智能制造與機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)第5章智能制造與工業(yè)機(jī)器人5.1工業(yè)機(jī)器人的定義和特點(diǎn)（1）擬人化在機(jī)械結(jié)構(gòu)上類似于人的手臂或者其他組織結(jié)構(gòu)。（2）通用性可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)，動(dòng)作程序可按需求改變。（3）獨(dú)立性完整的機(jī)器人系統(tǒng)在工作中可以不依賴于人的干預(yù)。（4）智能性具有不同程度的智能功能，如感知系統(tǒng)等，提高了工業(yè)機(jī)器人對周圍環(huán)境的自適應(yīng)能力。5.2工業(yè)機(jī)器人的分類1.按結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式分類（1）直角坐標(biāo)機(jī)器人直角坐標(biāo)機(jī)器人在空間上具有多個(gè)相互垂直的移動(dòng)軸，常用的是3個(gè)軸，即x，Y，z軸，如圖5-1所示。5.2工業(yè)機(jī)器人的分類（2）柱面坐標(biāo)機(jī)器人桂面坐標(biāo)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間位置是由基座回轉(zhuǎn)、水平移動(dòng)和豎直移動(dòng)形成的，其作業(yè)空間呈“圓柱體”，如圖5-2所示。5.2工業(yè)機(jī)器人的分類（3）球面坐標(biāo)機(jī)器人球面坐標(biāo)機(jī)器人的空間位置機(jī)構(gòu)主要由回轉(zhuǎn)基座、擺動(dòng)軸和平移軸構(gòu)成，具有2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和1個(gè)移動(dòng)自由度。5.2工業(yè)機(jī)器人的分類（4）多關(guān)節(jié)型機(jī)器人多關(guān)節(jié)型機(jī)器人由多個(gè)回轉(zhuǎn)和擺動(dòng)（或移動(dòng)）機(jī)構(gòu)組成，按旋轉(zhuǎn)方向可分水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人和垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人兩種。1）水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人是由多個(gè)豎直回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)構(gòu)成的，沒有擺動(dòng)或平移，手臂都在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，其作業(yè)空間次“圓柱體”，如圖5-4所示。5.2工業(yè)機(jī)器人的分類2）垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人是由多個(gè)擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成的，其作業(yè)空間近似于一個(gè)球體空間，如圖5-5所示。5.2工業(yè)機(jī)器人的分類（5）并聯(lián)機(jī)器人并聯(lián)機(jī)器人的基座和末端執(zhí)行器之間通過至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相連接，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，且是以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的一種閉環(huán)機(jī)構(gòu)。5.2工業(yè)機(jī)器人的分類2.按運(yùn)動(dòng)控制方式分類（1）非伺服機(jī)器人非服機(jī)器人按照預(yù)先編好的程序進(jìn)行工作，使用限位開關(guān)、制動(dòng)器、插銷板和定序器等來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。（2）伺服控制機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。1）點(diǎn)位型機(jī)器人：只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)準(zhǔn)確定位，不對點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行控制，適用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和一般搬運(yùn)、裝卸等作業(yè)。2）連續(xù)軌跡型機(jī)器人：可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運(yùn)動(dòng)，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。3.按程序輸入方式分類（1）編程輸入型機(jī)器人可將計(jì)算機(jī)上已編好的作業(yè)程序文件，通過串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機(jī)器人控制器。5.2工業(yè)機(jī)器人的分類（2）示教輸入型機(jī)器人示教方法一般有兩種：在線示教和拖動(dòng)示教。1）在線示教：操作者利用示教器將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍。2）拖動(dòng)示教：操作者直接拖動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍。4.