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Artificial Intelligence and Robotics
山东大学创新教育通识核心课程 人工智能与机器人 、 山东大学
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Artificial Intelligence and Robotics
第 十章 工业机器人
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第 十章 工业机器人 10.1 工业机器人定义及特点 10.2 工业机器人基本组成及技术参数 10.3 工业机器人的分类及应用 10.4 工业机器人操作机机构 10.5 工业机器人的控制技术 10.6 各类工业机器人介绍 2019/8/21 3
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第 十章 机器人的分类 10.1 工业机器人定义及特点 10.2 工业机器人基本组成及技术参数 10.3 工业机器人的分类及应用 10.4 工业机器人操作机机构 10.5 工业机器人的控制技术 10.6 各类工业机器人介绍 2019/8/21 4
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10.1 工业机器人的定义和特点 工业机器人概述 工业机器人诞生于20世纪60年代,在20世纪90年代得到迅速发展。它是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。它的出现是为了适应制造业规模化生产,解决单调、重复的体力劳动和提高生产质量而代替人工作业。
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10.1 工业机器人的定义和特点 工业机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。工业机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
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10.1 工业机器人的定义和特点 工业机器人技术涉及力学、机械学、电气液压技术、自控技术、传感技术和计算机技术等学科领域，是一门跨学科综合技术。而机器人机构学乃是机器人的主要基础理论和关键技术，也是现代机械原理研究的重要内容。
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10.1 工业机器人的定义和特点 工业机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
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10.1 工业机器人的定义和特点 工业机器人的定义 美国机器人工协会提出的工业机器人定义为：“工业机器人是用来进行搬运材料、零件、工具等可再编程的多功能机械手，或通过不同程序的调用来完成各种工作任务的特种装置。” 国际标准化（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。”
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10.1 工业机器人的定义和特点 （ISO8373）对工业机器人给出了定更具体的解释：“机器人具备自动控制及可在编程、多用途功能，机器人操作机具有三个或三个以上的可编程轴，在工业自动化应用中，机器人的底座可固定也可移动。”
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10.1 工业机器人的定义和特点 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。 特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
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10.1 工业机器人的定义和特点 10.1.3 工业机器人的特点 工业机器人最显著特点： （1）可编程 （2）拟人化 （3）通用性
10.1 工业机器人的定义和特点 工业机器人的特点 工业机器人最显著特点： （1）可编程 （2）拟人化 （3）通用性 （4）机电一体化
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10.1 工业机器人的定义和特点 工业机器人是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用机械装置；由计算机控制，是无人参与的自主自动化控制系统；他是可编程、具有柔性的自动化系统，可以允许进行人机联系。 可以通俗的理解为“机器人是技术系统的一种类别，它能以其动作复现人的动作和职能；它与传统的自动机的区别在于有更大的万能性和多目的用途，可以反复调整以执行不同的功能。”
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10.1 工业机器人的定义和特点 工业机器人的发展与未来 机器人作为现代制造业主要的自动化装备，已广泛应用于汽车、摩托车、工程机械、电子信息、家电、化工等行业，进行焊接、装配、搬运、加工、喷涂、码垛等复杂作业。 国际上生产机器人的主要厂家有：日本的安川电机、OTC、川崎重工、松下、不二越、日立、法那克；欧洲的CLOOS（德国）、ABB（瑞典）、COMAU（意大利）、IGM（奥地利）、KUKA（德国）等。
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10.1 工业机器人的定义和特点 未来发展： 1.高性能：高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修，单机价格不断下降。
10.1 工业机器人的定义和特点 未来发展： 1.高性能：高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修，单机价格不断下降。 2.机械结构向模块化、可重构化发展：例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问巿。
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10.1 工业机器人的定义和特点 3.机器人本体结构更新加快：随着技术的进步，机器人本体结构近十年来发展变化很快。以安川MOTOMAN机器人产品为例，L系列机器人持续10年，K系列持续5年时间，SK系列持续3年时间，1998年底安川公司推出了最新的UP系列，其突出的特点是：大臂釆用新型的非平行四边形的单连杆机构，工作空间有所增加，本体自重进一步减少，变得更加轻巧 。
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10.1 工业机器人的定义和特点 4. 机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧。 安川公司的UP系列机器人釆用了新开发的控制器YASNAC XRC，主要特点是具有网络通信功能。目前，比较引人注目还有DENSO公司的“NetwoRC”（New Technology Worldwide Open Robot Controller）控制器，其特点是：釆用板卡式PC结构，约为台式PC大小；有3个ISA总线扩展槽，可安装Ethernet卡、Device Net卡和图像处理卡；NetwoRC是开放式机器人控制器技术发展的典型代表。机器人控制网络化已成为发展趋势；
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10.1 工业机器人的定义和特点 5.机器人中的传感器作用日益重要，除釆用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则釆用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用； 6.多传感系统：为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。
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10.1 工业机器人的定义和特点 7. 当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳（Sojanor）”机器人就是成功应用的最着名实例； * 虚拟现实技术在机器人的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远程作业环境中的感觉来操纵机器人 ； 机器人化机械开始兴起。从1994年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。
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10.1 工业机器人的定义和特点 9. 多智能体（multi-agent）调控制技术：这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多机器人协作、多机器人通讯、多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。
