《工业机器人技术基础》5：工业机器人的基本组成.pptx

《《工业机器人技术基础》5：工业机器人的基本组成.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《工业机器人技术基础》5：工业机器人的基本组成.pptx（57页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、工业机器人技术基础目 录1234项目一 工业机器人技术概述项目三 ABB工业机器人的 基本操作项目四 ABB工业机器人的I/O通信65项目六 ABB工业机器人程序编写项目五 ABB工业机器人的程序数据项目二 工业机器人的系统组成及技术参数项目二 工业机器人的系统组成及技术参数任务二 工业机器人的技术指标任务一 工业机器人的基本组成任务一 工业机器人的基本组成1234工业机器人本体控制器示教器末端执行器65安全组件工业计算机任务一 工业机器人的基本组成 工业机器人是一种模拟人手臂、手腕和手的功能的机电一体化设备，可对物体运动的位置、速度和加速度进行精确控制，从而完成某一功能的生产作业要求。如图2

2、-1所示，工业机器人通常由机械部分、控制部分、传感部分三大部分组成。这三大部分主要包括机构（机械结构系统）、感受系统、驱动系统、控制系统、人机交互系统、机器人-环境交互系统六个子系统。如果用人来比喻机器人的组成的话，那么控制系统相当于人的“大脑”，感知系统相当于人的“视觉与感觉器官”，驱动系统相当于人的“肌肉”，执行机构相当于人的“身躯和四肢”。整个机器人运动功能的实现，是通过人机交互系统，采用工程的方法控制实现的。任务一 工业机器人的基本组成图2-1 工业机器人组成框图任务一 工业机器人的基本组成 以常见的六轴工业机器人为例，其系统基本组成主要有工业机器人本体、控制器、示教器、末端执行器、工

3、业计算机、安全组件，如图2-2所示。图2-2工业机器人主要组成01工业机器人本体任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体 工业机器人本体是工业机器人的机械主体，是用来完成各种作业的执行机构。它主要由机械臂、驱动装置、传动单元及内部传感器等部分组成。（1）机械臂 关节型工业机器人的机械臂是由关节连在一起的许多机械连杆的集合体。它本质上是模仿人手臂设计的空间开链式机构，一端固定在基座上，另一端可自由运动。关节通常是移动关节和旋转关节。移动关节允许连杆作直线移动，旋转关节仅允许连杆之间发生旋转运动。由关节-连杆结构所构成的机械臂大体可分为基座、腰部、臂部（大臂和小臂）和手腕4个部分，由4个独立

4、旋转“关节”（腰关节、肩关节、肘关节和腕关节）串联而成，如图2-3所示。它们可在各个方向运动，这些运动就是机器人在“做工”。任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体 基座。基座是机器人的基础部分，起支撑作用。整个执行机构和驱动装置都安装在基座上。对固定式机器人，直接连接在地面基础上；对移动式机器人，则安装在移动机构上，可分为有轨和无轨两种。腰部。腰部是机器人手臂的支撑部分。根据执行机构坐标系的不同，腰部可以在基座上转动，也可以和基座制成一体。有时腰部也可以通过导杆或导槽在基座上移动，从而增大工作空间。任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体 手臂。手臂是连接机身和手腕的部分，由操作

5、机的动力关节和连接杆件等构成。它是执行机构中的主要运动部件，也称主轴，主要用于改变手腕和末端执行器的空间位置，满足机器人的作业空间，并将各种载荷传递到基座。手腕。手腕是连接末端执行器和手臂的部分，将作业载荷传递到臂部，也称次轴，主要用于改变末端执行器的空间姿态。任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体图2-3 机械臂的基本构造任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体（2）驱动装置 驱动装置是驱使工业机器人机械臂运动的机构。按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人产生动作，相当于人的肌肉、筋络。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，见表2-1。

