第5章工業(yè)機(jī)器人

5.1工業(yè)機(jī)器人的概述5.2工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)5.3工業(yè)機(jī)器人的控制與驅(qū)動(dòng)5.4工業(yè)機(jī)器人的編程語(yǔ)言5.5工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用5.1工業(yè)機(jī)器人的概述5.1.1工業(yè)機(jī)器人的定義及特點(diǎn)5.1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展方向5.1.3機(jī)器人的分類 5.1.4工業(yè)機(jī)器人的組成 5.1.1工業(yè)機(jī)器人的定義及特點(diǎn)

機(jī)器人（Robot）是1920年由捷克作家KarelCapek在劇本《羅薩姆的萬(wàn)能機(jī)器人》中塑造的一個(gè)具有人的外表、特征和功能，愿意為人類服務(wù)的機(jī)器人奴仆“Robota”一詞衍生出來(lái)的。工業(yè)機(jī)器人（IndustrialRobot）是在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成。如圖5-1所示圖5-1工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（一）工業(yè)機(jī)器人的定義

ISO的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動(dòng)操作和移動(dòng)功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)。

我國(guó)的定義：一種能自動(dòng)定位控制、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機(jī)。能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)。

（二）工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)（1）可編程生產(chǎn)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性自動(dòng)化，工業(yè)機(jī)器人可隨其工作環(huán)境變化的需要而再編程。（2）擬人化工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類似人的行走、腰轉(zhuǎn)、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。（3）通用性除了專門設(shè)計(jì)的專用的工業(yè)機(jī)器人外,一般工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時(shí)具有較好的通用性。（4）機(jī)電一體化工業(yè)機(jī)器人技術(shù)涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛，但是歸納起來(lái)是機(jī)械學(xué)和微電子學(xué)的結(jié)合——機(jī)電一體化技術(shù)。

5.1.2

工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展方向

（一）工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r機(jī)器人技術(shù)是在控制工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能和機(jī)構(gòu)學(xué)等多種學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種綜合性技術(shù)。第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生于1956年，是英格爾博格（J.Engelberger）將數(shù)字控制技術(shù)與機(jī)械臂相結(jié)合的產(chǎn)物。1958年美國(guó)的Consolidated公司制作了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品出售的最早的實(shí)用機(jī)型是1962年美國(guó)UNINATION公司推出的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)械手，它的主要特征是一種具有記憶存貯功能的示教再現(xiàn)式機(jī)器人，被稱為第一代機(jī)器人。

20世紀(jì)70年代，出現(xiàn)了配備有感覺(jué)傳感器的第二代工業(yè)機(jī)器人，它最主要的特征是帶有傳感系統(tǒng)，可以離線編程，這種傳感系統(tǒng)使得機(jī)器人具有視覺(jué)、觸覺(jué)等功能，可以完成最精密的元件檢測(cè)、裝配、物料的裝卸等。具有智能功能的第三代機(jī)器人是20世紀(jì)80年代開(kāi)始研制的，這一代機(jī)器人在具有二代機(jī)器人所以技術(shù)的基礎(chǔ)上，還具有靈活的思維功能和自治能力。現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的為第一代和第二代機(jī)器人。

美國(guó)的機(jī)器人技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先水平。由于美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)、制造工程師協(xié)會(huì)積極主動(dòng)地進(jìn)行機(jī)器人技術(shù)推廣工作，且美國(guó)為了高效生產(chǎn)，適應(yīng)市場(chǎng)變化的需要，以機(jī)器人為核心的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線恰好滿足這些需求，所以機(jī)器人技術(shù)得以迅猛發(fā)展。

日本機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)過(guò)了20世紀(jì)60年代的搖籃期，70年代的實(shí)用化時(shí)期以及80年代的普及、提高期三個(gè)基本階段。

我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于20世紀(jì)70年代初期，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：70年代的萌發(fā)期，80年代的開(kāi)發(fā)期和90年代適用化期。從20世紀(jì)90年代初期起，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人又在實(shí)踐中邁出了一大步，形成了一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國(guó)機(jī)器人的騰飛奠定了基礎(chǔ)。