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10.1 工业机器人的定义和特点 10.微型和微小机器人技术（micro/miniature robotics）:这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。 11. 机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。
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10.1 工业机器人的定义和特点 12. 软机器人技术（soft robotics）:主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。 13. 仿人和仿生技术：这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究。比如：双足机器人、机器鱼、仿生恐龙、仿生蜻蜓等等。
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10.1 工业机器人的定义和特点 10.1.5 国内外机器人应用情况
10.1 工业机器人的定义和特点 国内外机器人应用情况 1.日本 ： 全世界投入使用的机器人数量近年来快速增加，目前，日本实际装配的机器人总量占世界总量的一半。装配是日本机器人的最大应用领域，它拥有的机器人占总数的42%；焊接是应用的第二大领域，占机器人总数的19%；注塑是第三大应用领域，占机器人总数约12%，机加工次之为8%。 日本在1967年由川崎重工业公司从美国Unimation公司引进机器人及其技术，1968年试制出第一台川崎的“尤尼曼特”机器人。80年代中期，日本机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位，成为“机器人王国”。
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10.1 工业机器人的定义和特点 2.美国 美国是机器人的诞生地，1962年研制出世界上第一台机器人，由于美国从60年代到70年代期间，只在几所大学和少数公司开展研究工作；70年代后期，美国在技术路线上仍把重点放在研究机器人软件及军事、宇宙、海洋、核工程等特殊领域的高级机器人的开发上，使日本的机器人后来居上。进入80年代后，美国开始研制带有视觉、力觉的第二代机器人，目前美国的机器人技术特点是：性能可靠，功能全面，精确度高；机器人语言类型多、应用广，水平高居世界之首；智能技术发展快，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业广泛应用；高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展迅速，在国际上处于领先地位。
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10.1 工业机器人的定义和特点 美国科学家近日研制一种球体机器人，其最大的特点是可以帮助宇航员做各种辅助工作。它身上安装的传感器可以探知航天飞行器内部的气体成分、温度变化和空气压力状况。即使在失重状态下，这种机器人在计算器的指挥下也能自如地行走和工作，而且能帮助宇航员与地面控制中心联络，把有关信息输入计算机系统。
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10.1 工业机器人的定义和特点 3.德国 德国机器人的总数占世界第三位。70年代中后期，政府在“改善劳动条件计划”中规定，对于一些有危险、有毒、有害的工作岗位，必须以机器人来代替人的劳动。这个计划推动了机器人技术的发展。德国除了将机器人应用在汽车工业外，还在纺织工业使用机器人，使纺织业重新振兴。目前其智能机器人的研究和应用方面，在世界上处于公认的领先地位。
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10.1 工业机器人的定义和特点 4. 前苏联(主要是在俄罗斯)。
10.1 工业机器人的定义和特点 4. 前苏联(主要是在俄罗斯)。 机器人技术研究是从50年代后半期开始。1968年成功地试制出一台深水作业机器人；1971年研制出工厂用的机器人；到1975年，已研制出30个型号的120台机器人。前苏联的机器人在数量、质量和技术水平上均处于世界前列地位。
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10.1 工业机器人的定义和特点 5.中国 中国在“七五”计划中把机器人列为国家重点科研规划内容，在沈阳建立了全国第一个机器人研究示範工程，全面展开了机器人基础理论与基础元器件研究。十多年来，相继研制出示教再现型的搬运、点焊、弧焊、喷漆、装配等门类齐全的机器人及水下作业、军用和特种机器人。中国自行研制的机器人喷漆流水线在长春第一汽车厂及东风汽车厂已投入运行。
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10.1 工业机器人的定义和特点 目前，中国已开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人，其中有130多台/套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线。 沈阳新松机器人自动化股份有限公司为上海汇众汽车制造有限公司设计制造12台弧焊机器人组成的焊接生产线，用于为上海汽车工业公司配套生产桑塔纳轿车转向器、减振器、别克轿车减振器等部件。
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10.1 工业机器人的定义和特点 北京机械工业自动化研究所研制出大型龙门式仿形喷涂机器人，长春客车厂釆用该机器人对火车客车厢体进行喷漆，可以在20分钟内为一辆火车车厢喷上均匀的油漆，遇到车门和车窗时，喷枪会立即停止喷漆。 哈尔滨工业大学历经二十余年的基础理论与应用研究，已开发管内补口喷涂作业机器人、激光内表面淬火机器人、管内X射线检测机器人。这几种机器人已分别应用于“陕－京”天然气管线工程X射线检测、上海浦东国际机场内防腐补口、大庆油田内防腐及抽油泵内表面处理等重要的管道工程。
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10.1 工业机器人的定义和特点 中国智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了显着的成果。其中6,000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，该机器人在1995年深海试验获得成功，使中国能够对大洋海底进行精确、高效、全覆盖的观察、测量、储存和进行实时传输，并能精确绘制深海矿区的二维、三维海底地形地貌图，推动了中国海洋科技的发展。
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第 十章 工业机器人 10.1 工业机器人定义及特点 10.2 工业机器人基本组成及技术参数 10.3 工业机器人的分类及应用 10.4 工业机器人操作机机构 10.5 工业机器人的控制技术 10.6 各类工业机器人介绍 2019/8/21 32
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10.2 工业机器人基本组成及技术参数 10.2.1 工业机器人的组成
工业机器人通常由执行机构、驱动—传动机构、控制系统（含智能系统）三大部分组成。执行机构是机器人赖以完成各种作业的主体部分，通常为空间连杆机构。驱动—传动装置由驱动器和传动机构组成，它们通常与执行机构联成一体。驱动—传动装置有机械式、电气式、液压式、气动式和复合式等。控制系统一般由控制计算机和伺服控制器组成。智能系统则由感知系统和分析决策系统组成，它分别由传感器及软件来实现。
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10.2 工业机器人基本组成及技术参数 主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度； 驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作； 控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
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10.2 工业机器人基本组成及技术参数 工业机器人系统由三大部分六个子系统组成。 六 个 子 系 统
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10.2 工业机器人基本组成及技术参数 机械部分 传感器部分 控制部分 三大部分： 机 械 结 构 三 大 件 机身 手臂 末端操作器
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10.2 工业机器人基本组成及技术参数 一个工业机器人所具有的功能在本质上是由其机械部分.传感部分.控制部分内部集成所决定的.但是,工业机器人 的作业能力还决定于与外部环境的联系和配合,即工业机器人与环境的交互能力. 工业机器人与外部环境的交互包括硬件环境和软件环境: (1)与硬件环境的交互主要是与外部设备的通信.工作域中障碍和自由空间的描述.操作对象物的描述. (2)与软件环境的交互主要是与生产单元监控计算机所提供的管理信息的通信.
