《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程教案首頁授課教師班級學(xué)時4授課日期主題或任務(wù)模塊一：工業(yè)機(jī)器人概述課型新課授課地點(diǎn)√多媒體教室○企業(yè)○專業(yè)教室○實(shí)訓(xùn)室教學(xué)目標(biāo)掌握工業(yè)機(jī)器人概念了解發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的必要性工業(yè)機(jī)器人發(fā)展概況學(xué)習(xí)內(nèi)容掌握工業(yè)機(jī)器人概念了解發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的必要性工業(yè)機(jī)器人發(fā)展概況重點(diǎn)難點(diǎn)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展概況以及前景教學(xué)方法√理論講授○小組討論○項(xiàng)目教學(xué)○任務(wù)驅(qū)動○參觀教學(xué)○模擬教學(xué)○實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)○演示教學(xué)○其他素材資源○文本素材○實(shí)物展示√PPT幻燈片○音頻素材○視頻素材○動畫素材○圖形/圖像素材○網(wǎng)絡(luò)資源○其他教學(xué)設(shè)計掌握工業(yè)機(jī)器人概念了解發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的必要性工業(yè)機(jī)器人發(fā)展概況從工業(yè)機(jī)器人的概念及發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的必要性，初步了解學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的必要性。學(xué)習(xí)評價○行為表現(xiàn)○課堂作業(yè)○測驗(yàn)測試○制作作品○其他作業(yè)題目課后習(xí)題雙語教學(xué)工業(yè)機(jī)器人Industrialrobot教學(xué)內(nèi)容備注第一部分：新課導(dǎo)入富士康“百萬機(jī)器人”上崗折射中國制造業(yè)升級2011年，富士康CEO郭臺銘表示希望到2012年底裝配30萬臺機(jī)器人，到2014年裝配100萬臺，要在5到10丙看到首批完全自動化的工廠，并在數(shù)年內(nèi)通過自動化消除簡單重復(fù)性的工序。機(jī)器人的投產(chǎn)使用，可將目前的人力資源轉(zhuǎn)移到具備更高附加值的崗位上，這也符合將我國“人口紅利”轉(zhuǎn)為“人才紅利”的大目標(biāo)。這一工業(yè)機(jī)器人的井噴潮涌，何時會蔓延到“中國制造”的每一個工廠、每一條生產(chǎn)線、每一個工序、每一個工位上，將為“中國制造”的轉(zhuǎn)型提“智”做出何等貢獻(xiàn)?我們對此充滿期待。第二部分：新課教學(xué)1.1什么是機(jī)器人機(jī)器人涉及到人的概念，成為一個難以回答的哲學(xué)問題。美國一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過程序動作來執(zhí)行種種任務(wù)的，并具有編程能力的多功能操作機(jī)。日本一種帶有存儲器件和末端操作器的通用機(jī)械，它能夠通過自動化的動作替代人類勞動。中國一種自動化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或者生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機(jī)器。ISO一種能自動控制，可重復(fù)編程，多功能、多自由度的操作機(jī)，能搬運(yùn)材料、工件或操持工具來完成各種作業(yè)。廣義地說:工業(yè)機(jī)器人是一種在計算機(jī)控制下的可編程的自動機(jī)器。它具有四個基本特征:①特定的機(jī)械機(jī)構(gòu)②通用性③不同程度的智能④獨(dú)立性。1.2為何發(fā)展工業(yè)機(jī)器人讓機(jī)器人替人類干那些人不愿干、干不了、干不好的工作。ABB給出十大投資機(jī)器人的理由:第一，降低運(yùn)營成本;第二，提升產(chǎn)品質(zhì)量與一致性;第三，改善員工的工作環(huán)境;第四，擴(kuò)大產(chǎn)能;第五，增強(qiáng)生產(chǎn)的柔性;第六，減少原料浪費(fèi)，提高成品率;第七，滿足安全法規(guī)，改善生產(chǎn)安全條件;第八，減少人員流動，緩解招聘技術(shù)工人的壓力;第九，降低投資成本，提高生產(chǎn)效率;最后一點(diǎn)，節(jié)約寶貴的生產(chǎn)空間。1.3工業(yè)機(jī)器人發(fā)展概況1.3.1工業(yè)機(jī)器人的誕生1959年，美國造出了世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人Unimate，可實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、伸縮置、俯仰等動作。1.3.2工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢2005年，YASKAWA推出可代替人完成組裝或搬運(yùn)機(jī)器人MOTOMAN-DA20和MOTOMAN-IA20。2010年意大利柯馬（COMAU）推出SMART5PAL機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)裝載/卸載、多產(chǎn)品拾取、堆垛等。KUKA公司推出KR5arcHW（HollowWrist），其機(jī)械臂和機(jī)械手上有一個50mm寬的通孔，可以保護(hù)機(jī)械臂上的整套保護(hù)氣體軟管的敷設(shè)。