按發(fā)展程度分類（1）第一代機(jī)器人第一代機(jī)器入主要是指只能以示教再現(xiàn)方式工作的工業(yè)機(jī)器人，稱示教再現(xiàn)機(jī)器人。（2）第二代機(jī)器人第二代機(jī)器人是感知機(jī)器人，帶有一些可感知環(huán)境的裝置，通過反饋控制使機(jī)器人能在一定程度上適應(yīng)變化的環(huán)境。（3）第三代機(jī)器人第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人，它具有多種感知功能，可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯推理、判斷及決策，可在作業(yè)環(huán)境中獨(dú)立行動(dòng)；它具有發(fā)現(xiàn)問題且能自主地解決問題的能力。5.2工業(yè)機(jī)器人的分類智能機(jī)器人至少要具備以下3個(gè)要素：（1）感覺要素感覺要素包括能夠感知視覺和距離等非接觸型傳感器以及能感知力、壓覺、觸覺等的接觸型傳感器，用來認(rèn)知周圍的環(huán)境狀態(tài)。（2）運(yùn)動(dòng)要素機(jī)器人需要對外界做出反應(yīng)性動(dòng)作。（3）思考要素根據(jù)感覺要素所得到的信息，思考采用什么樣的動(dòng)作，包括判斷、邏輯分析、理解和決策等。5.3工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用1.搬運(yùn)2.焊接5.3工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用5.3工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用3.噴涂5.3工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用4.打磨5.4工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展概況5.4.1國外發(fā)展概況1.美國5.4工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展概況2.日本3.歐洲國家5.4工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展概況5.4.2國內(nèi)發(fā)展概況1.70年代的萌芽期2.80年代的開發(fā)期5.4工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展概況3.90年代及以后的實(shí)用化期4.國內(nèi)品牌5.4.3發(fā)展現(xiàn)狀分析5.4工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展概況1.日本模式2.歐洲模式3.美國模式4.中國模式的走向5.5工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)1.自由度5.5工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)5.5工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)2.額定負(fù)載5.5工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)5.5工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)3.工作空間4.最大工作速度5.5工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)5.5工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)5.分辦率6.工作精度（1）定位精度又稱“絕對精度”，是指機(jī)器人的末端執(zhí)行器實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差距。（2）重復(fù)定位精度簡稱“重復(fù)精度”，是指在相同的運(yùn)動(dòng)位置命令下，機(jī)器人重復(fù)定位其術(shù)端執(zhí)行器于同一目標(biāo)位置的能力，以實(shí)際位置值的分散程度來表示。5.5工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)5.6人才培養(yǎng)1.工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)操作員1）按照工藝指導(dǎo)文件等相關(guān)文件的要求完成作業(yè)準(zhǔn)備。2）按照裝配圖、電氣圖、工藝文件等相關(guān)文件的要求，使用工具、儀器等進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人工作站或系統(tǒng)的裝配。3）使用示教器、計(jì)算機(jī)、組態(tài)軟件等相關(guān)軟硬件工具，對工業(yè)機(jī)器人、可編程序控制器、人機(jī)交互界面、電機(jī)等設(shè)備，以及視覺、位置等傳感器進(jìn)行程序編制、單元功能調(diào)試和生產(chǎn)聯(lián)調(diào)。4）使用示教器、操作面板等人機(jī)交互設(shè)備，進(jìn)行生產(chǎn)過程的參數(shù)設(shè)定與修改、菜單功能的選擇與配置、程序的選擇與切換。5）進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)工裝夾具等裝置的檢查、確認(rèn)、更換與復(fù)位。6）觀察工業(yè)機(jī)器人工作站或系統(tǒng)的狀態(tài)變化并做相應(yīng)操作，遇到異常情況時(shí)執(zhí)行急停操作等。7）填寫設(shè)備裝調(diào)、操作等記錄。5.6人才培養(yǎng)2.工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)維員1）對工業(yè)機(jī)器人本體、末端執(zhí)行器、周邊裝置等機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)性檢查、診斷。