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1、章节目录,第1章 工业机器人工作站概述,1.1.4工业机器人的特点,章节目录第1章 工业机器人工作站概述工业机器人工作站的分,学习目标,了解什么是工业机器人工作站了解什么是工业机器人生产线熟悉工业机器人工作站的分类掌握机器人工作站的应用,能力目标,知识目标,第1章 工业机器人工作站概述,学习目标了解什么是工业机器人工作站能力目标知识目标第1章,工业机器人指能在人的控制下工作，并能替代人力在生产线上工作的多关节机械手或多自由度的机器装置。 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。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。 工业机器人程序输入方式有离线编程输
2、入型和示教编程输入型两类。,1.1.1 工业机器人的定义,第1章 工业机器人工作站概述,工业机器人指能在人的控制下工作，并能替代人力在生产线上,工业机器人的驱动系统是带动操作机各运动副的动力源。常用的驱动方式： 电动机驱动方式 液压驱动方式 电气驱动方式,1.1.2 工业机器人的动力,第1章 工业机器人工作站概述,工业机器人的驱动系统是带动操作机各运动副的动力源。常,第1章 工业机器人工作站概述,机器人操作机是有若干个构件和关节组成的多自由度空间机构，其运动都是由驱动器经各种机械传动装置减速后驱动负载。机器人中常用的机械传动机构有：齿轮传动、蜗杆传动、滚珠丝杠传动、同步齿形带传动、链传动、行星
3、齿轮传动。,1.1.3 工业机器人的机械传动机构,1.齿轮齿条：旋转运动变为直线运动,图1-1 齿轮齿条装置1-拖板 2-导向杆 3-齿轮 4-齿条,第1章 工业机器人工作站概述 机器人操作机是有若干个,第1章 工业机器人工作站概述,2.普通丝杆（丝杠螺母副）及滚珠丝杠传动,1.1.3 工业机器人的机械传动机构,图1-2 滚珠丝杠的基本组成1-滚珠循环返回装置 2-螺母 3-丝杠 4-滚珠,第1章 工业机器人工作站概述2.普通丝杆（丝杠螺母副）及,第1章 工业机器人工作站概述,3.谐波传动一般电机是高转速、低力矩的驱动器，在机器人中要用减速器变成低转速、高力矩的驱动器，如图1-3,1-4所示。
4、,1.1.3 工业机器人的机械传动机构,图1-3 行星齿轮传动结构简图,图1-4 谐波齿轮传动机构,第1章 工业机器人工作站概述3.谐波传动1.1.3 工,第1章 工业机器人工作站概述,3.谐波传动谐波齿轮减速装置的工作原理：通常波发生器为主动件，柔轮和刚轮为从动件，另一个为固定件。柔轮产生的弹性变形成为椭圆，使两个长端的齿与刚轮的齿啮合，短轴上的齿脱开，啮入与啮出实现传动，如图1-5所示。,1.1.3 工业机器人的机械传动机构,第1章 工业机器人工作站概述3.谐波传动1.1.3 工,第1章 工业机器人工作站概述,工业机器人一般具有以下四大特征： 1.拟人功能。 2.可重复编程。 3.通用性。
5、 4.机电一体化。,1.1.4 工业机器人的特点,第1章 工业机器人工作站概述 工业机器人一般具有以下四大,工业机器人工作站是指使用一台或多台机器人，配有控制系统、辅助装置及周边设备，进行简单生产作业，从而达到完成特定工作任务的生产单元。工业机器人工作站一般由以下部分组成：（1）机器人本体（2）机器人末端执行器（3）夹具和变位机（4）机器人架座（5）配套及安全装置（6）动力源（7）工件储运设备（8）检查、监视和控制系统,1.2.1 工业机器人工作站,图1-6 工业焊接机器人工作站1机器人 2末端执行器 3控制柜 4焊接工件5变位机 6焊机 7送丝机 8焊枪清理装置,第1章 工业机器人工作站概述
6、,工业机器人工作站是指使用一台或多台机器人，配有控制系统、,1.2.1 工业机器人工作站的定义,FD-B4L弧焊机器人工作站,工业机器人工作站是指使用一台或多台机器人，配有控制系统、辅助装置及周边设备，进行简单生产作业，从而达到完成特定工作任务的生产单元。工业机器人工作站一般由以下部分组成：,（1）机器人本体；（2）机器人末端执行器；（3）夹具和变位机；（4）机器人架座；（5）配套及安全装置；（6）动力源；（7）工件储运设备； （8）检查、监视和控制系统；,第1章 工业机器人工作站概述,1.2.1 工业机器人工作站的定义FD-B4L弧焊机器人工作,1.2.2 工业机器人生产线的定义及应用,1.