6、目前，除个别运动精度不高、重负载或有防爆要求的机器人采用液压、气压驱动之外，工业机器人大多采用电气驱动，而其中交流伺服电动机应用最广，且驱动器布置大都采用一个关节一个驱动器。任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体驱动方式输出力控制性能维修使用结构体积使用范围制造成本液压驱动压力高，可获得大的输出力油液不可压缩、压力、流量均容易控制，可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制维修方便，液体对温度变化敏感，油液泄漏易着火在输出力相同的情况下，体积比气压驱动方式小中、小型及重型机器人液压元件成本较高，油路比较复杂气体压力低，输出力较小，如需输出力大时，其结构尺寸过大可高速运行，冲击较严重，精确

7、定位困难。气体压缩性大，阻尼效果差，低速不易控制，不易与CPU 连接維修简单，能在高温、粉尘等恶劣环境中使用，泄漏无影响体积较大中、小型机器人结构简单，工作介质来源方便，成本低气压驱动输出力较小或较大容易与CPU 连接，控制性能好，响应快，可精确定位但控制系统复杂维修使用较复杂需要减速装置，体积较小高性能、运动轨迹要求严格的机器人成本较高电气驱动任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体（3 3）传动单元）传动单元 驱动装置的受控运动必须通过传动单元带动机械臂产生运动，以精确的保证末端执行器所要求的位置、姿态和实现其运动。目前工业机器人广泛采用的机械传动单元是减速器，与通用减速器相比，机器

8、人关节减速器要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点。大量应用在关节型机器人上的减速器主要有两类：RV减速器和谐波减速器。精密减速器使机器人伺服电动机在一个合适的速度下运转，并精确地将转速降到工业机器人各部位需要的速度，在提高机械本体刚性的同时輪出更大的转矩。一般将RV减速器放置在基座、腰部、大臂等重负载位置（主要用于20kg以上的机器人关节）；而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部等轻负载（主要用于20kg以下的机器人关节）。此外，机器人还采用齿轮传动、链条（带）传动、直线运动单元等。任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体谐波减速器 谐波减速器（也称谐波传动）是利用一个

9、构建的可控制的弹性变形来实现机械运动的传递。谐波减速器通常由三个基本构件组成，如图2-4所示，包括一个有内齿的刚轮，一个工作时可产生径向弹性变形并带有外齿的柔轮和一个装在柔轮内部、呈椭圆形、外圈带有柔性滚动轴承的波发生器。在这3个基本构件中可任意固定一个，其余一个为主动件一个为从动件（如刚轮固定不变，波发生器为主动件，柔轮为从动件）。和普遍减速器相比，具有高精度、高承载力等优点，由于使用的材料要少50%，其体积和重量至少减少1/3。任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体 当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿

10、则与刚轮完全脱开，周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。当波发生器沿某一方向连续转动时，柔轮的变形不断改变，使柔轮与钢轮的啮合状态也不断改变，啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入，周而复始地进行，柔轮的外齿数少于刚轮的内齿数，从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器相反方向的缓慢旋转。如果柔轮比刚轮的齿数少两个，所以当波发生器转动一周时，柔轮向相反方向转过两个齿的角度，从而可实现大的减速比。任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体图2-4谐波传动原理图任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体RV减速器 与谐波传动相比，RV传动具有较高的疲劳强度和刚度以及较长的寿命，而且回差精度稳定，不像谐波

11、传动，随着使用时间的增长，运动精度就会显著降低，故高精度机器人传动多采用RV减速器，且有逐渐取代谐波减速器的趋势。图2-5所示为RV 减速器结构示意图，主要由太阳轮（中心轮）、行星轮、转臂（曲柄轴）、转臂轴承、摆线轮（RV轮）、针齿、刚性盘与输出盘等零部件组成。任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体图2-5 RV减速器结构示意图任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体 RV传动装置是由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构和第二级摆线针轮行星减速机构两部分组成，是一封闭差动轮系。执行电动机的旋转运动由齿轮轴或太阳轮传递给两个渐开线行星轮，进行第一级减速；行星轮的旋转通过曲柄轴带动相距1