2）對工業(yè)機(jī)器人電控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電源及線路等電氣系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)性檢查、診斷。3）根據(jù)維護(hù)保養(yǎng)手冊，對工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人工作站或系統(tǒng)進(jìn)行零位校準(zhǔn)、防塵、更換電池、更換潤滑油等維護(hù)保養(yǎng)。4）使用測量設(shè)備采集工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人工作站或系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)，進(jìn)行監(jiān)測。5）對工業(yè)機(jī)器人工作站或系統(tǒng)的故障進(jìn)行分析、診斷與維修。6）編制工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)、維修報(bào)告。5.6人才培養(yǎng)3.工業(yè)機(jī)器人操作調(diào)整工1）調(diào)整工具的使用，能夠識(shí)讀工裝夾具的裝配圖。2）機(jī)器人示教調(diào)試、離線編程應(yīng)用。3）關(guān)節(jié)機(jī)器人操作與調(diào)整，及其周邊自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用。4）實(shí)現(xiàn)機(jī)器人工作站的噴涂、打磨、碼垛、焊接等工藝的調(diào)整與應(yīng)用。5）AGV導(dǎo)航應(yīng)用、控制、操作與調(diào)整。6）機(jī)器視覺與機(jī)器人通信，及其標(biāo)定、編程與調(diào)試應(yīng)用。7）機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用方案的制定與集成，生產(chǎn)線運(yùn)行質(zhì)量的保證和生產(chǎn)優(yōu)化。8）理論與技能培訓(xùn)，以及現(xiàn)場物料、設(shè)備、人員、技術(shù)管理和指定保養(yǎng)方案。9）機(jī)器人系統(tǒng)日常保養(yǎng)和周邊設(shè)備保養(yǎng)。5.6人才培養(yǎng)4.工業(yè)機(jī)器人裝調(diào)維修工1）根據(jù)機(jī)械裝配圖完成機(jī)械零部件、機(jī)器人或工作站系統(tǒng)部件等機(jī)械裝置的檢驗(yàn)與裝配。2）根據(jù)機(jī)器人電氣裝配圖完成機(jī)器人或工作站電氣組成部件的檢驗(yàn)與裝配。3）完成機(jī)器人的整機(jī)調(diào)試，包括安裝質(zhì)量檢查、性能調(diào)試等。4）能夠完成系統(tǒng)校準(zhǔn)，進(jìn)行校準(zhǔn)補(bǔ)償、參數(shù)與位置修正、環(huán)境識(shí)別、異常判斷與分析、故障處理等。5）能夠完成系統(tǒng)標(biāo)定，進(jìn)行坐標(biāo)系對準(zhǔn)、測量采樣、性能評價(jià)、機(jī)器人位姿與軌跡規(guī)劃、采樣數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析、異常應(yīng)對等。6）進(jìn)行機(jī)器人機(jī)械與電氣功能部件、控制系統(tǒng)、外圍設(shè)置等的維修，完成系統(tǒng)常見故障的處理與日常保養(yǎng)，以及機(jī)器人技術(shù)改進(jìn)與智能機(jī)器人維修等。7）按照要求完成機(jī)器人培訓(xùn)，能夠撰寫培訓(xùn)方案、講義等。8）實(shí)現(xiàn)機(jī)器人項(xiàng)目的管理，進(jìn)行質(zhì)量控制和機(jī)器人集成應(yīng)用系統(tǒng)的改進(jìn)，并進(jìn)行技術(shù)總結(jié)。第6章工業(yè)機(jī)器人行業(yè)應(yīng)用6.1搬運(yùn)機(jī)器人1）動(dòng)作穩(wěn)定，搬運(yùn)準(zhǔn)確性較高。2）定位準(zhǔn)確，保證批量一致性。3）能夠在有毒、粉塵、輻射等危險(xiǎn)環(huán)境中作業(yè)，能改善工人的勞動(dòng)條件。4）生產(chǎn)柔性高、適應(yīng)性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)多形狀、不規(guī)則物料的搬運(yùn)。5）能夠部分代替人工操作，且可以進(jìn)行長期重載作業(yè)，生產(chǎn)效率高。6.1搬運(yùn)機(jī)器人6.1.1搬運(yùn)機(jī)器人的分類6.1搬運(yùn)機(jī)器人1.直角式搬運(yùn)機(jī)器人2.關(guān)節(jié)式搬運(yùn)機(jī)器人（1）水平關(guān)節(jié)式搬運(yùn)機(jī)器人這種機(jī)器人一般為4個(gè)軸，是一種精密型搬運(yùn)機(jī)器人，具有速度快、精度高、柔性好、重復(fù)定位精度高等特點(diǎn)，在垂直升降方向剛性好，尤其適用于平面搬運(yùn)場合，廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械和輕工業(yè)等產(chǎn)品的搬運(yùn)，如圖6-3所示。6.1搬運(yùn)機(jī)器人（2）垂直關(guān)節(jié)式搬運(yùn)機(jī)器人這種機(jī)器人多為6個(gè)自由度，其動(dòng)作接近人類，工作時(shí)能夠繞過基座周圍的一些障礙物，動(dòng)作靈活，廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械等行業(yè)，如圖6-4所示。3.