7、 工业机器人生产线的定义工业机器人生产线是指使用了两台或多台机器人，配有物流系统及自动控制同步系统，组成进行工序内容多且复杂作业，同时完成几项工作任务的生产体系。一般包括以下几部分：（1）机器人工作站（2）非机器人工作站（3）专用装置工作站、人工处理工作站、空设站（4）中转仓库（5）机器人子生产线（6）物流系统（7）动力系统（8）控制系统（9）辅助设备及安全装置,第1章 工业机器人工作站概述,1.2.2 工业机器人生产线的定义及应用1. 工业机器人生,1.1.2 工业机器人生产线的定义及应用,图1-7 一汽轿车厂HT-120工业机器人生产线,第1章 工业机器人工作站概述,1.1.2 工业机器人
8、生产线的定义及应用图1-7 一汽轿,1.1.2 工业机器人生产线的定义及应用,2. 工业机器人生产线示例： 特斯拉的全自动化组装生产线超级工厂内一共有160台机器人，分属四大制造环节：冲压生产线、车身中心、烤漆中心和组装中心。,图1-8 车身组装中心,第1章 工业机器人工作站概述,1.1.2 工业机器人生产线的定义及应用2. 工业机器人生,1. 3 工业机器人工作站的设计原则,工业机器人作为先进制造技术和自动化装备的典型代表，不仅对于先进制造业的发展具有重要的作用，而且对于高科技产业和传统产业的发展具有显著的促进作用。作为新兴的高新技术产业和智能化产业，工业机器人产业具有高新技术产业所表现的特
9、征：高投入、高风险、高回报、高技术、高难度、高潜能等。 工业机器人工作站作为单一作业的生产单元，其一般设计原则：1. 设计前必须充分分析作业对象，拟定最合理的作业工艺；2. 必须满足作业的功能要求和环境条件；3. 必须满足生产节拍要求；4. 整体及各组成部分必须全部满足安全规范及标准；5. 各设备及控制系统应具有故障显示及报警装置；6. 便于维护修理；7. 操作系统应简单明了，便于操作和人工干预；8. 操作系统便于联网控制；9. 工作站便于组装、布线和维护；10.经济实惠，快速投产。,第1章 工业机器人工作站概述,1. 3 工业机器人工作站的设计原则 工业机器人作为,工业机器人工作站，也称机器
10、人工作单元。分类主要有以下几种。1. 焊接机器人工作站 焊接机器人工作站，本身包括控制系统、驱动器、执行元器件如电机、机械机构、焊机系统。其可以独立完成焊机工作，也可以使用在自动化生产线上，作为焊接工序的一个工艺部分，成为生产线上一个具有焊接功能的一个“站”。机器人焊接工作站由机器人安装底座，全数字化焊接电源、送丝系统、水冷焊枪、清枪剪丝机构、变位机等组成。,图1-9 焊接机器人工作站,第1章 工业机器人工作站概述,工业机器人工作站，也称机器人工作单元。分类主要有以下几种。图,2. 搬运码垛机器人工作站 搬运码垛机器人工作站一般具有如下一些特点:应有物品的传送装置，其形式要根据物品的特点选用或
11、设计；可使物品准确地定位，以便于机器人抓取；多数情况下设有码垛的托板，或机动或自动地交换托板；有些物品在传送过程中还要经整型装置整型，以此保证码垛质量；要根据被报物品设计专用末端执行器；应选用适合于码垛作业的机器人；有时还设置有空托板库。 在码垛作业中，最常见的作业对象是袋装物品和箱装物品，一般来说箱装物品的外形整齐、变形小，其抓取的末端执行器多用真空吸盘和爪手；而袋装物品外形柔软，极易发生变形，因此在定位和抓取之前，应经过23次的整形处理，末端执行器也要根据物品特点专门设计，多用叉板式和夹钳式结构。另外，磁吸式末端执行器也是常见的一种形式。,第1章 工业机器人工作站概述,2. 搬运码垛机器人
12、工作站第1章 工业机器人工作站概述,图1-10 搬运码垛机器人工作站,第1章 工业机器人工作站概述,图1-10 搬运码垛机器人工作站第1章 工业机器人工作,3. 喷涂清洗机器人工作站 工业机器人自动喷涂工作站，包括喷涂防爆机器人、喷枪和自动换色系统。其特征包括十字旋转台和控制系统，喷涂防爆机器人上安设有喷枪；自动换色系统通过管道与喷枪相连，自动换色系统包括供漆装置和设在管道上并位设于供漆装置之后的换色阀组；供漆装置为多套，分别供应第一颜色漆、第二颜色漆等及清洗溶剂，换色阀组至少包括第一颜色阀、第二颜色阀等溶剂清洗阀，并分别与各套供漆装置一一对应，用于在控制系统控制下进行选色、供漆。 十字旋转台