1.3.2工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢FANUC推出的RobotM-3iA裝配機(jī)器人采用四軸或六軸模式，具有獨(dú)特的平行連接結(jié)構(gòu)，具備輕巧便攜的特點(diǎn)，承重范圍可達(dá)6kg。國際工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，基本沿著兩個路徑在發(fā)展：一是模仿人的手臂，實(shí)現(xiàn)多維運(yùn)動，典型應(yīng)用為點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人；二是模仿人的下肢運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)物料輸送、傳遞等搬運(yùn)功能，如搬運(yùn)機(jī)器人。機(jī)器人研發(fā)水平最高的是日本、美國與歐洲，他們在發(fā)展工業(yè)機(jī)器人方面各有千秋：日本模式：各司其職，分層面完成交鑰匙工程。歐洲模式：一攬子交鑰匙工程。美國模式：采購與成套設(shè)計相結(jié)合。國產(chǎn)機(jī)器人與進(jìn)口機(jī)器人尚存一定差距，具體現(xiàn)狀如下：第一，低端技術(shù)水平有待改善。第二，產(chǎn)業(yè)鏈條亟待充實(shí)與規(guī)范。第四部分作業(yè)課后習(xí)題《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程教案首頁授課教師班級學(xué)時8授課日期主題或任務(wù)模塊二：Robotstudio軟件安裝與創(chuàng)建模塊三：工業(yè)機(jī)器人的基本原理課型新課授課地點(diǎn)√多媒體教室○企業(yè)○專業(yè)教室○實(shí)訓(xùn)室教學(xué)目標(biāo)1.學(xué)會Robotstudio軟件安裝2.學(xué)會Robotstudio創(chuàng)建新工作站3.掌握工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用4掌握機(jī)器人的系統(tǒng)組成學(xué)習(xí)內(nèi)容1.Robotstudio軟件安裝與創(chuàng)建2.Robotstudio創(chuàng)建新工作站3.工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用4.機(jī)器人的系統(tǒng)組成重點(diǎn)難點(diǎn)工業(yè)機(jī)器人分類及應(yīng)用機(jī)器人系統(tǒng)組成教學(xué)方法√理論講授○小組討論○項(xiàng)目教學(xué)○任務(wù)驅(qū)動○參觀教學(xué)○模擬教學(xué)○實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)○演示教學(xué)○其他素材資源○文本素材○實(shí)物展示√PPT幻燈片○音頻素材○視頻素材○動畫素材○圖形/圖像素材○網(wǎng)絡(luò)資源○其他教學(xué)設(shè)計1.Robotstudio軟件安裝與創(chuàng)建2.Robotstudio創(chuàng)建新工作站3.工業(yè)機(jī)器人分類及應(yīng)用4.工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成利用視頻資料從工業(yè)機(jī)器人的概念及發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的需要，初步了解學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的必要性，從而再深入學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用和系統(tǒng)組成。學(xué)習(xí)評價○行為表現(xiàn)○課堂作業(yè)○測驗(yàn)測試○制作作品○其他作業(yè)題目課后習(xí)題雙語教學(xué)工業(yè)機(jī)器人Industrialrobot教學(xué)內(nèi)容備注第一部分：新課導(dǎo)入富士康“百萬機(jī)器人”上崗折射中國制造業(yè)升級2011年，富士康CEO郭臺銘表示希望到2012年底裝配30萬臺機(jī)器人，到2014年裝配100萬臺，要在5到10丙看到首批完全自動化的工廠，并在數(shù)年內(nèi)通過自動化消除簡單重復(fù)性的工序。機(jī)器人的投產(chǎn)使用，可將目前的人力資源轉(zhuǎn)移到具備更高附加值的崗位上，這也符合將我國“人口紅利”轉(zhuǎn)為“人才紅利”的大目標(biāo)。這一工業(yè)機(jī)器人的井噴潮涌，何時會蔓延到“中國制造”的每一個工廠、每一條生產(chǎn)線、每一個工序、每一個工位上，將為“中國制造”的轉(zhuǎn)型提“智”做出何等貢獻(xiàn)?我們對此充滿期待。第二部分：新課教學(xué)1.4工業(yè)機(jī)器人的分類及應(yīng)用1.4.1工業(yè)機(jī)器人的分類關(guān)于工業(yè)機(jī)器人分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可按負(fù)載重量、控制方式、自由度、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域等劃分。1、按機(jī)器人的技術(shù)等級劃分（1）示教再現(xiàn)機(jī)器人第一代工業(yè)機(jī)器人能夠按照人類預(yù)先示教的軌跡、行為、順序和速度重復(fù)作業(yè)，示教可由操作員手把手進(jìn)行或通過示教器完成。