并聯(lián)式搬運(yùn)機(jī)器人6.1搬運(yùn)機(jī)器人6.1.2搬運(yùn)機(jī)器人的系統(tǒng)組成6.1搬運(yùn)機(jī)器人1.搬運(yùn)作業(yè)系統(tǒng)2.周邊設(shè)備6.2焊接機(jī)器人1）具有較高的穩(wěn)定性，能提高焊接質(zhì)量，保證焊接產(chǎn)品的均一性。2）能夠在有害、惡劣的環(huán)境下作業(yè)，改善工人的勞動(dòng)條件。3）降低對工人操作技術(shù)的要求，且可以進(jìn)行連續(xù)作業(yè)，生產(chǎn)效率高。4）可實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動(dòng)化生產(chǎn)。5）能夠縮短產(chǎn)品更新?lián)Q代的準(zhǔn)備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資，提高企業(yè)效益。6）提高一種柔性自動(dòng)化生產(chǎn)方式，可以在一條焊接生產(chǎn)線上同時(shí)自動(dòng)生產(chǎn)多種焊件。6.2焊接機(jī)器人6.2.1焊接機(jī)器人的分類6.2焊接機(jī)器人1.點(diǎn)焊機(jī)器人6.2焊接機(jī)器人2.弧焊機(jī)器人（1）熔化極氣體保護(hù)焊這是指連續(xù)等速送進(jìn)可熔化的焊絲并將被焊工件之間的電弧作熱源來熔化焊絲和母材金屬，形成熔池和焊縫，同時(shí)利用外加保護(hù)氣體作電弧介質(zhì)來保護(hù)熔滴、熔池金屬及焊接區(qū)高溫金屬免受周圍空氣的有害作用，從而得到良好焊縫的焊接方法，如圖6-11所示。6.2焊接機(jī)器人1）在焊接過程中，電弧及熔池的加熱熔化情況清晰可見，便于發(fā)現(xiàn)問題與及時(shí)調(diào)整，故焊接過程與焊縫質(zhì)量易于控制。2）在通常情況下不需要采用管狀焊絲，焊接過程中沒有熔渣，故焊后不需要清渣，從而降低了焊接成本。3）適用范圍廣，生產(chǎn)效率高。4）焊接時(shí)，采用明弧和使用的電流密度大，電弧光輻射較強(qiáng)，且不適于在有風(fēng)的地方或露天施焊，往往設(shè)備較復(fù)雜。6.2焊接機(jī)器人（2）非熔化極氣體保護(hù)焊這主要是指鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG焊），即采用純鎢或活化鎢作為不熔化電極，利用外加惰性氣體作為保護(hù)介質(zhì)的一種電弧焊方法。1）在弧焊過程中，電弧可以自動(dòng)清除工件表面的氧化膜，適用于焊接易氧化、化學(xué)活潑性強(qiáng)的有色金屬、不銹鋼和各種合金。2）鎢極電弧穩(wěn)定，即使在很小的焊接電流（<10A）下仍可穩(wěn)定燃燒，特別適用于薄板、超薄板材料的焊接。3）熱源和填充焊絲可分別控制，熱輸入容易調(diào)節(jié)，可進(jìn)行各種位置的焊接。4）鎢極承載電流的能力較差，過大的電流會(huì)引起鎢極的熔化和蒸發(fā)，其微粒有可能進(jìn)入熔池，造成污染。3.激光焊機(jī)器人1）焦點(diǎn)光斑小，功率密度高，能焊接高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度的合金材料。2）無需電極，沒有電極污染或受損的顧慮。6.2焊接機(jī)器人3）屬于非接觸式焊接，可極大地降低機(jī)具的耗損及變形。4）焊接速度快，功效高，可進(jìn)行任何復(fù)雜形狀的焊接，且可焊材質(zhì)的種類范圍大。5）熱影響區(qū)小，材料變形小，無需后續(xù)工序。6）不受磁場所影響，能精確地對準(zhǔn)焊件。7）煤件位置需非常精確，務(wù)必在激光束的聚焦范圍內(nèi)。8）高反射性及高導(dǎo)熱性材料（如鋁、銅及其合金等）的焊接性會(huì)受激光所改變。6.2.2弧焊動(dòng)作（1）直線擺動(dòng)機(jī)器人沿著一條直線做一定振幅的擺動(dòng)。（2）圓弧擺動(dòng)機(jī)器人能夠以一定的振幅擺動(dòng)通過一段圓弧。6.2焊接機(jī)器人6.2焊接機(jī)器人6.2焊接機(jī)器人6.2.3焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成1.點(diǎn)焊機(jī)器人的系統(tǒng)組成（1）點(diǎn)焊作業(yè)系統(tǒng)包括焊鉗、點(diǎn)煤控制器、供電系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)和供水系統(tǒng)等。1）焊鉗：煤鉗是指將點(diǎn)焊用的電極、焊槍架和加壓裝置等緊湊匯總的焊接裝置。6.2焊接機(jī)器人6.2焊接機(jī)器人2）點(diǎn)焊控制器：煤接電流、通電時(shí)間和電極加壓力是點(diǎn)焊的三大條件，而點(diǎn)焊控制器是合理控制這三大條件的裝置，是點(diǎn)焊作業(yè)系統(tǒng)中最重要的設(shè)備。3）供電系統(tǒng)：供電系統(tǒng)主要包括電源和機(jī)器人變壓器（圖6-17），其作用是為點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)提供動(dòng)力。4）供氣系統(tǒng)：供氣系統(tǒng)包括氣源、水氣單元和焊鉗進(jìn)氣管等。5）供水系統(tǒng)：供水系統(tǒng)包括冷卻水循環(huán)裝置、焊鉗冷水管和焊鉗回水管等。6.2焊接機(jī)器人（2）周邊設(shè)備周邊設(shè)備包括安全保護(hù)裝置、機(jī)器人安裝平臺(tái)、輸送裝置、工件擺放裝置、電極修磨機(jī)、點(diǎn)焊機(jī)壓力測試儀和焊機(jī)專用電流表等，用以輔助點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)完成整個(gè)點(diǎn)焊作業(yè)。1）電極修磨機(jī)：用于對點(diǎn)焊過程中磨損的電極進(jìn)行打磨，去除電極表面的污垢，如圖6-20所示。2）點(diǎn)焊機(jī)壓力測試儀：用于焊鉗的壓力校正，如圖6-21所示。