（二）工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展方向工業(yè)機(jī)器人技術(shù)從它誕生到現(xiàn)在也得到了迅速的發(fā)展和提高，總的發(fā)展趨勢(shì)可概括如下幾個(gè)方面：（1）提高運(yùn)動(dòng)速度和動(dòng)作精度，減輕重量和減少安裝占用空間，繼續(xù)推廣機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊組合化，以降低成本和提高可靠性。（2）研究開(kāi)發(fā)新型的機(jī)器人結(jié)構(gòu)，例如開(kāi)發(fā)新型微動(dòng)作機(jī)構(gòu)保證動(dòng)作精度；開(kāi)發(fā)多關(guān)節(jié)、多自由度的手臂和手指，研制新型的行走機(jī)構(gòu)等以適應(yīng)復(fù)雜作業(yè)的需要。（3）在多品種小批量生產(chǎn)的柔性制造自動(dòng)化技術(shù)中，特別是機(jī)器人自動(dòng)裝配技術(shù)中，要求工業(yè)機(jī)器人對(duì)外部環(huán)境和對(duì)象物體具有自適應(yīng)能力，即具有一定“智能”。（4）大力開(kāi)發(fā)機(jī)器人仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，作業(yè)任務(wù)采用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言以“離線編程”方式進(jìn)行。采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可經(jīng)濟(jì)地校核機(jī)器人在完成某個(gè)操作過(guò)程的可行性。5.1.3

機(jī)器人的分類

1.按系統(tǒng)功能分類（1）專用機(jī)器人這種機(jī)器人在固定地點(diǎn)以固定程序工作，無(wú)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，具有工作對(duì)象單一，動(dòng)作較少，結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉的特點(diǎn)。比較適用于大批量生產(chǎn)系統(tǒng)中使用，如圖5-2所示的自動(dòng)換刀機(jī)械手。

圖5-2

自動(dòng)換刀機(jī)械手（2）通用機(jī)器人

這種機(jī)器人具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，工作程序可變，動(dòng)作靈活多樣，以適應(yīng)不同的工作對(duì)象，如圖5-3。它的機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，適合于以多品種、中小批量生產(chǎn)為特點(diǎn)的柔性制造系統(tǒng)。

圖5-3通用機(jī)器人（3）示教再現(xiàn)機(jī)器人

機(jī)器人具有記憶功能，可完成復(fù)雜動(dòng)作，適用于多工位和經(jīng)常變換工作路線的作業(yè)，如圖5-4。它在由人示教操作后，能按示教的順序、位置、條件與其他信息反復(fù)重現(xiàn)示教作業(yè)。

圖5-4可識(shí)別語(yǔ)音指令的示教再現(xiàn)機(jī)器人（4）智能機(jī)器人

機(jī)器人具有各種感覺(jué)功能和識(shí)別功能，能做出決策并自動(dòng)進(jìn)行反饋糾正，如圖智能機(jī)器人。它采用計(jì)算機(jī)控制，依賴于識(shí)別、學(xué)習(xí)、推理和適應(yīng)環(huán)境等智能，決定其動(dòng)作或作業(yè)。表演舞蹈的智能機(jī)器人2.按驅(qū)動(dòng)方式分類（1）液壓式機(jī)器人

機(jī)器人采用液壓傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏，使用較為廣泛。（2）氣動(dòng)式機(jī)器人

機(jī)器人以一種壓縮空氣來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，具有動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)。適用于在高速輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中作業(yè)。

（3）電力式機(jī)器人

機(jī)器人由交、直流伺服電動(dòng)機(jī)、直線電動(dòng)機(jī)或功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，不需要中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。近年來(lái)，機(jī)械制造業(yè)大部分采用這種電力式機(jī)器人。3.按結(jié)構(gòu)形式分類直角坐標(biāo)機(jī)器人圓柱坐標(biāo)機(jī)器人球坐標(biāo)機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)器人4.按使用行業(yè)、部門和用途分類軍事機(jī)器人醫(yī)療機(jī)器人海底采礦機(jī)器人焊接機(jī)器人5.1.4工業(yè)機(jī)器人的組成