（2）感知機(jī)器人第二代工業(yè)機(jī)器人程具有環(huán)境感知裝置，能在一定度上適應(yīng)環(huán)境的變化，目前已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段。（3）智能機(jī)器人第三代工業(yè)機(jī)器人具有發(fā)現(xiàn)問題，并且能自主地解決問題的能力，尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。關(guān)于工業(yè)機(jī)器人分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可按負(fù)載重量、控制方式、自由度、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域等劃分。2、按機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特征劃分直角坐標(biāo)機(jī)器人具有空間上相互垂直的多個直線移動軸，通過直角坐標(biāo)方向的3個獨(dú)立自由度確定其手部的空間位置，其動作空間為一長方體。直角坐標(biāo)機(jī)器人具有空間上相互垂直的多個直線移動軸，通過直角坐標(biāo)方向的3個獨(dú)立自由度確定其手部的空間位置，其動作空間為一長方體。球面坐標(biāo)機(jī)器人空間位置分別由旋轉(zhuǎn)、擺動和平移3個自由度確定，動作空間形成球面的一部分。垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人模擬人手臂功能，由垂直于地面的腰部旋轉(zhuǎn)軸、帶動小臂旋轉(zhuǎn)的肘部旋轉(zhuǎn)軸以及小臂前端的手腕等組成，手腕通常有2~3個自由度，其動作空間近似一個球體。水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人結(jié)構(gòu)上具有串聯(lián)配置的兩個能夠在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的手臂，自由度可依據(jù)用途選擇2~4個，動作空間為一圓柱體。1.4.2工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用按作業(yè)任務(wù)將工業(yè)機(jī)器人分為搬運(yùn)、碼垛、焊接、涂裝、裝配機(jī)器人。機(jī)器人搬運(yùn)被廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝箱等的自動搬運(yùn)。機(jī)器人碼垛被廣泛應(yīng)用于化工、飲料、食品、啤酒、塑料等生產(chǎn)企業(yè)，對紙箱、袋裝、罐裝、啤酒箱、瓶裝等各種形狀的包裝成品都適用。機(jī)器人焊接最早應(yīng)用在裝配生產(chǎn)線上。開拓了一種柔性自動化生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)了在一條焊接機(jī)器人生產(chǎn)線上同時自動生產(chǎn)若干種焊件。機(jī)器人涂裝被廣泛應(yīng)用汽車、汽車零配件、鐵路、家電、建材、機(jī)械等行業(yè)機(jī)器人裝配被廣泛應(yīng)用于各種電器的制造行業(yè)及流水線產(chǎn)品的組裝作業(yè)，具有高效，精確，不間斷工作的特點(diǎn)。1.5工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成（詳見ppt）第三部分小結(jié)工業(yè)機(jī)器人是一種能自動定位控制并可重新編程予以變動的多功能機(jī)器。它有多個自由度可用來搬運(yùn)材料、零件和握持工具，以完成各種不同的作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展過程可分為三代。第一代為示教-再現(xiàn)型機(jī)器人，它可以按照預(yù)先設(shè)定的程序，自主完成規(guī)定動作或操作，當(dāng)前工業(yè)中應(yīng)用最多。第二代為感覺型機(jī)器人，如有力覺、觸覺和視覺等，它具有對某些外界信息進(jìn)行反饋調(diào)整的能力，目前已進(jìn)入應(yīng)用階段。第三代為智能型機(jī)器人，其尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。第四部分作業(yè)課后習(xí)題《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程教案首頁授課教師班級學(xué)時4授課日期主題或任務(wù)模塊四：工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動軸與坐標(biāo)系課型新課授課地點(diǎn)√多媒體教室○企業(yè)○專業(yè)教室○實(shí)訓(xùn)室教學(xué)目標(biāo)1.工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動軸與坐標(biāo)系2.工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)學(xué)習(xí)內(nèi)容1.掌握工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動軸與坐標(biāo)系2.了解工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)重點(diǎn)難點(diǎn)1.能夠區(qū)分工業(yè)機(jī)器人的不同坐標(biāo)系2.