12、80的摆线轮，从而生成摆线轮的公转。同时，由于摆线轮在公转过程中会受到固定于针齿壳上针齿的作用力而形成与摆线轮公转方向相反的力矩，进而造成摆线轮的自转运动，完成第二级减速。运动的输出通过两个曲柄轴使摆线轮与刚性盘构成平行四边形的等角速度输出机构，将摆线轮的转动等速传递给刚性盘及输出盘。任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体 带传动 带传动通常由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的环形带组成，如图2-6所示。带传动是利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械传动。带传动通常由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的环形带组成。图2-6带传动示意图任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体

13、带传动具有结构简单、传动平稳、能缓冲吸振、可以在大的轴间距和多轴间传递动力，且其造价低廉、不需润滑、维护容易等特点，在近代机械传动中应用十分广泛。摩擦型带传动能过载打滑、运转噪声低，但传动比不准确（滑动率在2%以下）；同步带传动可保证传动同步，但对载荷变动的吸收能力稍差，高速运转有噪声。带传动除用以传递动力外，有时也用来输送物料、进行零件的整列等。任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体（4）ABB IRB 1410工业机器人本体 图2-7所示为ABB IRB1410工业机器人系统，由控制柜、示教器、机器人本体和外围设备组成。控制柜与示教器组成了ABB机器人系统的控制单元，机器人本体是A

14、BB机器人系统的执行单元。图2-7 ABB IRB1410工业机器人系统组成任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体 该机器人系统的机器人本体为ABB IRB1410工业机器人，如图2-8所示，由六个转轴组成空间六杆开链机构，理论上可达空间任何一点。该机器人每一个轴都配有一个单独的伺服电机，并可单独控制一个轴进行运动。IRB1410机器人每个轴都会有旋转的极限角度，如表2-2所示，该机器人的工作范围如图2-9所示。图2-8 ABB IRB1410型工业机器人任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体表2-2 IRB1410型机器人各轴旋转的极限角度动作位置动作类型移动范围轴1旋转动作

15、+165到-165轴2手臂动作+110到-110轴3手臂动作+70到-110轴4手腕动作+160到-160轴5弯曲动作+120到-120轴6转向动作+400到-400任务一 工业机器人的基本组成1.工业机器人本体图2-9 ABB IRB1410工业机器人的工作范围02控制器任务一 工业机器人的基本组成2.控制器（1）控制器的基本功能 如果说操作机是机器人的“肢体”，那么控制器则是机器人的“大脑”和“心脏”。机器人控制器是根据指令以及传感器信息控制机器人完成一定动作或作业任务的装置，是决定机器人功能和性能的主要因素，也是机器人系统中更新和发展最快的部分。它通过各种控制电路中硬件和软件的结合来操纵

16、机器人，并协调机器人与周边设备的关系，其基本功能如下：任务一 工业机器人的基本组成2.控制器示教功能。包括在线示教和离线示教两种方式。记忆功能。存储作业顺序、运动路径和方式及与生产工艺有关的信息等。位置伺服功能。机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。坐标设定功能。可在关节、直角、工具等常见坐标系之间进行切换。与外围设备联系功能。包括输入/输出接口、通信接口、网络接口等。传感器接口。位置检测、视觉、触觉、力觉等。故障诊断安全保护功能。运行时的状态监视、故障状态下的安全保护和自诊断。任务一 工业机器人的基本组成2.控制器 控制器是完成机器人控制功能的结构实现。依据控制系统的开放程

17、度，机器人控制器可分为3类：封闭型、开放型和混合型。目前应用中的工业机器人控制系统，基本上部是封闭型系统（如日系机器人）或混合型系统（如欧系机器人）。按计算机结构、控制方式和控制算法的处理方法，机器人控制器又可分为集中式控制和分布式控制两种方式。任务一 工业机器人的基本组成2.控制器（2）ABB机器人IRC5控制器 IRC5为ABB所推出的第五代机器人控制器，它的运动控制技术、TrueMove和QuickMove是精度、速度、周期时间、可编程性以及与外部设备同步性等机器人性能指标的重要保证。该控制器采用模块化设计概念，配备符合人机工程学的全新Windows界面装置，并通过MultiMove功能