3）焊機(jī)專用電流表：用于設(shè)備的維護(hù)以及點(diǎn)焊時(shí)二次短路電流的測試，如圖6-22所示。6.2焊接機(jī)器人2.弧焊機(jī)器人的系統(tǒng)組成6.2焊接機(jī)器人（1）弧焊作業(yè)系統(tǒng)弧焊作業(yè)系統(tǒng)主要由弧焊電源、焯槍、送絲機(jī)、保護(hù)氣氣瓶總成和焊絲盤架組成。1）弧焊電源。2）煤槍。6.2焊接機(jī)器人6.2焊接機(jī)器人3）送絲機(jī)。4）焊絲盤架。6.2焊接機(jī)器人6.2焊接機(jī)器人（2）周邊設(shè)備周邊設(shè)備包括變位機(jī)、焊槍清理裝置和工具快換裝置等，用以輔助弧焊機(jī)器人系統(tǒng)完成整個(gè)弧焊作業(yè)。1）變位機(jī)。2）焊槍清理裝置。6.2焊接機(jī)器人3.激光焊機(jī)器人的系統(tǒng)組成6.2焊接機(jī)器人（1）激光焊接作業(yè)系統(tǒng)激光焊接作業(yè)系統(tǒng)一般由激光加工頭、激光發(fā)生器等組成。1）激光加工頭。2）激光發(fā)生器。（2）周邊設(shè)備周邊設(shè)備包括安全保護(hù)裝置、機(jī)器人安裝平臺(tái)、輸送裝置和工件擺放裝置等，用以輔助激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)完成整個(gè)焊接作業(yè)。6.3噴涂機(jī)器人1）工件噴涂均勻，重復(fù)精度好，能得較高質(zhì)量的噴涂產(chǎn)品。2）提高了涂料的利用率，降低了噴涂過程中有害揮發(fā)性有機(jī)物的排放量。3）柔性強(qiáng)，能夠適應(yīng)多品種、小批量的噴涂任務(wù)。4）提高了噴槍的運(yùn)動(dòng)速度，縮短了生產(chǎn)節(jié)拍，效率顯著高于傳統(tǒng)的機(jī)械噴涂。5）易于操作和維護(hù)，可離線編程，大大地縮短現(xiàn)場調(diào)試時(shí)間。6.3噴涂機(jī)器人6.3.1噴涂機(jī)器人的分類6.3噴涂機(jī)器人1.球型手腕噴涂機(jī)器人2.非球型手腕噴涂機(jī)器人（1）正交非球型手腕噴涂機(jī)器人正交非球型手腕噴涂機(jī)器人的3個(gè)回轉(zhuǎn)軸相交于兩點(diǎn)，且相鄰軸線的夾角90°，具有代表性的ABB公司的IRB5400、IRBS500噴涂機(jī)器人。（2）斜交非球型手腕噴涂機(jī)器人斜交非球型手腕噴涂機(jī)器人的手腕相鄰兩軸線不垂直，而是具有一定角度，為3個(gè)回轉(zhuǎn)軸，且3個(gè)回轉(zhuǎn)軸相交于兩點(diǎn)的形式，具有代表性的為YASKAWA、Kawasaki、FANUC公司的噴涂機(jī)器人。6.3.2噴涂機(jī)器人的系統(tǒng)組成1.操作機(jī)1）手臂的工作范圍較大，進(jìn)行噴涂作業(yè)時(shí)可以靈活避障。2）手腕一般有2~3個(gè)自由度，適合內(nèi)部、狹窄的空間及復(fù)雜工件的噴涂。6.3噴涂機(jī)器人3）一般在水平手臂上搭載噴涂工藝系統(tǒng)，從而縮短清洗、換色時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約涂料及清洗液，如圖6-36所示。6.3噴涂機(jī)器人2.噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)3.供漆系統(tǒng)6.3噴涂機(jī)器人4.自動(dòng)噴槍/旋杯5.供電系統(tǒng)6.4打磨機(jī)器人1）改善工人勞動(dòng)環(huán)境，可在有害環(huán)境下長期工作。2）降低對工人操作技術(shù)的要求，減輕工人的工作勞動(dòng)力。3）安全性高，避免因工人疲勞或操作失誤引起的風(fēng)險(xiǎn)。4）工作效率高，一天可24h連續(xù)生產(chǎn)。5）提高打磨質(zhì)量，產(chǎn)品精度高，且穩(wěn)定性好，保證其一致性。6）環(huán)境污染少，減少二次投資。6.4打磨機(jī)器人6.4.1打磨機(jī)器人的分類6.4打磨機(jī)器人1.機(jī)器人持工件1）可以跟隨很復(fù)雜的幾何形狀。2）可以將打磨后的工件直接放到發(fā)貨架上，容易實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場流線化。3）在一個(gè)工位上完成機(jī)器人的裝件、打磨和卸件，投資相對較小。4）打磨設(shè)備可以很大，也可以采用大功率，可以使打磨設(shè)備的維護(hù)周期加長，加快打磨速度。5）可以采用便宜的打磨設(shè)備。2.機(jī)器人持工具1）要求工具的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。2）打磨頭的尺寸小，消耗快，更換頻繁。3）可以從工具庫中選擇和更換所需的工具。4）可以用于磨削工件的內(nèi)部表面。6.4打磨機(jī)器人6.4.2打磨機(jī)器人的系統(tǒng)組成1.打磨作業(yè)系統(tǒng)（1）打磨動(dòng)力頭打磨動(dòng)力頭是一種用于機(jī)器人末端進(jìn)行自動(dòng)化打磨的裝置，如圖6-42所示。（2）變頻器變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源（通常50Hz）變成頻率連續(xù)可調(diào)的電能控制裝置，如圖6-44所示。6.4打磨機(jī)器人6.4打磨機(jī)器人（3）自動(dòng)快換裝置在多任務(wù)作業(yè)環(huán)境中，一臺(tái)機(jī)器人要能夠完成抓取、搬運(yùn)、安裝、打磨、卸料等多種任務(wù)，而自動(dòng)快換裝置的出現(xiàn)，讓機(jī)器人能夠根據(jù)程序要求和任務(wù)性質(zhì)，自動(dòng)快速地更換末端執(zhí)行器，完成相應(yīng)的任務(wù)，如圖6-45所示。2．