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10.2 工业机器人基本组成及技术参数 10.2.2 工业机器人技术参数
工业机器人技术参数 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 。 工业机器人的主要技术参数一般都应有：自由度，重复定位精度、工作范围、最大工作速度、承载能力等。
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10.2 工业机器人基本组成及技术参数 1.自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，不应包括手爪的开合自由度。
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10.2 工业机器人基本组成及技术参数 自由度：即用来确定手部相对机座的位置和姿态的独立参变数的数目，它等于操作机独立驱动的关节数目。自由度是反映操作机的通用性和适应性的一项重要指标。自由度较多，就更能接近人手的动作机能，通用性更好，但结构也更复杂。 目前，一般的通用工业机器人大多为5个自由度左右，已能满足多种作业的要求。
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10.2 工业机器人基本组成及技术参数 2 重复定位精度
工业机器人精度是指定位精度和重复定位精度。定位精度只指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异。重复定位精度是指机器人重复定位其手部与同一目标位置的能力，可以用标准偏差这个统计量来表示，它是衡量一列误差值的密集 度，即重复度。 （a）重复定位精度的测定 （b）合理定位精度，良好重复定位精度 （c）良好定位精度，很差重复定位精度 （d）很差定位精度。良好重复定位精度
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10.2 工业机器人基本组成及技术参数 3.最大工作范围 有的厂家指工业机器人工作手臂末端所能到达的点,有的厂家指手臂末端或手腕中心到达所有点的集合也叫工作区域。通常都在技术参数中加以说明。 工作范围： 即操作机的工作范围，通常以手腕中心点在操作机运动时所占有的体积来表示。我们把操作机能对操纵对象完成操作的那一部分空间称为看管区域或工作区域，
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10.2 工业机器人基本组成及技术参数 4.最大工作速度
有的厂家指工业机器人主要自由度上最大的稳定速度,有的厂家指手臂末端最大的合成速度,通常都在技术参数中加以说明。
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10.2 工业机器人基本组成及技术参数 5.承载能力 承载能力是指机器人在工作范围内的任何位置上所能承受的最大质量。承载能力不仅决定于负载的质量,而且还与机器人运行的速度和加速度的大小和方向有关。
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10.2 工业机器人基本组成及技术参数 另外：还有灵活度 ：是指操作机末端执行器在工作(如抓取物体)时，所能采取的姿态的多少。若能从各个方位抓取物体，则其灵活度最大；若只能从一个方位抓取物体，则其灵活度最小。
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第 十章 工业机器人 10.1 工业机器人定义及特点 10.2 工业机器人基本组成及技术参数 10.3 工业机器人的分类及应用 10.4 工业机器人操作机机构 10.5 工业机器人的控制技术 10.6 各类工业机器人介绍 2019/8/21 46
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10.3 工业机器人的分类及应用 10.3.1 工业机器人的分类 (一)按工业机器人的结构分类 1. 直角坐标式机器人
（五种基本坐标式机器人） 1. 直角坐标式机器人
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10.3 工业机器人的分类及应用 2 . 圆柱坐标式机器人
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10.3 工业机器人的分类及应用 3. 球坐标式机器人
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10.3 工业机器人的分类及应用 4 . 关节坐标式机器人
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10.3 工业机器人的分类及应用 5. 平面关节坐标式机器人
平面关节式机器人可以看成是关节坐标式机器人的特例,它只有平行的肩关节和肘关节,关节轴线共面,如图
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10.3 工业机器人的分类及应用 （二）两种冗余自由度结构机器人 (1)整体控制的柔软臂机器人,也叫象鼻子机器人,如左下下图所示。
(2)每一关节独立控制的冗余自由度机器人,如图所示。
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10.3 工业机器人的分类及应用 （三）模块化结构机器人 （四）并联机器人
工业机器人模块化的主要含义是机器人由一些可供选择的标准化模块拼装而成的,标准化模块是具有标准化接口的机械结构模块、驱动模块、控制模块、传感器模块,并已经系列化。 （四）并联机器人 从机构学角度可将机器人机构分为开环机构和闭环机构两大类:以开环机构为机器人机构原型的叫串联机器人;以闭环机构为机器人原型的叫并联机器人。
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10.3 工业机器人的分类及应用 10.3.2 工业机器人的应用领域 (一)工业机器人的应用领域
工业机器人的应用领域 (一)工业机器人的应用领域 1.恶劣工作环境,危险工作场合 这个领域的作业是一种有害于健康,并危及生命或不安全因素很大而不宜于人去干的作业,用工业机器人去干是最适宜的。 在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上。
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10.3 工业机器人的分类及应用 2.特殊作业场合 在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。
1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。
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10.3 工业机器人的分类及应用 3.自动化生产领域 早期工业机器人在生产上主要用于:机床上下料、点焊和喷漆。随着柔性自动化的出现,机器人扮演了更重要的角色, 如:焊接机器人,材料搬运机器人,检测机器人,装配机器人,喷漆和喷涂,其他诸如密封和粘接、清砂和抛光、熔模铸造和压铸、锻造等等也有广泛的应用。
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第 十章 工业机器人 10.1 工业机器人定义及特点 10.2 工业机器人基本组成及技术参数 10.3 工业机器人的分类及应用 10.4 工业机器人操作机机构 10.5 工业机器人的控制技术 10.6 各类工业机器人介绍 2019/8/21 57
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10.4 工业机器人操作机机构 10.4.1 操作机 工业机器人的机械结构部分称为操作机
10.4 工业机器人操作机机构 操作机 工业机器人的机械结构部分称为操作机 操作机是机器人完成作业的实体，它具有和人手臂相似的动作功能。 从机器人完成作业的方式来看，操作机是由手臂机构(即位置机构)、手腕机构(即姿态机构)及末端执行器等组成的机构。对于要完成空间任意位姿进行作业的多关节操作机，需要具有6个自由度，而对于要回避障碍进行作业的操作机，其自由度数则需超过6个。