18、实现多台（多达4台）机器人的完全同步控制，为同类产品设立了最新技术标准。图2-10为IRC5紧凑型控制柜的实物图及其一些常见接口和按钮的说明。控制柜与机器人本体之间的连接主要是电动机动力电缆与转数计数器电缆、用户电缆的连接，如图2-11所示。任务一 工业机器人的基本组成2.控制器图2-10 IRC5紧凑型控制柜任务一 工业机器人的基本组成2.控制器图2-11 机器人本体与控制柜之间的连接03示教器任务一 工业机器人的基本组成3.示教器 示教器（FlexPendant）也称示教编程器或示教盒，由硬件和软件组成，其本身就是一成套完整的计算机，通过集成电缆和连接器与控制器连接。用于处理与机器人系统操

19、作相关的许多功能：运行程序；微动控制操纵器；修改机器人程序等。图2-12所示为ABB机器人系统的示教器FlexPendant，示教器有时也称为 TPU 或教导器单元，用于处理与机器人系统操作相关的许多功能，如运行程序、微动控制操纵器、生成和编辑程序等。FlexPendant由硬件（如按钮和控制杆）和软件组成，通过集成电缆和连接器与控制器模块连接，控制器上连接示教器电缆的接口位置参考上面的IRC5控制柜实物图（图2-10）中的“示教器电缆连接口”。任务一 工业机器人的基本组成3.示教器图2-12示教器FlexPendant04末端执行器任务一 工业机器人的基本组成4.末端执行器 末端执行器是机器

20、人直接用于抓取和握紧（或吸附）工件或夹持专用工具（如喷枪、扳手、焊接工具）进行操作的部件，它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。末端执行器大致可分为夹钳式取料手、吸附式取料手和专用执行器三类。（1）夹钳式取料手 夹持式手部与人手相似，是工业机器人广为应用的一种手部形式。它一般由手指（手爪）和驱动机构、传动机构及连接与支承元件组成，如图2-13所示，通过手指的开、合动作实现对物体的夹持。任务一 工业机器人的基本组成4.末端执行器1手指2传动机构3驱动装置4支架5工件图2-13夹钳式取料手的组成任务一 工业机器人的基本组成4.末端执行器 手指是直接与工件接触的部件。手部松开和夹紧工件

21、，就是通过手指的张开与闭合来实现的。机器人的手部一般有两个手指，也有三个或多个手指，其结构形式常取决于被夹持工件的形状和特性。指端是手指上直接与工件接触的部位，其结构形状取决于工件形状。常用的有V型指、平面指、尖指和特形指，如图2-14所示。任务一 工业机器人的基本组成4.末端执行器(a)固定V型 (b)滚柱V型 (c)自定位V型(d)平面指 (e)尖指 (f)特形指图2-14夹钳式取料手指端类型任务一 工业机器人的基本组成4.末端执行器（2）吸附式取料手 吸附式取料手靠吸附力取料，根据吸附力的不同分为气吸附和磁吸附两种。吸附式取料手适应于大平面（单面接触无法抓取)、易碎（玻璃、磁盘)、微小（

22、不易抓取）的物体，因此使用面较广。任务一 工业机器人的基本组成4.末端执行器 气吸附式取料手 气吸附式取料手是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而工作的。与夹钳式取料手指相比，气吸附式取料手具有结构简单、重量轻、吸附力分布均匀等优点。对于薄片状物体的搬运更具有其优越性（如板材、纸张、玻璃等物体），广泛应用于非金属材料或不可有剩磁的材料的吸附。但要求物体表面较平整光滑，无孔无凹槽。任务一 工业机器人的基本组成4.末端执行器 (a)真空吸附 (b)气流负压气吸 (c)挤压排气负压气吸图2-15几种常见的气吸附取料手任务一 工业机器人的基本组成4.末端执行器磁吸附式取料手 磁吸附式取料手是利用电磁