周邊設(shè)備第7章工業(yè)機(jī)器人視覺技術(shù)及應(yīng)用7.1工業(yè)機(jī)器人視覺功能7.1工業(yè)機(jī)器人視覺功能7.1.1引導(dǎo)7.1工業(yè)機(jī)器人視覺功能7.1.2檢測7.1工業(yè)機(jī)器人視覺功能7.1.3測量7.1工業(yè)機(jī)器人視覺功能7.1.4識(shí)別7.2工業(yè)機(jī)器人視覺系統(tǒng)概述7.2.1工業(yè)機(jī)器人視覺系統(tǒng)的基本組成1）工業(yè)相機(jī)與工業(yè)鏡頭——這部分屬于成像器件，通常的視覺系統(tǒng)都由一套或多套這樣的成像系統(tǒng)組成，如果有多路相機(jī)，那么可以由圖像卡切換來獲取圖像數(shù)據(jù)，也可以由同步控制同時(shí)獲取多相機(jī)通道的數(shù)據(jù)。7.2工業(yè)機(jī)器人視覺系統(tǒng)概述2）光源——作輔助成像器件，對成像質(zhì)量的好壞往往能起到至關(guān)重要的作用，各種形狀的LED燈、高頻熒光燈、光纖鹵素?zé)舻裙庠炊伎赡軙?huì)用到。3）傳感器—通常以光纖開關(guān)、接近開關(guān)等的形式出現(xiàn)，用來判斷被測對象的位置和狀態(tài)，以告知圖像傳感器進(jìn)行正確的采集。4）圖像采集卡——通常以插人卡的形式安裝在PC中，其主要工作是把相機(jī)輸出的圖像輸送給計(jì)算機(jī)主機(jī)。5）圖像處理軟件——機(jī)器視覺軟件用來完成對輸入圖像數(shù)據(jù)的處理，然后通過一定的運(yùn)算得出結(jié)果，這個(gè)輸出結(jié)果可能是PASS/FAIL信號(hào)、坐標(biāo)位置、字符串等。6）機(jī)器人控制單元（包含I/O、運(yùn)動(dòng)控制、電平轉(zhuǎn)化單元等）—一旦視覺軟件完成了圖像分析（除非僅用于監(jiān)控），緊接著需要與外部單元進(jìn)行通信以完成對生產(chǎn)過程的控制。7）工業(yè)機(jī)器人等外部設(shè)備—工業(yè)機(jī)器人作視覺系統(tǒng)的主要執(zhí)行單元，根據(jù)控制單元的指令及處理結(jié)果，可以完成對工件的定位、檢測、識(shí)別、測量等操作。7.2工業(yè)機(jī)器人視覺系統(tǒng)概述7.2.2工業(yè)機(jī)器人視覺系統(tǒng)的工作過程7.2工業(yè)機(jī)器人視覺系統(tǒng)概述7.2.3相機(jī)的安裝7.3工業(yè)機(jī)器人視覺技術(shù)基礎(chǔ)7.3.1視覺系統(tǒng)成像原理1.透視成像原理7.3工業(yè)機(jī)器人視覺技術(shù)基礎(chǔ)2．坐標(biāo)系（1）世界坐標(biāo)系世界坐標(biāo)系是指空間環(huán)境中的一個(gè)三維直角坐標(biāo)系，如圖7-12中的所示，通常為基準(zhǔn)坐標(biāo)系，用來描述環(huán)境中任何物體（如攝像機(jī)）的位置。（2）攝像機(jī)坐標(biāo)系攝像機(jī)坐標(biāo)系是以透鏡光學(xué)原理基礎(chǔ)的，其坐標(biāo)系原點(diǎn)攝像機(jī)的光心，軸為7.3工業(yè)機(jī)器人視覺技術(shù)基礎(chǔ)攝像機(jī)光軸，如圖7-12中的空間直角坐標(biāo)系，其中zc軸與光軸重合。（3）圖像坐標(biāo)系圖像坐標(biāo)系是建立在攝像機(jī)光敏成像面上、原點(diǎn)在攝像機(jī)光軸上的二維坐標(biāo)系，如圖7-12中的o一xy。（4）像素坐標(biāo)系像素坐標(biāo)系是一種邏輯坐標(biāo)系，存在于攝像機(jī)內(nèi)存中，并以矩陣的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，其原點(diǎn)位于圖像的左上角，如圖7-13所示的平面直角坐標(biāo)系o0-uv。7.3工業(yè)機(jī)器人視覺技術(shù)基礎(chǔ)3.畸變模型7.3工業(yè)機(jī)器人視覺技術(shù)基礎(chǔ)7.3.2數(shù)字圖像基礎(chǔ)1.數(shù)字圖像的定義7.3工業(yè)機(jī)器人視覺技術(shù)基礎(chǔ)2.像素與像素級7.3工業(yè)機(jī)器人視覺技術(shù)基礎(chǔ)7.3工業(yè)機(jī)器人視覺技術(shù)基礎(chǔ)3.圖像處理基礎(chǔ)（1）灰度處理灰度是指只含亮度信息、不含色彩信息。7.3工業(yè)機(jī)器人視覺技術(shù)基礎(chǔ)（2）圖像二值化在進(jìn)行了灰度化處理之后，圖像中每個(gè)像素的R、G、B同一個(gè)值，即像素的灰度值，它的大小決定了像素的亮暗程度。（3）圖像銳化由于噪聲、光照等外界環(huán)境或設(shè)備本身的原因，圖像在生成、獲取與傳輸?shù)倪^程中，往往會(huì)發(fā)生質(zhì)量的降低，因此在對圖像進(jìn)行邊緣檢測、圖像分割等操作之前，一般都需要對原始數(shù)字圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。7.3工業(yè)機(jī)器人視覺技術(shù)基礎(chǔ)7.4工業(yè)機(jī)器人視覺應(yīng)用7.4.1汽車領(lǐng)域1.發(fā)動(dòng)機(jī)總成視覺檢測2．車燈外邊緣及面差隙差檢測7.4工業(yè)機(jī)器人視覺應(yīng)用7.4.2電子及半導(dǎo)體領(lǐng)域7.4工業(yè)機(jī)器人視覺應(yīng)用7.4.3食品和飲料領(lǐng)域7.4工業(yè)機(jī)器人視覺應(yīng)用1）盒裝食品外包裝的檢測。2）透明瓶裝飲料的液位及瓶蓋缺損的檢測。3）易拉罐包裝飲料、罐頭食品等外形的檢測。4）紙盒飲料外包裝的檢測。5）整體包裝的計(jì)數(shù)。第8章智能移動(dòng)機(jī)器人8.1智能機(jī)器人（1）自主性可在特定的環(huán)境中，不依賴任何外部控制，無需人為干預(yù)，完全自主地執(zhí)行特定的任務(wù)。8.1智能機(jī)器人（2）適應(yīng)性實(shí)時(shí)識(shí)別和測量周圍的物體，并根據(jù)環(huán)境的變化調(diào)節(jié)自身的參數(shù)，調(diào)整動(dòng)作策略，處理緊急情況。（3）交互性機(jī)器人可以與人、外部環(huán)境及其他機(jī)器人進(jìn)行信息交流。