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10.4 工业机器人操作机机构 通常由下列部分组成： a.末端执行器 又称手部，是机器人直接执行工作的装置，并可设置夹持器、工具、传感器等，是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。 b. 手腕 是支承和调整末端执行器姿态的部件，主要用来确定和改变末端执行器的方位和扩大手臂的动作范围，一般有2～3个回转自由度以调整末端执行器的姿态。有些专用机器人可以没有手腕而直接将末端执行器安装在手臂的端部。
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10.4 工业机器人操作机机构 c. 手臂 它由机器人的动力关节和连接杆件等构成，是用于支承和调整手腕和末端执行器位置的部件。手臂有时包括肘关节和肩关节，即手臂与手臂间。手臂与机座间用关节连接，因而扩大了末端执行器姿态的变化范围和运动范围。 d. 机座 有时称为立柱，是工业机器人机构中相对固定并承受相应的力的基础部件。可分固定式和移动式两类。
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10.4 工业机器人操作机机构 机器人的操作机构 2019/8/21 61
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10.4 工业机器人操作机机构 操作机手臂机构 手臂机构一般具有2～3个自由度(当操作机需要回避障碍进行作业时，其自由度可多于3个)，可实现回转、俯仰、升降或伸缩三种运动形式。 首先，要确定操作机手臂机构的结构形式。通常根据其将完成的作业任务所需要的自由度数、运动形式、承受的载荷和运动精度要求等因素来确定。 其次，是确定手臂机构的尺寸。即确定出其手臂的长度及手臂关节的转角范围。
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10.4 工业机器人操作机机构 此外，在确定操作机的结构形式及尺寸时，还必须考虑到由于手臂关节的驱动是由驱动器和传动系统来完成的，因而手臂部件自身的重量较大，而且还要承受手腕、末端执行器和工件的重量，以及在运动中产生的动载荷；也要考虑到其对操作机手臂运动响应的速度，运动精度及运动刚度的影响等。
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10.4 工业机器人操作机机构 操作机手腕机构 操作机的手腕机构一般为1～3个自由度，要求可实现回转、偏转或摆转和俯仰三种运动形式。 在作手腕机构的运动设计时，要注意大、小手臂的关节转角对末端操作器的俯仰角均可能产生诱导运动。此外，手腕机构的设计还要注意减轻手臂的载荷，应力求手腕部件的结构紧凑，减小其重量和体积，以利于手腕驱动传动装置的布置和提高手腕动作的精确性。
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10.4 工业机器人操作机机构 机器人的腕部结构常见三种几种结构
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10.4 工业机器人操作机机构 操作机的末端执行器 根据其用途和结构的不同可分为机械式夹持器，吸附式执行器和专用工具(如焊枪、喷嘴、电磨头等)三类。按其手爪的运动方式又可分为平移型和回转型。按其夹持方式又可分为外夹式和内撑式。此外，按驱动方式则有电动、液压和气动三种。 根据不同作业任务的要求，先确定其类型和机构型式，并应尽可能使其结构简单，紧凑、重量轻，以减轻手臂的负荷。 回转式夹持器机构
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10.4 工业机器人操作机机构 10.4.5 六轴关节机器人机械结构 图7-4-5为常见的六 轴关节机器人的机械结构,
10.4 工业机器人操作机机构 六轴关节机器人机械结构 图7-4-5为常见的六 轴关节机器人的机械结构, 六个伺服电机直接通过谐 波减速器、同步带轮等驱 动六个关节轴的旋转,注意 观察一、二、三、四轴的 结构，关节一至关节四的 驱动电机为空心结构，关 节机器人的驱动电机采用 空心轴结构应该不常见， 空心轴结构的电机一般较大。
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10.4 工业机器人操作机机构 采用空心轴电机的优点是：机器人各种控制管线可以从电机中心直接穿过，无论关节轴怎么旋转，管线不会随着旋转，即使旋转，管线由于布置在旋转轴线上，所以具有最小的旋转半径。 此种结构较好的解决了工业机器人的管线布局问题。对于工业机器人的机械结构设计来说，管线布局是难点之一，怎样合理的在狭小的机械臂空间中布置各种管线（六个电机的驱动线、编码器线、刹车线、气管、电磁阀控制线、传感器线等），使其不受关节轴旋转的影响，是一个值得深入考虑的问题。
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10.4 工业机器人操作机机构 1.关节机器人核心部件-RV减速器
10.4 工业机器人操作机机构 1.关节机器人核心部件-RV减速器 RV减速器据说具有长期使用不需再加润滑剂、寿命长、刚度好、减速比大、低振动、高精度、保养便利等优点，适用于在机器人上使用。它的传动效率为0.8，相对于同样减速比的齿轮组，这样的效率是很高的。RV减速器的缺点是重量重，外形尺寸较大。 主要由齿轮轴、行星轮、曲柄轴、转臂轴承、摆线轮、针轮、刚性盘及输出盘等零部件组成。 一般只应用于大型的焊接及搬运机械手了 。
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10.4 工业机器人操作机机构 RV减速器的拆解图片
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10.4 工业机器人操作机机构 一、零件介绍 (l）齿轮轴：齿轮轴用来传递输入功率，且与渐开线行星轮互相啮合。 (2）行星轮：它与转臂（曲柄轴）固联，两个行星轮均匀地分布在一个圆周上，起功率分流的作用，即将输入功率分成两路传递给摆线针轮行星机构。 (3）转臂（曲柄轴）H：转臂是摆线轮的旋转轴。它的一端与行星轮相联接，另一端与支撑圆盘相联接，它可以带动摆线轮产生公转，而且又支撑摆线轮产生自转。
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10.4 工业机器人操作机机构 （4）摆线轮（RV齿轮）：为了实现径向力的平衡在该传动机构中，一般应采用两个完全相同的摆线轮，分别安装在曲柄轴上，且两摆线轮的偏心位置相互成180°。 （5）针轮：针轮与机架固连在一起而成为针轮壳体，在针轮上安装有30个针齿。 （6）刚性盘与输出盘：输出盘是RV型传动机构与外界从动工作机相联接的构件，输出盘与刚性盘相互联接成为一个整体，而输出运动或动力。在刚性盘上均匀分布两个转臂的轴承孔，而转臂的输出端借助于轴承安装在这个刚性盘上。
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10.4 工业机器人操作机机构 二、传动原理 它由渐开线圆柱齿传输线行星减速机构和摆线针轮行星减速机构两部分组成。渐开线行星齿轮3与曲柄轴2连成一体，作为摆线针轮传动部分的输入。
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第 十章 工业机器人 10.1 工业机器人定义及特点 10.2 工业机器人基本组成及技术参数 10.3 工业机器人的分类及应用 10.4 工业机器人操作机机构 10.5 工业机器人的控制技术 10.6 各类工业机器人介绍 2019/8/21 74
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10.5 工业机器人的控制技术 机器人的控制方法有位置控制、轨迹控制、力控制、力矩控制、柔顺控制、力／位置混合控制、分解运动控制、变结构控制、自适应控制以及递阶控制、模糊控制、学习控制、神经控制和进化控制等智能控制。 其中，有些控制方法已比较熟悉，另一些控制方法则较为新颖，并有待进一步开发与完善。
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10.5 工业机器人的控制技术 10.5.1 机器人的基本控制原则 工业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。