掌握不同品牌不同關(guān)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動軸教學(xué)方法√理論講授○小組討論○項(xiàng)目教學(xué)○任務(wù)驅(qū)動○參觀教學(xué)○模擬教學(xué)○實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)○演示教學(xué)○其他素材資源○文本素材○實(shí)物展示√PPT幻燈片○音頻素材○視頻素材○動畫素材○圖形/圖像素材○網(wǎng)絡(luò)資源○其他教學(xué)設(shè)計1.工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動軸與坐標(biāo)系2.工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)通過視頻資料學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動軸與坐標(biāo)系，以及技術(shù)參數(shù)。利用robotstudio輔助學(xué)習(xí)機(jī)器人各軸如何運(yùn)動學(xué)習(xí)評價○行為表現(xiàn)○課堂作業(yè)○測驗(yàn)測試○制作作品○其他作業(yè)題目課后習(xí)題雙語教學(xué)工業(yè)機(jī)器人Industrialrobot教學(xué)內(nèi)容備注第一部分新課導(dǎo)入工業(yè)機(jī)器人一般為多軸機(jī)器人，機(jī)器人各軸運(yùn)動其實(shí)是根據(jù)不同作業(yè)要求，在不同坐標(biāo)系下的運(yùn)動。第二部分新課講授一、工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動軸1.通常機(jī)器人運(yùn)動軸按其功能可劃分為機(jī)器人軸、基座軸和工裝軸，基座軸和工裝軸統(tǒng)稱外部軸。2.六關(guān)節(jié)型機(jī)器人操作機(jī)有6個可活動的關(guān)節(jié)（軸）。ABB機(jī)器人6軸定義為軸1、軸2、軸3、軸4、軸5和軸6。KUKA機(jī)器人6軸分別定義為Al、A2、A3、A4、A5和A6。二、工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系1.機(jī)器人運(yùn)動軸與坐標(biāo)系之間的關(guān)系工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動實(shí)質(zhì)是根據(jù)不同作業(yè)內(nèi)容、軌跡的要求，在各種坐標(biāo)系下的運(yùn)動。機(jī)器人的坐標(biāo)系主要包括關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、直角坐標(biāo)系和工具坐標(biāo)系三類，分別對應(yīng)三類運(yùn)動。如下圖所示，關(guān)節(jié)坐標(biāo)系對應(yīng)的是關(guān)節(jié)運(yùn)動；直角坐標(biāo)系包括：基坐標(biāo)系、世界坐標(biāo)系和用戶坐標(biāo)系，對應(yīng)的是線性運(yùn)動；工具坐標(biāo)系對應(yīng)的是重定位運(yùn)動2.工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)系（1）關(guān)節(jié)坐標(biāo)系關(guān)節(jié)坐標(biāo)系是設(shè)定在機(jī)器人關(guān)節(jié)中的坐標(biāo)系。關(guān)節(jié)坐標(biāo)系中機(jī)器人的位置和姿態(tài)，以各關(guān)節(jié)底座側(cè)的關(guān)節(jié)坐標(biāo)系為基準(zhǔn)而確定。如右圖所示，在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下，機(jī)器人可以進(jìn)行單軸運(yùn)動在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下，機(jī)器人各軸均可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)正向或反向運(yùn)動。對于大范圍運(yùn)動，且不要求機(jī)器人TCP點(diǎn)姿態(tài)的，可選擇關(guān)節(jié)坐標(biāo)系。（2）直角坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系又包括：基坐標(biāo)系、世界坐標(biāo)系和用戶坐標(biāo)系（也叫工件坐標(biāo)系）大地坐標(biāo)系是被固定在空間上的標(biāo)準(zhǔn)直角坐標(biāo)系，其被固定在由機(jī)器人事先確定的位置。用戶坐標(biāo)系是基于該坐標(biāo)系而設(shè)定的。它用于位置數(shù)據(jù)的示教和執(zhí)行?；鴺?biāo)系是最常用的直角坐標(biāo)系，其原點(diǎn)定義在機(jī)器人的安裝面與第一轉(zhuǎn)動軸的交點(diǎn)處，X軸向前，Z軸向上，Y軸按右手規(guī)則確定。工件坐標(biāo)系對應(yīng)工件，是用戶對每個作業(yè)空間進(jìn)行定義的直角坐標(biāo)系。它用于位置寄存器的示教和執(zhí)行、位置補(bǔ)償指令的執(zhí)行等。在沒有定義的時候，將由世界坐標(biāo)系來替代該坐標(biāo)系。（3）工具坐標(biāo)系工具坐標(biāo)系，是用來定義工具中心點(diǎn)（TCP）的位置和工具姿態(tài)的坐標(biāo)系。工具坐標(biāo)系必須事先進(jìn)行設(shè)定。在沒有定義的時候，將由默認(rèn)工具坐標(biāo)系來替代該坐標(biāo)系。工具坐標(biāo)系主要用于進(jìn)行相對于工件不改變工具姿勢的平行移動操作時最為適宜。