（4）學(xué)習(xí)性機(jī)器人在自主感知環(huán)境變化的基礎(chǔ)上，可形成和進(jìn)化出新的活動(dòng)規(guī)則，自主獨(dú)立地活動(dòng)和處理問題。（5）協(xié)同性在實(shí)時(shí)交互的基礎(chǔ)上，機(jī)器人可根據(jù)任務(wù)和需求實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的相互協(xié)作及人機(jī)協(xié)同。8.1.2智能機(jī)器人的基本要素1.感知要素2.決策要素3.行動(dòng)要素8.2智能移動(dòng)機(jī)器人1.概念2.分類1）根據(jù)移動(dòng)方式來分，可分為輪式移動(dòng)機(jī)器人、履帶式移動(dòng)機(jī)器人（圖8-2）、步行移動(dòng)機(jī)器人（見圖8-3）、爬行機(jī)器人、蠕動(dòng)式機(jī)器人和游動(dòng)式機(jī)器人等類型。8.2智能移動(dòng)機(jī)器人2）根據(jù)工作環(huán)境來分，可分為室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人和室外移動(dòng)機(jī)器人。3）根據(jù)控制體系結(jié)構(gòu)來分，可分為功能式（水平式）結(jié)構(gòu)機(jī)器人、行式（垂直式）結(jié)構(gòu)機(jī)器人和混合式機(jī)器人。4）根據(jù)功能和用途來分，可分為工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、助殘機(jī)器人、清潔機(jī)器人等。8.2.2智能移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展歷程1.國外發(fā)展概況（1）概念期智能移動(dòng)機(jī)器人的研究可以追溯到20世紀(jì)60年代。（2）萌芽期1993年，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的步行機(jī)器人DanteI和DanteII（圖8-5）用于探索活火山。8.2智能移動(dòng)機(jī)器人8.2智能移動(dòng)機(jī)器人（3）發(fā)展期2002年，iRobot公司推出了吸塵器機(jī)器人Roomba，它能避開障礙自動(dòng)設(shè)計(jì)行進(jìn)路線，還能在電量不足時(shí)自動(dòng)駛向充電座。8.2智能移動(dòng)機(jī)器人2.國內(nèi)發(fā)展概況8.2智能移動(dòng)機(jī)器人8.2智能移動(dòng)機(jī)器人8.2.3智能移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成8.3智能移動(dòng)平臺(tái)8.3.1智能移動(dòng)平臺(tái)的概念及特點(diǎn)1.概念2.特點(diǎn)1）高度自動(dòng)化。2）充電便捷。3）移動(dòng)方便。8.3智能移動(dòng)平臺(tái)8.3.2AGV控制系統(tǒng)的組成（1）任務(wù)管理任務(wù)管理是指提供根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級和啟動(dòng)時(shí)間的調(diào)度運(yùn)行，提供對任務(wù)的各種操作，如啟動(dòng)、停止、取消等。（2）車輛管理車輛管理是AGV管理的核心模塊，它根據(jù)物料搬運(yùn)任務(wù)的請求來分配調(diào)度AGV執(zhí)行任務(wù)，根據(jù)AGV行走時(shí)間最短原則來計(jì)算AGV的最短行走路徑，并控制指揮AGV的行走過程，及時(shí)下達(dá)裝卸貨和充電命令。（3）交通管理根據(jù)AGV的物理尺寸大小、運(yùn)行狀態(tài)和路徑狀況，提供AGV互相自動(dòng)避讓的措施，同時(shí)避免車輛互相等待而發(fā)生死鎖的情況。8.3智能移動(dòng)平臺(tái)（4）通信管理通信管理提供AGV地面控制系統(tǒng)與AGV單機(jī)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、地面IO設(shè)備、車輛仿真系統(tǒng)及上位計(jì)算機(jī)的通信功能。（1）導(dǎo)航AGV單機(jī)通過自身裝備的導(dǎo)航器件來測量并計(jì)算出所在全局坐標(biāo)系中的位置和航向。（2）導(dǎo)引AGV單機(jī)根據(jù)當(dāng)前的位置、航向及預(yù)先設(shè)定的理論軌跡來計(jì)算下個(gè)周期的速度值和轉(zhuǎn)向角度值，即AGV運(yùn)動(dòng)的命令值。（3）路徑選擇AGV單機(jī)根據(jù)地面控制系統(tǒng)的指令，通過計(jì)算預(yù)先選擇即將運(yùn)行的路徑，并將結(jié)果報(bào)送給地面控制系統(tǒng)，能否運(yùn)行由地面控制系統(tǒng)根據(jù)其他AGV所在的位置統(tǒng)一調(diào)配。（4）車輛驅(qū)動(dòng)AGV單機(jī)根據(jù)導(dǎo)引的計(jì)算結(jié)果和路徑選擇信息，通過伺服器件來控制車輛運(yùn)行。8.3智能移動(dòng)平臺(tái)8.3.3導(dǎo)航導(dǎo)引技術(shù)1.電磁導(dǎo)引2.磁帶導(dǎo)引8.3智能移動(dòng)平臺(tái)3.色帶導(dǎo)引4.二維碼導(dǎo)引5.慣性導(dǎo)航6.GPS導(dǎo)航8.3智能移動(dòng)平臺(tái)7.激光導(dǎo)航8.自然導(dǎo)航9.視覺導(dǎo)航8.3智能移動(dòng)平臺(tái)8.3智能移動(dòng)平臺(tái)8.4協(xié)作機(jī)器人8.4.1協(xié)作機(jī)器人的概念及特點(diǎn)（1）輕量化使機(jī)器人更易于控制，提高安全性。（2）友好性保證機(jī)器人的表面和關(guān)節(jié)是光滑且平整的，無尖銳的轉(zhuǎn)角或者易夾傷操作人員的縫隙。（3）部署靈活機(jī)身能夠縮小到可放置在工作臺(tái)上的尺寸，可安裝在任何地方。