关技术及学科，如机构学、控制工程、计算机、人工智能、微电子学、传感技术、材料科学以及仿生学等科学技术。因此机器人技术的发展一方面带动了相关技术及学科的发展，另一方面也取决于这些相关技术和学科的发展进程。 (1) 机器人操作机 负载/自重比大、高速高精度的机器人操作机一直是机器人设计者追求的目标，通过有限元模拟分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。 (2) 并联机器人 采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是机器人技术向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术的一体化奠定了基础。意大利comau公司、日本fanuc等公司已开发出了此类产品。

(3) 控制系统 控制系统的性能迸一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，以实现多机器人系统及周边设备的协调运动，并且实现了软件伺服和全数字控制。在该领域日本YASKAWA和德国KUKA公司处于领先地位。 (4) 传感系统 激光传感器、视觉传感器和力传感器在工业机器人系统中已得到广泛应用，并实现了利用激光传感器和视觉传感器进行焊缝自动跟踪以及自动化生产线上物体的自动定位，利用视觉系统和力觉系统进行精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。日本YASKAWA、FANUC和瑞典ABB、德国KUKA、REIS等公司皆推出了此类产品。 (5)网络通讯功能 日本YASKAWA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与Canbus、Profibus总线及一些网络的连接，使机器人由专用设备向标准化设备发展。

(6) 可靠性 过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去了由于微电子技术的快速发展相大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大提高。过去机器人系统的可靠性MTBF一般为几千小时，而现在已达到5万小时，几乎可以满足任何场合的需求。