第三部分布置作業(yè)課后習(xí)題《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程教案首頁授課教師班級學(xué)時4授課日期主題或任務(wù)模塊五：工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)課型新課授課地點(diǎn)√多媒體教室○企業(yè)○專業(yè)教室○實(shí)訓(xùn)室教學(xué)目標(biāo)1.工業(yè)機(jī)器人的機(jī)身結(jié)構(gòu)2.工業(yè)機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)3.工業(yè)機(jī)器人的腕部結(jié)構(gòu)4.工業(yè)機(jī)器人的手部結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)內(nèi)容1.掌握工業(yè)機(jī)器人的機(jī)身結(jié)構(gòu)2.掌握工業(yè)機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)3.掌握工業(yè)機(jī)器人的腕部結(jié)構(gòu)4.掌握工業(yè)機(jī)器人的手部結(jié)構(gòu)重點(diǎn)難點(diǎn)掌握工業(yè)機(jī)器人的基本機(jī)械結(jié)構(gòu)，以及機(jī)器人本體機(jī)械設(shè)計方法教學(xué)方法√理論講授○小組討論○項(xiàng)目教學(xué)○任務(wù)驅(qū)動○參觀教學(xué)○模擬教學(xué)○實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)○演示教學(xué)○其他素材資源○文本素材○實(shí)物展示√PPT幻燈片○音頻素材○視頻素材○動畫素材○圖形/圖像素材○網(wǎng)絡(luò)資源○其他教學(xué)設(shè)計1.掌握工業(yè)機(jī)器人的機(jī)身結(jié)構(gòu)2.掌握工業(yè)機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)3.掌握工業(yè)機(jī)器人的腕部結(jié)構(gòu)4.掌握工業(yè)機(jī)器人的手部結(jié)構(gòu)通過視頻資料學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)。利用動畫展示機(jī)器人各機(jī)械部分的運(yùn)動方式學(xué)習(xí)評價○行為表現(xiàn)○課堂作業(yè)○測驗(yàn)測試○制作作品○其他作業(yè)題目課后習(xí)題雙語教學(xué)工業(yè)機(jī)器人Industrialrobot教學(xué)內(nèi)容備注第一部分新課導(dǎo)入本次課程的內(nèi)容是工業(yè)機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)、臂部結(jié)構(gòu)、腕部結(jié)構(gòu)和手部結(jié)構(gòu)。工業(yè)機(jī)器人機(jī)身是直接連接、支承和傳動手臂及行走機(jī)構(gòu)的部件。它是由臂部運(yùn)動（升降、平移、回轉(zhuǎn)和俯仰）機(jī)構(gòu)及有關(guān)的導(dǎo)向裝置、支撐件等組成。手臂部件（簡稱臂部）是機(jī)器人的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運(yùn)動。工業(yè)機(jī)器人腕部的空間位置及其工作空間都與臂部的運(yùn)動和臂部的參數(shù)有關(guān)。腕部是聯(lián)接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件,它的主要作用是確定手部的作業(yè)方向。因此它具有獨(dú)立的自由度，以滿足機(jī)器人手部復(fù)雜的姿態(tài)調(diào)整。機(jī)器人的手部也叫末端執(zhí)行器，是裝在機(jī)器人手腕末端法蘭上用來直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。它具有模仿人手部動作的功能，安裝于機(jī)器人手臂的前端。第二部分新課講授任務(wù)一：工業(yè)機(jī)器人的機(jī)身結(jié)構(gòu)一、回轉(zhuǎn)與升降型機(jī)身結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人機(jī)身是直接聯(lián)接手臂及行走機(jī)構(gòu)的部件，同時起到支承和傳動的作用。它包括臂部運(yùn)動機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)升降、平移、回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動，以及有關(guān)的導(dǎo)向裝置、支承件等組成。由于工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動形式、使用條件、負(fù)載能力各不相同，所采用的驅(qū)動裝置、傳動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向裝置也都不同，所以機(jī)身結(jié)構(gòu)有很大差異。機(jī)身結(jié)構(gòu)由機(jī)器人總體設(shè)計確定我們先來看下回轉(zhuǎn)與升降型機(jī)身結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人把回轉(zhuǎn)與升降這兩個自由度歸屬于機(jī)身，該類機(jī)身稱為回轉(zhuǎn)與升降機(jī)身?；剞D(zhuǎn)與升降型機(jī)身結(jié)構(gòu)主要由實(shí)現(xiàn)臂部的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動的機(jī)構(gòu)組成。