如圖5-9所示，工業(yè)機(jī)器人由三大部分六個(gè)子系統(tǒng)組成。圖5-9機(jī)器人系統(tǒng)組成1．驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)單元由驅(qū)動(dòng)器、減速器、檢測(cè)元件等組成的部件，是用來(lái)為操作機(jī)各部件提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的裝置。目前驅(qū)動(dòng)方式主要有氣動(dòng)、液壓和電動(dòng)三種。2．機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由機(jī)身、手臂（包括腕部）、末端操作器三大部分組成，如圖5-10所示。圖5-10工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)（1）機(jī)身它是工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中相對(duì)固定并承受相應(yīng)力的基礎(chǔ)部件。（2）手臂它由操作機(jī)的動(dòng)力關(guān)節(jié)、連接桿件和腕部等構(gòu)成，是用于支承和調(diào)整末端執(zhí)行器位置的部件。（3）末端操作器它是操作機(jī)直接執(zhí)行工作的裝置，直接裝在手腕上的一個(gè)重要部件，它可以是二手指或多手指的手爪，也可以是噴漆槍、焊具等作業(yè)工具。如圖5-11所示。圖5-11機(jī)器人手爪實(shí)物圖3．感受系統(tǒng)

它由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。內(nèi)部傳感器用于檢測(cè)各關(guān)節(jié)的位置、速度等變量，如圖5-12所示常用的內(nèi)部傳感器：光電碼盤，也有采用電位計(jì)、旋轉(zhuǎn)變壓器、測(cè)速發(fā)電機(jī)的。

外部傳感器用于檢測(cè)機(jī)器人與周圍環(huán)境之間的一些狀態(tài)變量，如距離、接近程度和接觸情況的，用于機(jī)器人引導(dǎo)和物體識(shí)別及處理，如圖5-13所示。圖5-13外部傳感器模塊圖5-12內(nèi)部傳感器模塊簡(jiǎn)單介紹觸須傳感器的工作原理（如圖5-14）：圖5-14觸須傳感器（a）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（b）應(yīng)用實(shí)例4．機(jī)器人—環(huán)境交互系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人的機(jī)器人—環(huán)境交互系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。5.人—機(jī)交互系統(tǒng)（如圖5-15）人—機(jī)交互系統(tǒng)是使操作人員參與機(jī)器人控制，與機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)系的裝置。歸納起來(lái)為可分兩大類：指令給定裝置和信息顯示裝置。圖5-15人機(jī)交互系統(tǒng)6．控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來(lái)的信號(hào)支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。5.2工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)5.2.1工業(yè)機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)5.2.2工業(yè)機(jī)器人的腕部結(jié)構(gòu)5.2.3工業(yè)機(jī)器人的手部結(jié)構(gòu) 5.2.4機(jī)器人的基本參數(shù)和性能特征 5.2.1工業(yè)機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)

機(jī)器人的臂部由大臂和小臂組成，大臂完成回轉(zhuǎn)、升降或上下擺運(yùn)動(dòng)，小臂完成伸縮運(yùn)動(dòng)。臂部結(jié)構(gòu)剛度要求高、導(dǎo)向性要好、重量要輕、運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)、定位精度要高。根據(jù)手臂的結(jié)構(gòu)形式區(qū)分，手臂有單臂和雙臂等形式；根據(jù)手臂的運(yùn)動(dòng)形式區(qū)分，手臂有直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)形式。1．手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人手臂的伸縮、橫向移動(dòng)均屬于直線運(yùn)動(dòng)?；钊停猓└?、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、絲杠螺母機(jī)構(gòu)以及連桿機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。2．手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的，常用的有葉片式回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、活塞缸和連桿機(jī)構(gòu)等。圖5-16所示為采用活塞缸和連桿機(jī)構(gòu)的一種雙臂機(jī)器人手臂的結(jié)構(gòu)圖，簡(jiǎn)要介紹一下其工作原理。圖5-16雙臂機(jī)器人的手臂結(jié)構(gòu)1-鉸接活塞油缸2-連桿(即活塞桿)3-手臂(即曲柄)4-支承架5、6-定位螺釘5.2.2工業(yè)機(jī)器人的腕部結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人的腕部是連接手部與臂部的部件，起到支承手部的作用。為了使手部能處于空間任意方向，要求腕部能實(shí)現(xiàn)對(duì)空間三個(gè)坐標(biāo)軸X、Y、Z的轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有翻轉(zhuǎn)、俯仰和偏轉(zhuǎn)三個(gè)自由度。通常也把手腕的翻轉(zhuǎn)叫做Roll，用R表示；把手腕的俯仰叫做Pitch，用P表示；把手腕的偏轉(zhuǎn)叫做Yaw，用Y表示。

