第2章工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)《機器人技術(shù)應(yīng)用》1.掌握機器人的組成和技術(shù)參數(shù)2.了解機器人的典型應(yīng)用目錄頁PAGEOFCONTENT2.1工業(yè)機器人典型應(yīng)用2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.3工業(yè)機器人的技術(shù)指標(biāo)2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成以工業(yè)機器人為例，一個工業(yè)機器人系統(tǒng)，一般由三部分、六個子系統(tǒng)組成。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成1.機械系統(tǒng)機械本體是機器人賴以完成作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行機構(gòu)，一般是一臺機械手，可以在確定的環(huán)境中執(zhí)行控制系統(tǒng)指定的操作。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成1.機械系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由機身、臂部、腕部、手部（末端執(zhí)行器）四部分組成。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.感知系統(tǒng)感知系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器模塊和外傳感器模塊組成，獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中的有意義的信息。智能傳感器的使用提高了機器人的機動性、適應(yīng)性和智能化水平。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.感知系統(tǒng)機器人傳感器主要有以下幾類：

（1）二維視覺傳感器二維視覺傳感器主要就是一個攝像頭，它可以完成物體運動的檢測以及定位等功能，許多智能相機可以配合協(xié)調(diào)工業(yè)機器人的行動路線，根據(jù)接收到的信息對機器人的行為進行調(diào)整。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.感知系統(tǒng)（2）三維視覺傳感器三維視覺系統(tǒng)必須具備兩個攝像機在不同角度進行拍攝，這樣物體的三維模型可以被檢測識別出來。相比于二維視覺系統(tǒng)，三維傳感器可以更加直觀的展現(xiàn)事物。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.感知系統(tǒng)（3）力扭矩傳感器力扭矩傳感器是一種可以讓機器人知道力的傳感器，可以對機器人手臂上的力進行監(jiān)控，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對機器人接下來行為作出指導(dǎo)。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.感知系統(tǒng)（4）碰撞檢測傳感器工業(yè)機器人最大的要求就是安全，要營造一個安全的工作環(huán)境，就必須讓機器人識別什么事不安全。一個碰撞傳感器的使用，可以讓機器人理解自己碰到了什么東西，并且發(fā)送一個信號暫?；蛘咄Ｖ箼C器人的運動。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.感知系統(tǒng)（5）安全傳感器與上面的碰撞檢測傳感器不同，使用安全傳感器可以讓工業(yè)機器人感覺到周圍存在的物體，安全傳感器的存在，避免機器人與其他物體發(fā)生碰撞。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成2.感知系統(tǒng)（6）其他傳感器除了這些還有其他的許多傳感器，比如焊接縫隙追蹤傳感器，要想做好焊接工作，就需要配備一個這樣的傳感器，還有觸覺傳感器等。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成3.驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)主要指驅(qū)動機械系統(tǒng)的驅(qū)動裝置。根據(jù)驅(qū)動源的不同，驅(qū)動系統(tǒng)可分為電動、液壓、氣動三種以及把它們結(jié)合起來應(yīng)用的綜合系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)可以與機械系統(tǒng)直接相連，也可通過同步帶、鏈條、齒輪、諧波傳動裝置等與機械系統(tǒng)間接相連。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成4.機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)工業(yè)機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)是實現(xiàn)工業(yè)機器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來的信號支配機器人的執(zhí)行機構(gòu)完成規(guī)定的運動和功能?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)控制原理可分為程序控制系統(tǒng)、適應(yīng)性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng)；根據(jù)控制運動的形式可分為點位控制和軌跡控制。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（1）控制器的發(fā)展隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，從核心處理器組成結(jié)的角度，機器人控制器的發(fā)展經(jīng)歷了以下三個階段：第一階段：單一處理器，機器人發(fā)展初期，控制器使用的核心處理器是單一的，采用的是8位或16位的處理器。由于處理器單一，機器人所有的操作都由這一處理器處理，所以處理效率低下，操作動作緩慢。第二階段：二級處理器，介于單一處理器和多處理器之間，這時的處理器分為兩級，日本早期研制的Motoman機器人控制器就采用這種模式。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（1）控制器的發(fā)展第三階段：多處理器，是目前機器人用的最為廣泛的一種處理器結(jié)構(gòu)。多處理器中，同樣有分級，一級仍為高級核心處理器，作用與第二階段的一級處理器差不多；但二級處理器有多個，這種模式的一級處理器與二級處理器通過總線進行數(shù)據(jù)交換，控制性能和操作速度明顯提高，同時功能升級和可擴展空間大大提高。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（1）控制器的發(fā)展從控制模式的角度，機器人控制器的發(fā)展經(jīng)歷了以下三個階段：第一階段：集中式控制，一般是單一處理器的情況下，機器人的所有操作都由同一處理器處理，所有操作都是這一處理器集中控制。