10.5 工业机器人的控制技术 机器人的基本控制原则 工业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。 工业机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点
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10.5 工业机器人的控制技术 关键技术包括： (1)开放性模块化的控制系统体系结构：采用分布式CPU计算机结构，分为机器人控制器(RC)，运动控制器(MC)，光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通讯。机器人控制器(RC)的主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能，而编程示教盒完成信息的显示和按键的输入。
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10.5 工业机器人的控制技术 (2)模块化层次化的控制器软件系统：软件系统建立在基于开源的实时多任务操作系统Linux上，采用分层和模块化结构设计，以实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三个层次：硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次分别面对不同的功能需求，对应不同层次的开发，系统中各个层次内部由若干个功能相对对立的模块组成，这些功能模块相互协作共同实现该层次所提供的功能。
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10.5 工业机器人的控制技术 (3)机器人的故障诊断与安全维护技术：通过各种信息，对机器人故障进行诊断，并进行相应维护，是保证机器人安全性的关键技术。 (4)网络化机器人控制器技术：目前机器人的应用工程由单台机器人工作站向机器人生产线发展，机器人控制器的联网技术变得越来越重要。控制器上具有串口、现场总线及以太网的联网功能。可用于机器人控制器之间和机器人控制器同上位机的通讯，便于对机器人生产线进行监控、诊断和管理。
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10.5 工业机器人的控制技术 1、控制器分类 机器人控制器具有多种结构形式，包括非伺服控制、伺服控制、位置和速度反馈控制、力(力矩)控制、基于传感器的控制、非线性控制、分解加速度控制、滑模控制、最优控制、自适应控制、递阶控制以及各种智能控制等。
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10.5 工业机器人的控制技术 工业机器人常用控制器的基本控制原则及控制器的设计问题。从关节(或连杆)角度看，可把工业机器人的控制器分为单关节(连杆)控制器和多关节(连杆)控制器两种。 机器人的控制取决于其“脑子”，即处理器的研制。随着实际工作情况的不同，可以采用各种不同的控制方式，从简单的编程自动化、小型计算机控制到微处理机控制等。机器人控制系统的结构也可以大为不同，从单处理机控制到多处理机分级分布式控制。
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10.5 工业机器人的控制技术 机器人控制的分类及其分析方法
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10.5 工业机器人的控制技术 2、主要控制变量 图7-5-1表示一台机器人的各关节控制变量。如果要机器人去抓起工件A，那么就必须知道末端执行装置(如夹手)在任何时刻相对于A的状态，包括位置、姿态和开闭状态等。 图 机械手各关节的控制变量
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10.5 工业机器人的控制技术 3、主要控制层次 图7-5-2表示机器人的主要控制层次。从图可见，它主要分为三个控制级，即人工智能级、控制模式级和伺服系统级。
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10.5 工业机器人的控制技术 1)第一级:人工智能级
10.5 工业机器人的控制技术 1)第一级:人工智能级 如果命令一台机器人去“把工件A取过来”，那么如何执行这个任务呢？首先必须确定，该命令的成功执行至少是由于机器人能为该指令产生矢量X(t)。X(t)表示末端执行装置相对工件A的运动 2) 第二级：控制模式级这一级能够建立起X(t)和T(t)之间的双向关系。必须注意到，有多种可供采用的控制模式。 图 机器人的主要控制层次
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10.5 工业机器人的控制技术 10.5.2 机器人驱动技术 1 机器人关节驱动概述
10.5 工业机器人的控制技术 机器人驱动技术 1 机器人关节驱动概述 机器人常用的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动和电气驱动三种基本类型。工业机器人出现的初期，由于其运动大多采用曲柄机构和连杆机构等，所以大多使用液压与气压驱动方式。但随着对作业高速度的要求，以及作用日益复杂化，目前电气驱动的机器人所占有的比例越来越大。但在需要出力很大的应用场合，或运动精度不高、有防爆要求的场合，液压、气压驱动仍获得满意的应用。
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10.5 工业机器人的控制技术 现将各种驱动的主要特点及应用场合简述如下。
10.5 工业机器人的控制技术 现将各种驱动的主要特点及应用场合简述如下。 气动：成本低，出力小，噪声大，控制简单，常用可编程控制器(PC)控制。但难以准确地控制位置和速度，用于简单的非伺服型机器入。 液压传动：功率重量比大(液压传动以强度为工作极限，而电驱动以电磁饱和为工作极限)，低速平稳，需液压动力源，漏油和油性变化影响系统特性，成本较高，可用于易爆环境。
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10.5 工业机器人的控制技术 电驱动依电机的类型又分为几种方式。
10.5 工业机器人的控制技术 电驱动依电机的类型又分为几种方式。 步进电机驱动：功率小，开环控制，控制简单，但可能失步（步进电机也可用于闭环控制，但系统较复杂）。 直流电机驱动：调速性能好，功率较大，效率较高，但换向器需要维护，不宜用于易爆、多粉尘环境。 交流电机驱动：维护简单，使用环境不受限制，成本较低，调速性能随着交流驱动技术的发展赶上并超越了直流电机，逐渐成为机器人电气驱动中的主要方式。目前常用的电机有交流永磁伺服电机（PMSM）、感应异步电机（IM）、无刷直流电机（BLDC）等。 直线式电机由于其特殊的性能特点在某些特定的场合也有很好的应用。
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10.5 工业机器人的控制技术 2 机器人关节伺服驱动控制 机器人电气驱动的三种主要方式： 1. 步进电机驱动
10.5 工业机器人的控制技术 2 机器人关节伺服驱动控制 机器人电气驱动的三种主要方式： 1. 步进电机驱动 步进电机是机电一体化的关键产品之一, 作为执行元件广泛应用在各种自动化控制系统包括机器人系统中，随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增。 上个世纪就出现了步进电动机，它是一种可以自由回转的电磁铁，动作原理和今天的反应式步进电动机没有什么区别，也是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。在本世纪初，步进电动机的技术得到了长足的进步。到了80年代后，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式更加灵活多样。