手腕按自由度數(shù)目來(lái)分，可分為單自由度手腕、二自由度手腕及三自由度手腕。（1）單自由度手腕，如圖5-17所示。圖5-17單自由度手腕（2）二自由度手腕，如圖5-18所示。圖5-18二自由度手腕（3）三自由度手腕，如圖5-19所示。（a）BBR手腕（b）BRR手腕（c）BBB手腕（d）RRR手腕手腕的具體示例：MOTOMANSV3機(jī)器人的手腕結(jié)構(gòu)（如圖5-21所示）圖5-21MOTOMANSV3機(jī)器人的手腕結(jié)構(gòu)5.2.3工業(yè)機(jī)器人的手部結(jié)構(gòu)

機(jī)器人的手部（末端執(zhí)行器）是用來(lái)握持工件或工具的部件。大部分的手部機(jī)構(gòu)都是根據(jù)特定的工件要求而專門設(shè)計(jì)的，各種手部的工作原理不同，故其結(jié)構(gòu)形態(tài)各異。

常見(jiàn)的機(jī)器人末端執(zhí)行器有夾持式、勾托式、吸附式和擬手指式等幾種形式。圖5-22為一種夾持式末端執(zhí)行器，由手爪、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及連接與支撐元件組成，通過(guò)手爪的開(kāi)、合動(dòng)作實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的夾持。圖5-22夾持式末端執(zhí)行器1-手爪；2-傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；3-驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；4-支架；5-工件

圖5-25為一種三指手爪的外形圖，每個(gè)手指是獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的。這種三指手爪與二指手爪相比可以抓取像立方體、圓柱體、球體等不同形狀的物體。圖5-25三指手爪5.2.4機(jī)器人的基本參數(shù)和性能特征

機(jī)器人的基本參數(shù)和性能特征影響機(jī)器人的工作效率和可靠性，通常應(yīng)考慮如下幾方面：1.運(yùn)動(dòng)自由度

如圖5-26所示的球坐標(biāo)機(jī)器人，6個(gè)基本運(yùn)動(dòng)中，3個(gè)是臂部和機(jī)身的，3個(gè)是腕部的。圖5-26工業(yè)機(jī)器人典型的六個(gè)自由度2.工作空間

工作空間是指機(jī)器人手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合，機(jī)器人的工作空間取決于機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式和每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍。3.承載能力

承載能力是指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)的位姿上所能承受的最大重量。4.運(yùn)動(dòng)速度

運(yùn)動(dòng)速度影響機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)周期和工作效率，它與機(jī)器人所提取的重量和位置都有密切的關(guān)系。5.位置精度位置精度是衡量機(jī)器人工作質(zhì)量的又一項(xiàng)重要指標(biāo)。位置精度的高低取決于位置控制方式以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件本身的精度和剛度，此外還與提取重量和運(yùn)動(dòng)速度等因素有密切的關(guān)系。5.3工業(yè)機(jī)器人的控制與驅(qū)動(dòng)5.3.1工業(yè)機(jī)器人的控制5.3.2工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)5.3.1工業(yè)機(jī)器人的控制

控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的主要組成部分，它的機(jī)能類似于人腦。工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)可分為兩大部分：一部分是對(duì)其自身運(yùn)動(dòng)的控制，另一部分是工業(yè)機(jī)器人與周邊設(shè)備的控制。如圖5-27工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)成要素。圖5-27工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)成要素1.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)一般以機(jī)器人的單軸或多軸運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)為目的的控制系統(tǒng)。因此，其控制系統(tǒng)與普通的控制系統(tǒng)相比要復(fù)雜得多，工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：1）傳統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)械是以自身的動(dòng)作為重點(diǎn)，而工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)更看重本體與操作對(duì)象的關(guān)系。2）把多個(gè)獨(dú)立的伺服系統(tǒng)有機(jī)的協(xié)調(diào)起來(lái)，使其按照人的意志行動(dòng)，甚至賦予機(jī)器人一定的“智能”。這個(gè)任務(wù)只能由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。3）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)非線性系統(tǒng)。4）工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)描述復(fù)雜。5）工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作往往可以通過(guò)不同的方式和路徑來(lái)完成，因此存在一個(gè)“最優(yōu)”的問(wèn)題。6）工業(yè)機(jī)器人還有一種特有的控制方式——示教再現(xiàn)控制方式。2.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的分類