第二階段：主從式控制，至少在有兩個處理器的情況下，一個處理器處于上一級，另一個處理器處于下一級的控制。第三階段：分布式控制，是在有多個處理器的情況下，每個處理器負責(zé)一個或幾個部件的控制，可以不相互影響，但也要受上一級的調(diào)控。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（2）控制器的組成現(xiàn)在機器人控制器架構(gòu)一般為多處理器分布式的模式，具體來說主要有兩種形式：一種是電腦和機器人控制卡操作機器人模式，另一種是嵌入式處理器和實時操作系統(tǒng)自動控制模式，它們基本由下面幾個部分組成。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（2）控制器的組成①控制PC或嵌入式處理器：除單獨的控制PC外，一般用的是8位或16位單片機，成本較低、技術(shù)較成熟；也可以是嵌入式數(shù)字信號處理器,如DSP，一般用C語言編程，算法的可塑性強、較靈活。②示教盒：用于對機器人進行軌跡的示教，參數(shù)的設(shè)定，是人機交互的接口。③存儲設(shè)備：用于儲機器人工作程序和數(shù)據(jù)的存儲設(shè)備。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（2）控制器的組成④各種輸入輸出接口：用于各種信息和數(shù)據(jù)的輸入或輸出。⑤傳感器：用于機器人的狀態(tài)的自動檢測，以實現(xiàn)實時控制，一般為力學(xué)傳感器、觸覺和視覺傳感器。⑥軸控制器：用于完成控制機器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度。⑦通信接口：實現(xiàn)機器人和其他設(shè)備的信息交換，一般有串行接口、并行接口等，包括與網(wǎng)絡(luò)信息的通信的網(wǎng)絡(luò)接口。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（3）控制器的功能

①示教功能：示教功能是機器人的首要功能之一，有離線示教（即離線編程），有在線示教，在線示教包括示教盒和導(dǎo)引示教兩種。②記憶功能：機器人的發(fā)展是建立在計算機發(fā)展基礎(chǔ)之上的，機器人也有存儲器，因而也有記憶功能。③與其他設(shè)備通信的功能：機器人能通過已有的各種接口與其他設(shè)備進行通信。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（3）控制器的功能④參數(shù)設(shè)置功能：能設(shè)置與操作有關(guān)的各種參數(shù)。⑤人機對話功能：能通過示教盒、操作面板、顯示屏進行人機交互。⑥自我檢測功能：能通過各種傳感器進行自我檢測。⑦自我診斷功能：機器人運行時系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下能進行自我診斷保護。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器在未來的工作和生活中，特別是工業(yè)應(yīng)用中，機器人將被“不知疲倦”地使用去做滿足人類的各用事情。因此，機器人需要是高度柔性、高度開放的，具有友好的可編程人機交互界面。示教技術(shù)就是能讓機器人被編程而能夠完成不同任務(wù)的技術(shù)。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器課堂討論：視頻中，機器人完成這些搬運動作，可以采用哪些示教編程方式?2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器1)示教器的分類①直接示教：可理解成我們常說的手把手教，例如，在使用機器人進行噴涂作業(yè)前，需要人工地牽動機器人的手臂進行噴涂作業(yè)，相當(dāng)于先人工給機器人進行示范，以達到示教的目的。在這個過程中，需要選擇相關(guān)的坐標(biāo)系以進行位置的標(biāo)定，這些坐標(biāo)系有關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、工具坐標(biāo)系、用戶坐標(biāo)系和直角坐標(biāo)系等。特點：操作簡單、直接快速，但在有的場合卻不能適用，比如當(dāng)機器人較龐大時，利用機器人進行危險物品操作時，機器人操作的工具較危險時等。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器1)示教器的分類①直接示教當(dāng)機器人不適合用人工牽動機器人的手臂進行拖拽示教時，可采用編程的方式進行示教再現(xiàn)。首先，由人工觀察機器人的作業(yè)姿勢；然后，人工通過示教盒對作業(yè)姿勢以及一些其他參數(shù)進行設(shè)定，使機器人操作的整個過程的數(shù)據(jù)被記錄下來，再通過插補，就完成了機器人的示教了。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器1)示教器的分類②離線編程示教：主要是運用軟件進行機器人操作任務(wù)的編程，一般可以分為執(zhí)行編程和任務(wù)編程。在進行編程前，常用的圖形軟件主要是CAD或CAM，用來建立機器人的工作環(huán)境模型，再用機器人的編程語言，一般為高級語言對機器人的操作進行編程，最后可以在模擬的環(huán)境中進行機器人操作仿真，并進行修正或改善。離線編程示教的整個過程不需要真實的機器人進行操作。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器1)示教器的分類③VR示教：即VirtualReality虛擬現(xiàn)實示教。是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人示教的方面的應(yīng)用，整個示教過程比離線編程示教更脫離真實機器人，但由于它是高度虛擬化，相比之下，具有更加形象的操作環(huán)境，更加高級的人機接口。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)4、示教器2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器2)主流示教器示教器是機器人的重要組成部分，主流的示教器有世界著名的瑞典ABB，德國KUKA，日本安川機電、FANUC，美國Adept、Miler、S-TROBOtics，意大利COMAU，英國Auto-techRobotics等。2.2工業(yè)機器人典型系統(tǒng)組成5.控制系統(tǒng)（4）示教器2)主流示教器①瑞典ABB示教器：由硬件和軟件組成，從功能上來說，它是一個獨立、且功能完整的計算機，它主要由使動裝置、連接器、觸摸屏、緊急停止按鈕和控制桿組成。②意大利COMAU示教器：多以無線示教器為主，示教盒與機器人本體的控制單元采用像手機一樣“配對”的方式連接，方便了機器人直接示教，提高了示教效率。如果是有線連接，該種示教器可以以熱插拔的方式與機器人本體的控制器相連接。③日本安川機電示教器：采用位姿示教時，可以采用實際機器人示教的方式，比如直接示教和遙控示教；也可以采用脫離機器人的示教方式，比如離線示教和虛擬現(xiàn)實示教。該類示教器的缺點是無法使機器人作業(yè)姿態(tài)與路徑達到最優(yōu)，操作過程中還會一定程度上影響到人身安全。