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10.5 工业机器人的控制技术 用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代趋势。步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。步进电机靠一种叫环形分配器的电子开关器件，通过功率放大器使励磁绕组按照顺序轮流接通直流电源。由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列，轮流和直流电源接通后，就会在空间形成一种阶跃变化的旋转磁场，使转子步进式的转动，随着脉冲频率的增高，转速就会增大。步进电机的旋转同时与相数、分配数、转子齿轮数有关。
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10.5 工业机器人的控制技术 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。现阶段，反应式步进电机获得最多的应用。
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10.5 工业机器人的控制技术 步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。不过步进电机在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机，步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。使用恰当的时候，甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。 步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。
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10.5 工业机器人的控制技术 2．直流伺服电机驱动 在80年代中期以前的一些自动化设备，如机器人、数控机床等，广泛采用直流伺服电动机作为执行机构。这是因为直流伺服电动机易于控制（在磁场恒定时，电流正比于输出转矩等），有较理想的机械特性。 但它们也有一些缺点，如需要定期维护，转速不能太高，功率不能太大，它们的功率体积比和功率质量比不高等。近年来，新发展起来的交、直流伺服电动机克服了上述缺点，并保留了直流伺服电动机的优点，因此在一些现代化设备中，无刷电动机取代了直流伺服电动机，但直流伺服电动机原理是新技术的基础，它们的良好特性，曾使它们独领风骚。
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10.5 工业机器人的控制技术 图 直流伺服电机原理图
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10.5 工业机器人的控制技术 图10-5-1表示了直流伺服电动机原理。直流伺服电动机的定子磁场是由永久磁铁构成。为获得更强磁场，大多采用稀土磁钢。图中电枢线圈仅有一组，在图示位置上，线圈产生的磁场与定子磁场正交，此时给出最大转矩，为使转矩连续、尽量减小波动，显然，电枢中应有多组线圈，且彼此相隔相同角度。机械式换向器(由石墨制的电刷和铜片组成)确保每组线圈在最合适时刻通电，以产生正交磁场。为实现上述原理而构成的真实的伺服电动机有三种类型：铁心式、表面绕组永磁、动圈式永磁。
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10.5 工业机器人的控制技术 3、交流伺服电机驱动 1）无刷电动机驱动（BLDC）
10.5 工业机器人的控制技术 3、交流伺服电机驱动 1）无刷电动机驱动（BLDC） 直流伺服电动机有三大缺点，如需维护、转速低(通常低于2000r／min)、功率体积(质量)比不高等。这是由于其结构特点造成的。其热惯性也大，埋在转子槽中线圈热量只能通过转子轴、轴承传导出去，以及通过转子、定子之间狭小气隙以对流方式散热。总之，发热元件(绕组)所处的几何位置不利散热，所以与同功率无刷电动机相比，它必须选用更粗的绕组导线，导致了更大的体积。
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10.5 工业机器人的控制技术 2）永磁同步电机驱动 永磁同步电动机(PMSM)特别是稀土永磁同步电机结构简单、体积小、重量轻、效率高、功率因数高，近年来得到迅速发展。与三相异步电机相比，永磁同步电动机有其自身的优点。 三相稀土永磁同步电动机定子一般与三相异步电动机定子相同，必要时可以借用异步电机的机座和定子冲片。但为减小稀土永磁同步电动机的杂散损耗，定子绕组常采用双层短绕或正弦绕组形式。
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10.5 工业机器人的控制技术 稀土永磁体一般放置在转子上，为解决起动问题，转子上还装有鼠笼条。稀土永磁同步电动机的高力能指标主要取决于稀土永磁体，起动性能主要取决于鼠笼条。选择合理的转子结构形式，在保证稀土永磁同步电动机起动性能的前提下，提高力能指标，减小稀土永磁体用量，是稀土永磁同步电动机设计的主要任务。稀土永磁同步电动机的结构形式一般就是指转子结构形式，转子结构是稀土永磁同步电动机的核心和关键 。
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10.5 工业机器人的控制技术 3）感应异步电机驱动（IM）
10.5 工业机器人的控制技术 3）感应异步电机驱动（IM） 用于机器人伺服驱动的感应异步电机与普通的感应电机相比，结构上要做一些改进，成本要高一些，但仍然交流伺服驱动中最经济的驱动电机。但是只有与矢量控制（Vector Control）和直接转矩控制（DTC）这些先进的电机控制理论结合，才有可能用在伺服系统中，并且达到甚至超越直流电机的性能。电机的基本原理与普通感应电机并无任何不同。
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10.5 工业机器人的控制技术 机器人电气驱动的发展趋势
10.5 工业机器人的控制技术 机器人电气驱动的发展趋势 由于交流驱动技术的不断发展和直流驱动本身无法克服的问题，交流驱动逐渐成为机器人驱动技术主流。70年代发展起来的矢量控制技术和80年代出现的直接转矩技术现在理论已经逐渐成熟，与神经网络、模糊控制等现代控制理论的结合后，全数字化的驱动系统给交流驱动技术的发展提供了更为广阔的发展前景。交流伺服电机中，永磁同步电机（PMSM）驱动是最有前途的驱动方式。永磁交流伺服技术的发展动向包括：方波工作方式向正弦波工作方式发展；永磁材料由铁氧体向稀土衫钻和铁铁硼发展，硬件由模拟电路向微处理器控制的数字模拟混合电路发展且部分硬件被软件取代；系统原理向非线性和自适应控制方向发展等等。
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第 十章 工业机器人 10.1 工业机器人定义及特点 10.2 工业机器人基本组成及技术参数 10.3 工业机器人的分类及应用 10.4 工业机器人操作机机构 10.5 工业机器人的控制技术 10.6 各类工业机器人介绍 2019/8/21 101
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10.6 各类工业机器人介绍 移动机器人（AGV） 移动机器人（AGV）是工业机器人的一种类型，它由计算机控制，具有移动、自动导航、多传感器控制、网络交互等功能，它可广泛应用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业的柔性搬运、传输等功能，也用于自动化立体仓库、柔性加工系统、柔性装配系统（以AGV作为活动装配平台）；同时可在车站、机场、邮局的物品分捡中作为运输工具。
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10.6 各类工业机器人介绍 AGV（Automated Guided Vehicle）是指装有自动导引装置，能够沿规定的路径行驰，在车体上还具有编程和停车选择装置、安全保护装置以及各种物料移载功能的搬运车辆。自动搬运车系统(AGVS)是由若干辆沿导行路径行驰，在计算机的交通管制下有条不紊地运行，并通过物流系统软件集成在物流系统、生产系统中。
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10.6 各类工业机器人介绍 根据导引方式的不同，可分：