23、铁通电后产生的电磁吸力取料，因此只能对铁磁物体起作用，另外，对某些不允许有剩磁的零件要禁止使用，所以磁吸附式取料手的使用有一定的局限性。任务一 工业机器人的基本组成4.末端执行器（3）专用执行器 机器人是一种通用性很强的自动化设备，可根据作业要求完成各种动作，再配上各种专用的末端操作器后，就能完成各种操作。如在通用机器人上安装焊枪就成为一台焊接机器人，安装拧螺母机则成为一台装配机器人。目前有许多由专用电动、气动工具改型而成的操作器，如图2-16所示，有拧螺母机、焊枪、电磨头、电铣头、抛光头、激光切割机等，形成一整套系列供用户选用，使机器人胜任各种工作。任务一 工业机器人的基本组成4.末端执行器

24、图2-16专用末端操作器和电磁吸盘式换接器05工业计算机任务一 工业机器人的基本组成5.工业计算机 所谓工业计算机，简单的来说，就是把计算机应用在工业中，主要用于工业控制、测试等方面。其主要的组成部分为工业机箱、无源底板及可插入其上的各种板卡组成，如CPU卡、I/O卡等。并采取全钢机壳、机卡压条过滤网，双正压风扇等设计及EMC技术以解决工业现场的电磁干扰、震动、灰尘、高/低温等问题，如图2-17所示。工业计算机通常通过安装不同机器人品牌厂商的离线编程仿真软件，可以对工业机器人进行参数设置，也可进行离线编程实现工业机器人复杂轨迹编程与调试。任务一 工业机器人的基本组成5.工业计算机图2-17 工

25、业计算机06 安全组件任务一 工业机器人的基本组成6.安全组件 工业机器人应用中常见的安全组件有安全围栏、关门检测传感器、三色报警灯、防碰撞传感器等，用以加强工业机器人工作过程中的安全保障。图2-18（a）所示安全防护栏起防护作用，工作站正常运行时，所有人员均需站在防护栏外。安全防护栏上还带有安装有关门检测传感器，在工业机器人在自动运行中有人员进入时，关门检测传感器会检测到信号，引发蜂鸣器鸣响进行报警，从而有效防止危险的发生。安全防护栏上还配有图2-18（b）所示的三色报警灯，当机器人处于手动模式时，三色报警灯的黄灯会出现闪烁，示意操作人员应注意安全；任务一 工业机器人的基本组成6.安全组件

26、当机器人处于自动模式时，三色报警灯的绿灯会出现闪烁，示意系统运行正常；在自动模式下当检测到有人进入工作站时，机器人会紧急停止，同时三色报警器会出现红灯闪烁和报警器报警，以保护操作人员的人身安全。工作站在机器人控制柜、总控制柜和示教器上都设置有急停开关，可在发生危险时及时停止设备运行。任务一 工业机器人的基本组成6.安全组件 对有些特殊的工业机器人，如焊接工业机器人，为保证工业机器人及焊枪等设备安全，在机器人手部安装工具部位会附加一个防碰撞传感器，确保及时检测到焊枪与周边设备或人员发生碰撞并停机，如图2-18（c）所示。防碰撞传感器采用高吸能弹簧，确保设备具有很高的重复定位精度，在焊接轨迹示教重现时，作用非常明显。在实际工厂应用时，为确保焊接生产正常进行和焊接设备及部件的安全，防碰撞传感器是必备组件。任务一 工业机器人的基本组成6.安全组件（a）安全防护栏 （b）三色报警灯 （c）防碰撞传感器图2-18安全防护组件谢 谢 观 看！天津机电职业技术学院课程资源建设项目