機(jī)器人控制系統(tǒng)從基本工作原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分成非伺服型控制系統(tǒng)和伺服型控制系統(tǒng)兩類。

非伺服型控制系統(tǒng)適用于作業(yè)相對(duì)固定、作業(yè)程序簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)精度要求不高的場(chǎng)合，它具有費(fèi)用省，操作、安裝、維護(hù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中采用檢測(cè)傳感器連續(xù)測(cè)量關(guān)節(jié)位置、速度等關(guān)節(jié)參數(shù)，并反饋到驅(qū)動(dòng)單元構(gòu)成閉環(huán)伺服系統(tǒng)。3.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的控制方式工業(yè)機(jī)器人的控制方式多種多樣，根據(jù)作業(yè)任務(wù)的不同，主要分為：（1）點(diǎn)位控制方式（2）連續(xù)軌跡控制方式（3）力（力矩）控制方式（4）智能控制方式。5.3.2工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)

1．工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方法

驅(qū)動(dòng)裝置是帶動(dòng)臂部到達(dá)指定位置的動(dòng)力源，是使機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)行起來(lái)的傳動(dòng)裝置。通常動(dòng)力是直接或經(jīng)電纜、齒輪箱或其他方法送至臂部。機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方法一般有三種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)及電動(dòng)驅(qū)動(dòng)。（1）液壓驅(qū)動(dòng)

液壓驅(qū)動(dòng)以高壓油作為工作介質(zhì)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以是閉環(huán)或者是開(kāi)環(huán)的，可以是直線的或者是旋轉(zhuǎn)的。（2）氣壓驅(qū)動(dòng)

在所有的驅(qū)動(dòng)方式中，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)是最簡(jiǎn)單的，在工業(yè)上應(yīng)用很廣，氣動(dòng)控制閥簡(jiǎn)單、便宜，而且工作壓力也低得多。（3）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)

電動(dòng)驅(qū)動(dòng)是在工業(yè)機(jī)器人中用的最多的一種。目前交流伺服電機(jī)（AC）得到了廣泛應(yīng)用。交流伺服電機(jī)具有堅(jiān)固耐用、經(jīng)濟(jì)可靠且動(dòng)態(tài)相應(yīng)性好、輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)，因此交流伺服電機(jī)已逐漸取代直流伺服電機(jī)。2．工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（1）直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

機(jī)器人采用的直線驅(qū)動(dòng)方式包括直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的X、Y、Z向驅(qū)動(dòng)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的徑向驅(qū)動(dòng)和垂直升降驅(qū)動(dòng)，以及極坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的徑向伸縮驅(qū)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)可以由以下幾種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。①齒輪齒條裝置，如圖5-32所示。圖5-32齒輪齒條裝置②普通絲杠普通絲杠驅(qū)動(dòng)是由旋轉(zhuǎn)的精密絲杠驅(qū)動(dòng)螺母沿絲杠軸向移動(dòng)。③滾珠絲杠滾珠絲杠因其摩擦力很小且運(yùn)動(dòng)響應(yīng)速度快，在機(jī)器人上得到廣泛應(yīng)用。如圖5-33所示，滾珠絲杠里的滾珠從鋼套管中出來(lái)，進(jìn)入經(jīng)過(guò)研磨的導(dǎo)槽，轉(zhuǎn)動(dòng)2~3圈以后，返回鋼套管。圖5-33滾球絲杠副1-螺母；2-滾珠；3-回程引導(dǎo)裝置；4-絲杠④液壓驅(qū)動(dòng)