10.6 各类工业机器人介绍 根据导引方式的不同，可分： 1、固定路径导引，包括电磁导引、光导导引和磁带（磁气）导引。 、自由路径导引，包括激光导引、惯性导引等。 根据AGV装卸物料方式的不同，可分： 料斗式，辊道输送式，链条输送式，垂直升降式，叉车式。
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10.6 各类工业机器人介绍 10.6.2 点焊机器人 焊接机器人具有性能稳定、工作空间大、运动速度快和负荷能力强等 。
10.6 各类工业机器人介绍 点焊机器人 焊接机器人具有性能稳定、工作空间大、运动速度快和负荷能力强等 。 特点，焊接质量明显优于人工焊接，大大提高了点焊作业的生产率。 点焊机器人主要用于汽车整车的焊接工作，生产过程由各大汽车主机厂负责完成。国际工业机器人企业凭借与各大汽车企业的长期合作关系，向各大型汽车生产企业提供各类点焊机器人单元产品并以焊接机器人与整车生产线配套形式进入中国，在该领域占据市场主导地位。
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7.6 各类工业机器人介绍 随着汽车工业的发展，焊接生产线要求焊钳一体化，重量越来越大，165公斤点焊机器人是目前汽车焊接中最常用的一种机器人。2008年9月，机器人研究所研制完成国内首台165公斤级点焊机器人，并成功应用于奇瑞汽车焊接车间。2009年9月，经过优化和性能提升的第二台机器人完成并顺利通过验收，该机器人整体技术指标已经达到国外同类机器人水平。
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10.6 各类工业机器人介绍 弧焊机器人 弧焊机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产。在该领域，国际大型工业机器人生产企业主要以向成套装备供应商提供单元产品为主。本公司主要从事弧焊机器人成套装备的生产，根据各类项目的不同需求，自行生产成套装备中的机器人单元产品，也可向大型工业机器人企业采购并组成各类弧焊机器人成套装备。在该领域，本公司与国际大型工业机器人生产企业既是竞争亦是合作关系。
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10.6 各类工业机器人介绍 关键技术包括： (1)弧焊机器人系统优化集成技术：弧焊机器人采用交流伺服驱动技术以及高精度、高刚性的RV减速机和谐波减速器，具有良好的低速稳定性和高速动态响应，并可实现免维护功能。 (2)协调控制技术：控制多机器人及变位机协调运动，既能保持焊枪和工件的相对姿态以满足焊接工艺的要求，又能避免焊枪和工件的碰撞。
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10.6 各类工业机器人介绍 焊接机器人（弧焊） arc welding robot
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10.6 各类工业机器人介绍 20公斤点焊机器人 点焊机器人在工作中 6公斤弧焊机器人 工业机器人 弧焊机器人在工作中
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10.6 各类工业机器人介绍 (3)精确焊缝轨迹跟踪技术：结合激光传感器和视觉传感器离线工作方式的优点，采用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪，提升焊接机器人对复杂工件进行焊接的柔性和适应性，结合视觉传感器离线观察获得焊缝跟踪的残余偏差，基于偏差统计获得补偿数据并进行机器人运动轨迹的修正，在各种工况下都能获得最佳的焊接质量。
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10.6 各类工业机器人介绍 激光加工机器人 将机器人技术应用于激光加工中，通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业。本系统通过示教盒进行在线操作，也可通过离线方式进行编程。该系统通过对加工工件的自动检测，产生加工件的模型，继而生成加工曲线，也可以利用CAD数据直接加工。可用于工件的激光表面处理、打孔、焊接和模具修复等。 激光加工机器人
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10.6 各类工业机器人介绍 关键技术包括： (1)激光加工机器人结构优化设计技术：采用大范围框架式本体结构，在增大作业范围的同时，保证机器人精度； (2)机器人系统的误差补偿技术：针对一体化加工机器人工作空间大，精度高等要求，并结合其结构特点，采取非模型方法与基于模型方法相结合的混合机器人补偿方法，完成了几何参数误差和非几何参数误差的补偿。
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10.6 各类工业机器人介绍 (3)高精度机器人检测技术：将三坐标测量技术和机器人技术相结合，实现了机器人高精度在线测量。
10.6 各类工业机器人介绍 (3)高精度机器人检测技术：将三坐标测量技术和机器人技术相结合，实现了机器人高精度在线测量。 (4)激光加工机器人专用语言实现技术：根据激光加工及机器人作业特点，完成激光加工机器人专用语言。 (5)网络通讯和离线编程技术：具有串口、CAN等网络通讯功能，实现对机器人生产线的监控和管理；并实现上位机对机器人的离线编程控制。
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10.6 各类工业机器人介绍 真空机器人 真空机器人是一种在真空环境下工作的机器人，主要应用于半导体工业中，实现晶圆在真空腔室内的传输。真空机械手难进口、受限制、用量大、通用性强，其成为制约了半导体装备整机的研发进度和整机产品竞争力的关键部件。而且国外对中国买家严加审查，归属于禁运产品目录，真空机械手已成为严重制约我国半导体设备整机装备制造的“卡脖子”问题。直驱型真空机器人技术属于原始创新技术。
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10.6 各类工业机器人介绍 关键技术包括： (1)真空机器人新构型设计技术：通过结构分析和优化设计，避开国际专利，设计新构型满足真空机器人对刚度和伸缩比的要求； (2)大间隙真空直驱电机技术：涉及大间隙真空直接驱动电机和高洁净直驱电机开展电机理论分析、结构设计、制作工艺、电机材料表面处理、低速大转矩控制、小型多轴驱动器等方面。 (3)真空环境下的多轴精密轴系的设计。采用轴在轴中的设计方法，减小轴之间的不同心以及惯量不对称的问题。 真空机器人
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10.6 各类工业机器人介绍 (4)动态轨迹修正技术：通过传感器信息和机器人运动信息的融合，检测出晶圆与手指之间基准位置之间的偏移，通过动态修正运动轨迹，保证机器人准确地将晶圆从真空腔室中的一个工位传送到另一个工位。 (5)符合SEMI标准的真空机器人语言：根据真空机器人搬运要求、机器人作业特点及SEMI标准，完成真空机器人专用语言。 (6)可靠性系统工程技术：在IC制造中，设备故障会带来巨大的损失。根据半导体设备对MCBF的高要求，对各个部件的可靠性进行测试、评价和控制，提高机械手各个部件的可靠性，从而保证机械手满足IC制造的高要求。
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10.6 各类工业机器人介绍 10.6.6 机器人输送线物流自动化系统
10.6 各类工业机器人介绍 机器人输送线物流自动化系统 (1)自动化输送线：将产品自动输送，并将产品工装板在各装配工位精确定位，装配完成后能使工装板自动循环；设有电机过载保护，驱动链与输送链直接啮合，传递平稳，运行可靠。 (2)机器人系统：通过机器人在特定工位上准确、快速完成部件的装配，能使生产线达到较高的自动化程度；机器人可遵照一定的原则相互调整，满足工艺点的节拍要求；备有与上层管理系统的通信接口。
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10.6 各类工业机器人介绍 (3)自动化立体仓储供料系统：自动规划和调度装配原料，并将原料及时向装配生产线输送，同时能够实时对库存原料进行统计和监控。 (4)全线主控制系统：采用基于现场总线—Profibus DP 的控制系统，不仅有极高的实时性，更有极高的可靠性。 (5)条码数据采集系统：使各种产品制造信息具有规范、准确、实时、可追溯的特点，系统采用高档文件服务器和大容量存储设备，快速采集和管理现场的生产数据。