機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動通常采用回轉(zhuǎn)軸液壓缸或回轉(zhuǎn)軸氣缸驅(qū)動、或是直線液壓缸或氣缸驅(qū)動,并通過傳動鏈和蝸輪蝸桿機(jī)械傳動完成。機(jī)身的升降運(yùn)動可以采用直線缸驅(qū)動、絲杠一螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動和直線缸驅(qū)動的連桿式升降臺完成。由于歸附于機(jī)身上的自由度要帶動機(jī)器人的臂部、腕部、手部以及手部加持的工件同步運(yùn)動1，因此需要很大的輸出力矩，一般重載機(jī)器人機(jī)身自由度的驅(qū)動可采用液壓或氣壓驅(qū)動。如果是升降缸在下，回轉(zhuǎn)缸在上，回轉(zhuǎn)運(yùn)動采用擺動缸驅(qū)動，因擺動缸安放在升降活塞桿的上方，故活塞桿的尺寸要加大。如果是回轉(zhuǎn)缸在下，升降缸在上，回轉(zhuǎn)運(yùn)動采用擺動缸驅(qū)動，相比之下，回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動力矩在設(shè)計時就要加大一些。同步帶傳動或鏈條鏈輪傳動是將同步帶或鏈條的直線運(yùn)動變?yōu)橥綆л喕蜴溳喌幕剞D(zhuǎn)運(yùn)動，它的回轉(zhuǎn)角度可以大于360°。左圖為氣動機(jī)器人采用單桿活塞氣缸驅(qū)動同步帶輪，或是鏈條鏈輪傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。右圖為雙桿活塞氣缸驅(qū)動同步帶輪，或是鏈輪回轉(zhuǎn)的方式。二、回轉(zhuǎn)與俯仰型機(jī)身結(jié)構(gòu)球坐標(biāo)型機(jī)器人把回轉(zhuǎn)與俯仰這兩個自由度歸屬于機(jī)身，該類機(jī)身稱為回轉(zhuǎn)與俯仰機(jī)身?；剞D(zhuǎn)與俯仰型機(jī)器人的機(jī)身主要由實(shí)現(xiàn)手臂左右回轉(zhuǎn)和上下俯仰運(yùn)動的部件組成，它用手臂的俯仰運(yùn)動部件代替手臂的升降運(yùn)動部件。機(jī)器人手臂的俯仰運(yùn)動一般采用活塞液壓缸或氣缸驅(qū)動連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，手臂俯仰運(yùn)動用的活塞缸位于手臂的下方，其活塞桿和手臂用鉸鏈連接，缸體采用尾部耳環(huán)或中部銷軸等方式與立柱連接。此外有時也采用無桿活塞缸驅(qū)動齒條齒輪或四桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)手臂的俯仰運(yùn)動。三、直移型機(jī)身結(jié)構(gòu)直角坐標(biāo)型機(jī)器人有時把沿Z軸的升降或沿X軸水平移動自由度歸屬于機(jī)身。直移型機(jī)器人多為懸掛式的，其機(jī)身實(shí)際上就是懸掛手臂的橫梁。為使手臂能沿橫梁平移，除了要有驅(qū)動和傳動機(jī)構(gòu)外，導(dǎo)軌是一個重要的構(gòu)件。最后是類人機(jī)器人型機(jī)身結(jié)構(gòu)類人機(jī)器人的機(jī)身上除裝有驅(qū)動臂部的運(yùn)動裝置外，還應(yīng)裝有驅(qū)動腿部運(yùn)動的裝置和腰部關(guān)節(jié)?？客炔亢脱康那爝\(yùn)動來實(shí)現(xiàn)升降，腰部關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)左右和前后的俯仰和人身軸線方向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。四、幾種常見類型機(jī)器人（見PPT和視頻資料）任務(wù)二：工業(yè)機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)一、機(jī)器人臂部的組成手臂部件，簡稱臂部，是機(jī)器人的主要執(zhí)行部件，它的作用是支承腕部和手部，并帶動它們在空間運(yùn)動，工業(yè)機(jī)器人腕部的空間位置以及工作空間，都與臂部的運(yùn)動和臂部的參數(shù)有關(guān)。為了讓機(jī)器人的末端執(zhí)行器可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)任務(wù)，一般機(jī)器人的手臂具有伸縮、回轉(zhuǎn)和升降或者是俯仰3個自由度，完成機(jī)器人手臂的徑向移動、回轉(zhuǎn)運(yùn)動和垂直移動。手臂的各種運(yùn)動通常由驅(qū)動機(jī)構(gòu)和各種傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，它不僅僅承受被抓取工件的重量，而且要承受末端執(zhí)行器、手腕和手臂的自身重量1。手臂的機(jī)構(gòu)、工作空間、靈活性以及臂力和定位精度等都直接影響機(jī)器人的工作性能。機(jī)器人的手臂主要包括臂桿，以及與其伸縮、屈伸或自轉(zhuǎn)等運(yùn)動有關(guān)的構(gòu)件，如傳動機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、導(dǎo)向定位裝置、支承聯(lián)接和位置檢測元件等。此外，還有與腕部或手臂的運(yùn)動和聯(lián)接支承等有關(guān)的構(gòu)件、配管配線等。根據(jù)臂部的運(yùn)動和布局、驅(qū)動方式、傳動和導(dǎo)向裝置的不同可分為伸縮型臂部結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)動伸縮型臂部結(jié)構(gòu)、屈伸型臂部結(jié)構(gòu)和其他專用的機(jī)械傳動臂部結(jié)構(gòu)。