13、包括一个在水平面上旋转的公转轴，公转轴上相连有T型转台，T型转台两侧分别设有一个自转轴，自转轴上分别相连有一个工件夹持夹具，用于夹持喷涂工件，喷涂工件随自转轴同步转动；控制系统用在十字旋转台将喷涂工件运动至喷涂工位时，控制自动换色系统自动选色，喷涂，喷涂完成后，控制十字旋转台公转，卸料，并在喷涂需要时控制十字旋转台自转而进行喷涂；在需要换色喷涂时，控制自动换色系统供应清洗溶剂进行自动清洗，然后根据目标漆色选色、供漆喷涂。,第1章 工业机器人工作站概述,3. 喷涂清洗机器人工作站第1章 工业机器人工作站概述,图1-11 喷漆机器人工作站,第1章 工业机器人工作站概述,图1-11 喷漆机器人工作站
14、第1章 工业机器人工作站概,4. 抛光打磨机器人工作站 设备配置机器人本体、自动输送线系统、喷涂/打磨抛光工装及转台、喷涂/打磨抛光系统、集尘装置、半自动机械手上下料机构、机器人控制系统。设备根据自动输送线和各种自动化设备根据客户实际情况进行设计和定制，喷釉机器人对卫生洁具进行喷釉，主要应用于陶瓷卫生洁具系列洗面器、坐便器（马桶）、水箱或立柱、小便器等自动喷釉,卫浴五金系列之水龙头、卫浴挂件、花洒等自动打磨抛光拉丝等。 其主要优点： （1）提高打磨质量和产品光洁度，保证其一致性； （2）提高生产率，一天可24小时连续生产； （3）改善工人劳动条件，可在有害环境下长期工作； （4）降低对工人操作
15、技术的要求； （5）缩短产品改型换代的周期，减少相应的投资设备； （6）可再开发性，用户可根据不同样件进行二次编程。 （7）解决长期以来的用工荒问题以及减低劳动成本。,第1章 工业机器人工作站概述,4. 抛光打磨机器人工作站第1章 工业机器人工作站概述,图1-12 打磨抛光机器人工作站,第1章 工业机器人工作站概述,图1-12 打磨抛光机器人工作站第1章 工业机器人工,5. 装配机器人工作站 装配机器人工作站中使用的装配机器人是专门为装配而设计的机器人，与其他工业机器人比较，它具有精度高、柔性好、工作范围小、能与其他系统配套使用等特点。目前广泛运用于用于各种电器制造，汽车及其部件、计算机、玩具
16、、机电产品及其组件的装配等方面。装配机器人工作站的运用对于工业生产的意义：（1）装配机器人工作站作业可以提高生产效率和产品质量。装配机器人在运转不停顿不休息，产品质量受人的因素影响较小，产品质量更稳定。（2）可以降低企业成本。在规模化生产中，一台机器人可以替代2到4名产业工人。（3）装配机器人工作站生产线容易安排生产计划。（4）装配机器人工作站作业可缩短产品改型换代的周期，降低相应的设备投资。（5）装配机器人工作站所用的机器人可以把工人从各种恶劣、危险的环境中解救出来，拓宽企业的业务范围。,第1章 工业机器人工作站概述,5. 装配机器人工作站第1章 工业机器人工作站概述,图1-13 装配机器人
17、工作站,第1章 工业机器人工作站概述,图1-13 装配机器人工作站第1章 工业机器人工作站,表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。 1. 工作空间（Work space）：工作空间是指机器人臂杆的特定部位在一定条件下所能到达空间的位置集合。工作空间的性状和大小反映了机器人工作能力的大小。 2. 运动自由度：自由度指机器人操作机在空间运动所需的变量数，用以表示机器人动作灵活程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。 3. 有效负载(Payload) ：有效负载是指机器人操作机在工作时臂端可能搬运的物体重量或所能