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10.6 各类工业机器人介绍 (6)产品自动化测试系统：测试最终产品性能指标，将不合格产品转入返修线。 2.应用领域
10.6 各类工业机器人介绍 (6)产品自动化测试系统：测试最终产品性能指标，将不合格产品转入返修线。 (7)生产线监控/调度/管理系统：采用管理层、监控层和设备层三级网络对整个生产线进行综合监控、调度、管理，能够接受车间生产计划，自动分配任务，完成自动化生产。 2.应用领域 机器人及输送线物流自动化系统可应用于建材、家电、电子、化纤、汽车、食品等行业。
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10.6 各类工业机器人介绍 机器人焊接工作站 1.简介 随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展，自动弧焊机器人工作站, 从60年代开始用于生产以来，其技术已日益成熟， 机器人焊接工作站
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10.6 各类工业机器人介绍 主要有以下优点： ⑴稳定和提高焊接质量； ⑵提高劳动生产率； ⑶改善工人劳动强度，机器人可在有害环境下工作；
10.6 各类工业机器人介绍 主要有以下优点： ⑴稳定和提高焊接质量； ⑵提高劳动生产率； ⑶改善工人劳动强度，机器人可在有害环境下工作； ⑷降低了对工人操作技术的要求； ⑸缩短了产品改型换代的准备周期（只需修改软件和必要的夹具即可），减少相应的设备投资。
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10.6 各类工业机器人介绍 因此，在各行各业已得到了广泛的应用。该系统一般多采用熔化极气体保护焊（MIG、MAG、CO2焊）或非熔化极气体保护焊（TIG、等离子弧焊）方法。设备一般包括：焊接电源、焊枪和送丝机构、焊接机器人系统及相应的焊接软件及其它辅助设备等。
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10.6 各类工业机器人介绍 2.技术指标 工件尺寸：可按用户的工件大小设计。 工件重量：可按用户要求设计。
10.6 各类工业机器人介绍 2.技术指标 工件尺寸：可按用户的工件大小设计。 工件重量：可按用户要求设计。 焊接速度：一般取5～50mm/s，根据焊缝大小来选定。 机器人重复定位精度：±0.05mm 移动机构重复定位精度：±0.1mm 变位机重复定位精度：±0.1mm
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10.6 各类工业机器人介绍 机器人螺柱焊接：设备一般包括焊接电源、自动退钉机、自动焊枪、机器人系统、相应的焊接软件及其它辅助设备等。
10.6 各类工业机器人介绍 机器人螺柱焊接：设备一般包括焊接电源、自动退钉机、自动焊枪、机器人系统、相应的焊接软件及其它辅助设备等。 焊接效率：5-8个/分钟 螺钉规格：直径2-8mm 长度：10-40mm 机器人重复定位精度：±0.05mm 3.应用领域 自动机器人焊接工作站可广泛地应用于铁路、航空航天、军工、冶金、汽车、电器等各个行业。
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10.6 各类工业机器人介绍 4.用户效益分析 随着我国加入WTO，我国经济的发展和国际正在接轨，国内竞争和国际竞争的界限将越来越模糊，改造过去的生产方式和管理模式已迫在眉睫。在焊接领域也是如此，采用自动化焊接提高生产率和产品质量已是大势所趋。在大型企业是这样，对中小型企业也是如此。 采用机器人进行焊接作业可以极大地提高生产效益和经济效率；另一方面，机器人的移位速度快，可达3m/s，甚至更快。因此，一般而言，采用机器人焊接比同样用人工焊接效率可提高2～4倍，焊接质量优良且稳定。
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10.6 各类工业机器人介绍 10.6.8 机器人自动装箱和码垛工作站 1.系统简介
10.6 各类工业机器人介绍 机器人自动装箱和码垛工作站 1.系统简介 机器人自动装箱、码垛工作站是一种集成化的系统，它包括工业机器人、控制器、编程器、机器人手爪、自动拆/叠盘机、托盘输送及定位设备和码垛模式软件等。它还配置自动称重、贴标签和检测及通讯系统，并与生产控制系统相连接，以形成一个完整的集成化包装生产线。
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10.6 各类工业机器人介绍 （1）生产线末端码垛的简单工作站：
10.6 各类工业机器人介绍 （1）生产线末端码垛的简单工作站： 这是一种柔性码垛系统，它从输送线上下料，并完成工件码垛、加层垫等工序，然后用输送线将码好的托盘送走。 （2）码垛/拆垛工作站： 这种柔性码垛系统可将三垛不同货物码成一垛，机器人还可抓取托盘和层垫，一垛码满后由输送线自动输出。
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10.6 各类工业机器人介绍 （3）生产线中码垛： 工件在输送线定位点被抓取并放到两个不同托盘上，层垫也由机器人抓取。托盘和满垛通过线体自动输出或输入。 （4）生产线末端码垛的复杂工作站： 工件来自三条不同线体，它们被抓取并放到三个不同托盘上，层垫也由机器人抓取。托盘和满垛由线体上自动输出或输入。
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10.6 各类工业机器人介绍 2.技术指标 工件：箱体、板材、袋料、罐/纸类包装 工件尺寸：可按用户的工件大小设计
10.6 各类工业机器人介绍 2.技术指标 工件：箱体、板材、袋料、罐/纸类包装 工件尺寸：可按用户的工件大小设计 工件重量：可按用户要求设计 工件移动范围：可按用户要求设计 机器人自由度数：6个 机器人重复精度：± 0.1mm
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10.6 各类工业机器人介绍 3.应用领域 机器人自动装箱、码垛工作站可应用于建材、家电、电子、化纤、汽车、食品等行业。 4.用户效益分析
10.6 各类工业机器人介绍 3.应用领域 机器人自动装箱、码垛工作站可应用于建材、家电、电子、化纤、汽车、食品等行业。 4.用户效益分析 由于机器人自动装箱、码垛工作站在产品的装箱、码垛等工序实现了自动化作业，并且具有安全检测、连锁控制、故障自诊断、示教再现、顺序控制、自动判断等功能，从而大大地提高了生产效率和工作质量，节省了人力，建立了现代化的生产环境。
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复习题: 1.工业机器人诞生于20世纪60年代,在20世纪90年代得到迅速发展。它是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。 2.工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。 3.工业机器人未来发展：高性能、机械结构向模块化、可重构化发展、机器人本体结构更新加快、控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展、多传感器融合配置技术、机器人的人机交互控制、从仿真、预演发展到用于过程控制、多智能体（multi-agent）调控制技术、微型和微小机器人技术、通过网络建立大范围内的机器人遥控系统、医疗、护理、休闲和娱乐、仿人和仿生技术。 4.工业机器人通常由执行机构、驱动—传动机构、控制系统（含智能系统）三大部分组成。 5.工业机器人的主要技术参数：自由度，重复定位精度、工作范围、最大工作速度、承载能力等。 6.工业机器人的应用领域; 7.机器人的操作机构: 8.工业机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点 .
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THE END
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