伸縮型臂部結(jié)構(gòu)可由液壓缸或氣壓缸驅(qū)動，或者由直線電動機(jī)驅(qū)動。轉(zhuǎn)動伸縮型臂部結(jié)構(gòu)除了臂部做伸縮運(yùn)動，還繞自身軸線運(yùn)動，以便實(shí)現(xiàn)手部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，轉(zhuǎn)動可由液壓缸或氣壓缸驅(qū)動，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動。二、機(jī)器人機(jī)身和臂部的配置機(jī)身和臂部的配置形式基本上反映了機(jī)器人的總體布局。由于機(jī)器人的運(yùn)動要求、工作對象、作業(yè)環(huán)境和場地等因素的不同，出現(xiàn)了各種不同的配置形式。目前常用的有橫梁式、立柱式、機(jī)座式和屈伸式四種配置形式。1.橫梁式配置橫梁式配置，機(jī)身設(shè)計成橫梁式，用于懸掛手臂部件。通常分為單臂懸掛式和雙臂懸掛式兩種，運(yùn)動形式大多為移動式。具有占地面積小、能有效利用空間、動作簡單直觀等優(yōu)點(diǎn)。橫梁可設(shè)計成固定的或行走的，一般橫梁安裝在廠房原有建筑的柱梁或有關(guān)設(shè)備上，也可從地面架設(shè)。2.立柱式配置立柱式配置，立柱式配置機(jī)器人多采用回轉(zhuǎn)型、俯仰型或屈伸型的運(yùn)動形式，是一種常見的配置形式。通常分為單臂式和雙臂式兩種。一般臂部都可在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，具有占地面積小而工作空間大的特點(diǎn)。立柱可固定安裝在空地上，也可以固定在床身上。立柱式結(jié)構(gòu)簡單，可承擔(dān)上、下料或轉(zhuǎn)運(yùn)等工作。3.機(jī)座式配置機(jī)身設(shè)計成機(jī)座式，這種機(jī)器人可以是獨(dú)立的、自成系統(tǒng)的完整裝置，可以隨意安放和搬動。4.屈伸式配置屈伸式機(jī)器人的臂部由大小臂組成，大小臂間有相對運(yùn)動，稱為屈伸臂。三、機(jī)器人的臂部機(jī)構(gòu)機(jī)器人的手臂由大臂、小臂構(gòu)成。驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電動驅(qū)動等形式其中電動驅(qū)動形式最為常見。手臂的運(yùn)動機(jī)構(gòu)可以分成三種情況。第一種情況是手臂直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)機(jī)器人手臂的伸縮、升降及橫向或縱向的移動均屬于直線運(yùn)動，而實(shí)現(xiàn)手臂直線運(yùn)動采用往復(fù)活塞和連桿機(jī)構(gòu)等運(yùn)動機(jī)構(gòu)的形式較多。由于活塞缸的體積小，重量輕，因而在機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多。圖中所示為四導(dǎo)向柱式手臂伸縮機(jī)構(gòu)。手臂的垂直伸縮運(yùn)動由液壓缸或氣缸3驅(qū)動，這種結(jié)構(gòu)行程長、抓重大、受力簡單、傳動平穩(wěn)、外形整齊美觀、結(jié)構(gòu)緊湊，可以實(shí)現(xiàn)不規(guī)則工件的抓取，廣泛應(yīng)用在箱體加工線上。第二種是臂部俯仰機(jī)構(gòu)機(jī)器人手臂的俯仰運(yùn)動一般采用活塞缸與連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)用來實(shí)現(xiàn)。手臂俯仰運(yùn)動用的活塞缸位于手臂的下方，其活塞桿和手臂用鉸鏈聯(lián)接，缸體采用尾部耳環(huán)或中部銷軸等方式與立柱聯(lián)接。此外，還可以采用無桿活塞缸驅(qū)動齒輪齒條或四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手臂的俯仰運(yùn)動。最后是臂部回轉(zhuǎn)與升降機(jī)構(gòu)臂部回轉(zhuǎn)與升降機(jī)構(gòu)常采用回轉(zhuǎn)缸與升降缸單獨(dú)驅(qū)動，適用于升降行程短而且回轉(zhuǎn)角度小于360°的情況，也有采用升降缸與氣動馬達(dá)錐齒輪傳動的結(jié)構(gòu)。任務(wù)三：工業(yè)機(jī)器人的腕部結(jié)構(gòu)腕部是聯(lián)接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件,它的主要作用是確定手部的作業(yè)方向。因此它具有獨(dú)立的自由度，以滿足機(jī)器人手部復(fù)雜的姿態(tài)調(diào)整。要確定手部的作業(yè)方向，一般需要三個自由度，這三個回轉(zhuǎn)方向?yàn)?臂轉(zhuǎn)，指腕部繞小臂軸線方向的旋轉(zhuǎn)，也稱作腕部旋轉(zhuǎn)；腕擺，指手部繞垂直小臂軸線方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，腕擺分為俯仰和偏轉(zhuǎn)，其中同時具有俯仰和偏轉(zhuǎn)運(yùn)動的稱作雙腕擺動；手轉(zhuǎn)，指手部繞自身的軸線方向旋轉(zhuǎn)。一、手腕的分類腕部的結(jié)構(gòu)多為上述三個回轉(zhuǎn)方向的組合,組合的方式可以有多種形式,常用的腕部組合方式有臂轉(zhuǎn)-腕擺-手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，臂轉(zhuǎn)-雙腕擺-手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)等。根據(jù)機(jī)器人作業(yè)任務(wù)的不同，手腕的自由度也是在變化的，一般在1～3之間。手腕自由度的選用與機(jī)器人的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。