液壓驅(qū)動(dòng)是由高精度的缸體和活塞一起完成的。美國(guó)公司生產(chǎn)的Unimation型機(jī)器人采用了直線液壓缸作為徑向驅(qū)動(dòng)源（如圖5-34所示），Versatran機(jī)器人也使用直線液壓缸作為圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人的垂直驅(qū)動(dòng)源和徑向驅(qū)動(dòng)源。圖5-34Unimation機(jī)器人⑤氣壓驅(qū)動(dòng)

與液壓驅(qū)動(dòng)相比，氣壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是：壓縮空氣粘度小，容易達(dá)到高速；利用工廠集中的空氣壓縮機(jī)站供氣，不必添加動(dòng)力設(shè)備；空氣介質(zhì)對(duì)環(huán)境無(wú)污染，使用安全，可直接應(yīng)用于高溫作業(yè)；氣動(dòng)元件工作壓力低，故制造要求也比液壓元件低。（2）旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

多數(shù)普通電機(jī)和伺服電機(jī)都能夠直接產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但其輸出力矩比所需要的力矩小，轉(zhuǎn)速比所需要的轉(zhuǎn)速高。運(yùn)動(dòng)的傳遞和轉(zhuǎn)換可以選擇下列方式：①齒輪傳動(dòng)

齒輪傳動(dòng)（如圖5-35）是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的齒輪組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖5-35齒輪傳動(dòng)②同步帶傳動(dòng)

同步帶傳動(dòng)（如圖5-36）類似于工廠的風(fēng)扇皮帶和其他傳動(dòng)皮帶，所不同的是這種皮帶上具有許多型齒，它們和同樣具有型齒的同步皮帶輪齒相嚙合。圖5-36同步帶傳動(dòng)③諧波齒輪，如圖5-37所示。雖然諧波齒輪已問(wèn)世多年，但直到最近才得到廣泛的應(yīng)用。圖5-37諧波齒輪傳動(dòng)5.4工業(yè)機(jī)器人的編程語(yǔ)言5.4.1機(jī)器人的編程語(yǔ)言的分類5.4.2幾種工業(yè)機(jī)器人編程語(yǔ)言簡(jiǎn)介

機(jī)器人編程必然涉及到機(jī)器人語(yǔ)言。機(jī)器人語(yǔ)言是使用符號(hào)來(lái)描述機(jī)器人動(dòng)作的方法。它通過(guò)對(duì)機(jī)器人動(dòng)作的描述，使機(jī)器人按照編程者的意圖進(jìn)行各種操作。機(jī)器人語(yǔ)言的產(chǎn)生和發(fā)展是機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言的發(fā)展緊密相關(guān)的。圖5-38機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)5.4.1機(jī)器人編程語(yǔ)言的分類

機(jī)器人編程語(yǔ)言是方法、算法和編程技巧的結(jié)合，由于機(jī)器人的類型、作業(yè)要求、控制裝置、傳感信息種類等多種多樣，所以編程語(yǔ)言也是各種各樣，功能、風(fēng)格差別都很大。目前流行有多種機(jī)器人編程語(yǔ)言，如果按照編程功能，可將之分為如下幾個(gè)不同的級(jí)別：1.面向點(diǎn)位控制的編程語(yǔ)言2．面向運(yùn)動(dòng)的編程語(yǔ)言3．結(jié)構(gòu)化編程語(yǔ)言4．面向任務(wù)的編程語(yǔ)言5.4.2

幾種工業(yè)機(jī)器人編程語(yǔ)言簡(jiǎn)介

機(jī)器人編程語(yǔ)言最早是在20世紀(jì)70年代初期出現(xiàn)的，到目前為止，已經(jīng)有多種機(jī)器語(yǔ)言問(wèn)世，其中有的是研究室里的實(shí)驗(yàn)語(yǔ)言，有的是實(shí)用的機(jī)器人語(yǔ)言。

下面簡(jiǎn)要介紹幾種不同應(yīng)用范圍的機(jī)器人編程語(yǔ)言。1．AL語(yǔ)言

AL語(yǔ)言是由斯坦年福大學(xué)1974年開(kāi)發(fā)的一種高級(jí)程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)，描述諸如裝配一類的任務(wù)。2．AML語(yǔ)言是由IBM公司開(kāi)發(fā)的一種交互式面向任務(wù)的編程語(yǔ)言，專門用于控制制造過(guò)程（包括機(jī)器人）。3．MCL