（4）感知能力感知周圍的環(huán)境，并根據(jù)環(huán)境變化來改變自身的動(dòng)作行為。（5）人機(jī)協(xié)作具有敏感的力反饋特性，當(dāng)達(dá)到已設(shè)定的力時(shí)會(huì)立即停止，在風(fēng)險(xiǎn)評估后可不需要安裝保護(hù)欄，使人和機(jī)器人能協(xié)同工作。8.4協(xié)作機(jī)器人（6）編程方便對于一些普通操作者和非技術(shù)背景的人員來說，都非常容易進(jìn)行編程與調(diào)試。（7）使用成本低基本上不需要維護(hù)保養(yǎng)的成本投入，機(jī)器人本體功耗較低。8.4協(xié)作機(jī)器人（1）速度慢為了控制力和碰撞能力，協(xié)作機(jī)器人的運(yùn)行速度比較慢，通常只有傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行速度的1/3~1/2。（2）精度低為了減小機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能，協(xié)作機(jī)器人的重量一般比較輕，結(jié)構(gòu)相對簡單，這就造成了整個(gè)機(jī)器人的剛性不足，定位精度相比傳統(tǒng)機(jī)器人差1個(gè)數(shù)量級。（3）負(fù)載小低自重、低能量的要求，導(dǎo)致協(xié)作機(jī)器人的體型都很小，負(fù)載一般在10kg以下，工作范圍只與人的手臂相當(dāng)，很多場合無法使用。8.4.2協(xié)作機(jī)器人的行業(yè)應(yīng)用（1）汽車行業(yè)工業(yè)機(jī)器人已在汽車和運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)中應(yīng)用多年，主要在防護(hù)欄后面執(zhí)行噴漆和焊接操作。（2）3C行業(yè)3C行業(yè)具有元件精密和生產(chǎn)線更換頻繁兩大特點(diǎn)，一直以來都面臨著自動(dòng)化效率方面的挑戰(zhàn)，而協(xié)作機(jī)器人擅長在上述環(huán)境中工作，可用于金屬鍛造、檢測、組裝以及研磨工作站中，實(shí)現(xiàn)許多電子部件制造任務(wù)的自動(dòng)化處理所需要的軟接觸和高靈活性，如圖8-23所示。8.4協(xié)作機(jī)器人（3）食品行業(yè)食品行業(yè)容易受到季節(jié)性活動(dòng)的影響，高峰期間勞動(dòng)力頻繁增減十分常見，而這段時(shí)間內(nèi)往往很難雇到合適的人手，得益于協(xié)作機(jī)器人使用的靈活性，協(xié)作機(jī)器人有助于滿足三班倒和季節(jié)性勞動(dòng)力供應(yīng)的需求，并可用于多條不同的生產(chǎn)線，如包裝箱體、裝卸生產(chǎn)線、協(xié)助檢查等，如圖8-24所示。（4）塑料行業(yè)塑料設(shè)備的部件和材料普遍較輕，此行業(yè)非常適合使用協(xié)作機(jī)器人。8.4協(xié)作機(jī)器人（5）金屬加工行業(yè)金屬加工環(huán)境是人類最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境之一，酷熱、巨大的噪聲和難聞的氣味司空見慣。（6）醫(yī)療行業(yè)協(xié)作機(jī)器人可在制藥與生命科學(xué)行業(yè)領(lǐng)域執(zhí)行多種工作任務(wù)，從醫(yī)療器械和植入物包裝，到協(xié)助手術(shù)的進(jìn)行。第9章智能制造虛擬仿真技術(shù)9.1工業(yè)機(jī)器人離線編程技術(shù)簡介9.1.1工業(yè)機(jī)器人離線編程概念1）縮短機(jī)器人停機(jī)的時(shí)間，當(dāng)對下一個(gè)任務(wù)進(jìn)行編程時(shí)，機(jī)器人可仍在生產(chǎn)線上工作。2）使編程者遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的工作環(huán)境，改善了編程環(huán)境。3）離線編程系統(tǒng)使用范圍廣，并且可以便捷地優(yōu)化程序。4）可以通過仿真預(yù)知將要發(fā)生的問題，從而及時(shí)將問題解決，減少損失。5）可對復(fù)雜任務(wù)進(jìn)行編程，離線編程軟件能夠基于CAD模型中的幾何特征（如關(guān)鍵點(diǎn)、輪廓線、平面、曲面等）自動(dòng)生成軌跡。6）直觀地觀察機(jī)器人的工作過程，判斷包括超程、碰撞、奇異點(diǎn)、超工作空間等錯(cuò)誤。9.1.2工業(yè)機(jī)器人離線編程軟件1.ROBOGUIDE9.1工業(yè)機(jī)器人離線編程技術(shù)簡介9.1工業(yè)機(jī)器人離線編程技術(shù)簡介9.1工業(yè)機(jī)器人離線編程技術(shù)簡介2.RobotStudio9.1工業(yè)機(jī)器人離線編程技術(shù)簡介9.1工業(yè)機(jī)器人離線編程技術(shù)簡介9.1.3工業(yè)機(jī)器人離線編程應(yīng)用領(lǐng)域1.搬運(yùn)2.焊接9.1工業(yè)機(jī)器人離線編程技術(shù)簡介3.噴涂4.打磨9.2

ROBOGUIDE編程實(shí)例9.2

ROBOGUIDE編程實(shí)例9.2.1路徑規(guī)劃9.2

ROBOGUIDE編程實(shí)例9.2.2基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)工作站搭建1）創(chuàng)建新的工作單元。2）實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的導(dǎo)入。3）機(jī)器人，本體的安裝。4）工具的導(dǎo)人及安裝。5）基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)模塊的導(dǎo)入及安裝。1.創(chuàng)建新的工作站9.2

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