18、承受的力或力矩，用以表示操作机的负荷能力。 4.运动精度(Accuracy) ：机器人机械系统的精度主要涉及位姿精度、重复位姿精度、轨迹精度、重复轨迹精度等。,第1章 工业机器人工作站概述,1.4 工业机器人性能评判指标,表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由,5. 运动特性（Sped） ：速度和加速度是表明机器人运动特性的主要指标。在机器人说明书中，通常提供了主要运动自由度的最大稳定速度，但在实际应用中单纯考虑最大稳定速度是不够的，还应注意其最大允许加速度。 6. 动态特性：结构动态参数主要包括质量、惯性矩、刚度、阻尼系数、固有频率和振动模态。 设计时应该尽量减小质量和惯量。
19、对于机器人的刚度，若刚度差，机器人的位姿精度和系统固有频率将下降，从而导致系统动态不稳定；但对于某些作业（如装配操作），适当地增加柔顺性是有利的，最理想的情况是希望机器人臂杆的刚度可调。增加系统的阻尼对于缩短振荡的衰减时间、提高系统的动态稳定性是有利的。提高系统的固有频率，避开工作频率范围，也有利于提高系统的稳定性。,第1章 工业机器人工作站概述,5. 运动特性（Sped） ：速度和加速度是表明机器,第1章 工业机器人工作站概述,1.5 工业机器人工作站的发展,一、工业机器人时代背景,二、工业机器人工作站的发展,机器人输送线物流自动化系统主要由如下几个部分组成：1.自动化输送线：2.机器人系统
20、：3.自动化立体仓储供料系统：4.全线主控制系统：5.条码数据采集系统：6.产品自动化测试系统：7.生产线监控/调度/管理系统：,第1章 工业机器人工作站概述1.5 工业机器人工作站的发,我国工业机器人产业化发展战略思考，需要注意以下三点：1.避硬就软、强化服务和应用突破规模是出路。2.稳扎稳打、夯实技术基础和降低成本是关键。3.兼并重组、培育龙头和扶持自主品牌是抓手。,第1章 工业机器人工作站概述,1.5 工业机器人工作站的发展,三、中国工业机器人市场快速增长的原因,1. 劳动力的供需矛盾。,2.企业转型升级的迫切需求。,3.国家战略需求。,四、行业人才需求和培养,我国工业机器人产业化发展战
21、略思考，需要注意以下三点：第1章,思考与练习1-1.简述工业机器人工作站的定义？1-2.简述工业机器人生产线的组成？与工作站的区别在哪里？并画出其系统简图。1-3.工业机器人工作站的设计原则有哪些？1-4.简述工业机器人工作站的分类？1-5.机器人输送线物流自动化系统主要由哪几部分组成？ 1-6.工业机器人性能指标有哪些？,第1章 工业机器人工作站概述,思考与练习第1章 工业机器人工作站概述,知识拓展 工业机器人按技术发展等级，可将其划分为三代。 第一代计算智能机器人和第二代传感智能机器人的基本工作原理是示教-再现，能够按照编程员预先调教的路径、条件和顺序在一定的精度范围内重复作业，已在汽车制
22、造业、3C 制造业、电气机械和器材制造业等行业广泛应用。与第一代机器人比较而言， 第二代工业机器人配有触觉、视觉、距离等传感器，能够感知自身、外部环境以及作业对象的变化信息并进行实时反馈调整。最具代表性的协作机器人凭借显著的灵活性、可靠性和安全性，助力企业快速实现产线升级改造，满足客户定制化、个性化的增长需求。 第三代属于认知智能机器人，通过行为过程的多信息传感进行逻辑推理、自主规划和运动控制，可在非结构化环境下自适应作业，尚处于试验研究阶段。,第1章 工业机器人工作站概述,知识拓展第1章 工业机器人工作站概述,知识拓展 工业机器人本体是由一系列杆件和连接它们的旋转或移动关节(运动副)构成。,第1章 工业机器人工作站概述,单自由度关节符号,知识拓展第1章 工业机器人工作站概述单自由度关节符号,知识拓展,第1章 工业机器人工作站概述,机器人本体的驱动和传动装置1-带传动 2、4、5、7、10-交流伺服电动机 3、6、8、9-RV 摆线针轮减速器,知识拓展第1章 工业机器人工作站概述机器人本体的驱动和传,知识拓展,机器人的机构设计通常采用具有刚性的连杆通过关节相互连接组成运动链，一般每个关节只具有一个自由度。,工业机器人本体及机构运动简图,知识拓展 机器人的机构设计通常采用具有刚性的连杆通过关,