是由美國(guó)麥道飛機(jī)公司為工作單元離線編程而開(kāi)發(fā)的一種機(jī)器人語(yǔ)言。4．SERF是由日本三協(xié)精機(jī)制作所開(kāi)發(fā)的控制SKILAM機(jī)器人的語(yǔ)言。5．SIGLA

是由意大利Olivetti公司開(kāi)發(fā)的一種面向裝配的語(yǔ)言，其主要特點(diǎn)是為用戶提供了定義機(jī)器人任務(wù)的能力。6．AUTOPASS語(yǔ)言AUTOPASS語(yǔ)言是一種對(duì)象級(jí)語(yǔ)言。對(duì)象級(jí)語(yǔ)言是靠對(duì)象物狀態(tài)的變化給出大概的描述，把機(jī)器人的工作程序化的一種語(yǔ)言。5.5工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用5.5.1焊接機(jī)器人

5.5.2噴漆機(jī)器人

5.5.3裝配機(jī)器人5.5.4機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)5.5.5機(jī)器人在FMS中的應(yīng)用5.5.6惡劣工作環(huán)境及危險(xiǎn)工作

工業(yè)機(jī)器人最早應(yīng)用于汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。工業(yè)機(jī)器人延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，它可代替人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中工作；代替人完成繁重、單調(diào)的重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前，工業(yè)機(jī)器人主要用于以下幾個(gè)方面：（1）惡劣工作環(huán)境及危險(xiǎn)工作（2）特殊作業(yè)場(chǎng)合和極限作業(yè)（3）自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域5.5.1焊接機(jī)器人1．點(diǎn)焊機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人首先應(yīng)用于汽車的點(diǎn)焊作業(yè)，點(diǎn)焊機(jī)器人廣泛應(yīng)用于焊接車體薄板材料。圖為點(diǎn)焊機(jī)器人總圖，它是一種用于地面安裝的工業(yè)機(jī)器人。

點(diǎn)焊機(jī)器人主要性能要求：安裝面積小，工件空間大；快速完成小節(jié)距的多點(diǎn)定位；定位精度高（0.25mm），以確保焊接質(zhì)量；持重大（490~980N），以便攜帶內(nèi)裝變壓器的焊鉗；示教簡(jiǎn)單，節(jié)省工時(shí)。點(diǎn)焊機(jī)器人2．弧焊機(jī)器人

弧焊機(jī)器人應(yīng)用于焊接金屬連續(xù)結(jié)合的焊縫工藝，絕大多數(shù)可以完成自動(dòng)送絲、熔化電極和氣體保護(hù)下進(jìn)行焊接工作?；『笝C(jī)器人應(yīng)用范圍很廣，除汽車行業(yè)外，在通用機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)等許多行業(yè)中都有應(yīng)用。圖為弧焊機(jī)器人。

弧焊機(jī)器人5.5.2噴漆機(jī)器人

噴漆機(jī)器人廣泛應(yīng)用于汽車車體、家電產(chǎn)品和各種塑料制品的噴漆作業(yè)。噴漆機(jī)器人在使用環(huán)境和動(dòng)作要求上有如下特點(diǎn)：（1）工作環(huán)境包括易爆的噴漆劑蒸汽；（2）沿軌跡高速運(yùn)動(dòng)，途經(jīng)各點(diǎn)均為作業(yè)點(diǎn)；（3）多數(shù)被噴漆部件都搭載在傳送帶上，邊移動(dòng)邊噴漆。圖為噴漆機(jī)器人。噴漆機(jī)器人5.5.3裝配機(jī)器人

裝配在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位。有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明，裝配占產(chǎn)品生產(chǎn)勞動(dòng)量的50﹪~60﹪，在有些場(chǎng)合，這一比例甚至更高。例如，在電子廠的芯片裝配、電路板的生產(chǎn)中，裝配工作占勞動(dòng)量的70﹪~80﹪。因此，用機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配作業(yè)是十分重要的。裝配機(jī)器人如圖所示。裝配機(jī)器