一般手腕設(shè)有臂轉(zhuǎn)或再增加一個上下腕擺，即可滿足工作的要求。有的機(jī)器人，如直角坐標(biāo)型機(jī)器人沒有手腕的運(yùn)動。腕部可由安裝在連接處的驅(qū)動器直接驅(qū)動，也可以從底座內(nèi)的動力源經(jīng)鏈條、同步齒形帶、連桿或其他傳動機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)程驅(qū)動。直接驅(qū)動一般采用液壓或氣動，具有較高的驅(qū)動力與強(qiáng)度，但增加了機(jī)械手的質(zhì)量和慣量。二、手腕的典型結(jié)構(gòu)手腕除了要滿足起動和傳送過程中所需的輸出力矩和姿態(tài)外，還要求結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、輕巧、避免干涉、傳動靈活，多數(shù)腕部的驅(qū)動部分安排在小臂上，使外形整齊，設(shè)法使幾個電動機(jī)的運(yùn)動傳遞到同軸旋轉(zhuǎn)的心軸和多層套筒上，運(yùn)動傳到機(jī)器人腕部后再進(jìn)行分路傳動。1、單自由度回轉(zhuǎn)運(yùn)動手腕單自由度回轉(zhuǎn)運(yùn)動手腕用回轉(zhuǎn)液壓缸或氣缸直接驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運(yùn)動。這種手腕具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、運(yùn)動靈活、響應(yīng)快、精度高等特點(diǎn)，但回轉(zhuǎn)角度受限制，一般小于270°。2、雙自由度回轉(zhuǎn)運(yùn)動手腕圖中看到的是采用齒輪傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)和俯仰的雙自由度手腕，手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動由傳動軸S傳遞，軸S驅(qū)動錐齒輪1回轉(zhuǎn)，并帶動錐齒輪2、3、4轉(zhuǎn)動，因手腕與錐齒輪4為一體，從而實(shí)現(xiàn)手部繞C軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，手腕的俯仰由傳動軸B傳遞，軸B驅(qū)動錐齒輪6回轉(zhuǎn)，并帶動錐齒輪6繞A軸回轉(zhuǎn)，因手腕的殼體7與傳動軸A用銷子連接為一體，從而實(shí)現(xiàn)手腕的俯仰運(yùn)動。3、三自由度回轉(zhuǎn)運(yùn)動手腕圖中是一個具有3個自由度的手腕結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)配置形式為臂轉(zhuǎn)、腕擺、手轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。其傳動鏈分成兩部分：一部分在機(jī)器人小臂殼內(nèi)，3個電動機(jī)的輸出通過傳動帶分別傳遞到同軸傳動的心軸、中間套、外套筒上；另一部分傳動鏈安排在手腕部。4、柔順手腕結(jié)構(gòu)在用機(jī)器人進(jìn)行的精密裝配作業(yè)中，若被裝配零件之間的配合精度高，由于被裝配零件的不一致性，工件的定位夾具、機(jī)器人手爪的定位精度無法滿足裝配要求時，會導(dǎo)致裝配困難，這對裝配動作的柔順性提出了要求。柔順手腕是順應(yīng)現(xiàn)代機(jī)器人裝配作業(yè)產(chǎn)生的一項(xiàng)技術(shù)，它主要應(yīng)用于機(jī)器人軸孔裝配作業(yè)中。在裝配過程中，各類誤差的存在很容易引起裝配零件間產(chǎn)生按緊和卡阻的現(xiàn)象，而單純依靠提高機(jī)器人及周邊設(shè)備的精度來解決該問題在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都難以實(shí)現(xiàn)，因此如何保證其裝配過程中的精度、可靠性及效率就變得日益重要。而實(shí)現(xiàn)可靠有效的精密裝配且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的途徑之一就是使機(jī)器人具有一定的柔順能力，這種柔順能力可主動或被動的調(diào)整裝配體之間的相對位姿，補(bǔ)償裝配誤差，以順利完成裝配作業(yè)。任務(wù)四：工業(yè)機(jī)器人的手部結(jié)構(gòu)手部是裝在機(jī)器人手腕末端法蘭上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。機(jī)器人的手部也叫末端執(zhí)行器。一、手部含義1、人的手有兩種含義：第一種含義是醫(yī)學(xué)上的，把包括上臂、手腕在內(nèi)的整體稱作手1；第二種含義是把手掌和手指部分稱作手2。機(jī)器人的手部接近于第二種含義。由于被握持工件的形狀、材質(zhì)、尺寸、重量及表面狀態(tài)都不同，所以手部的形狀也多種多樣，大部分手部結(jié)構(gòu)都是根據(jù)特定的要求進(jìn)行專門設(shè)計的。2、工業(yè)機(jī)器人手部有四個特點(diǎn)：第一個特點(diǎn)是手部與手腕相連處可拆卸，根據(jù)夾持對象的不同，手部結(jié)構(gòu)會有差異，通常一個機(jī)器人配有多個手部裝置或工具，因此要求手部與手腕處的接頭具有通用性和互換性。除了機(jī)械接口，還可能有電、氣、液接頭，當(dāng)工業(yè)機(jī)器人作業(yè)對象不同時，可以方便地拆卸和更換手部。第二個特點(diǎn)是手部是機(jī)器人末端操作器，它可以像人手那樣具有手指，也可以是不具備手指的手；可以是類人的手爪，也可以是進(jìn)行專業(yè)作業(yè)的工具，比如裝在機(jī)器人手腕上的噴槍、焊槍等。第三個特點(diǎn)是手部的通用性比較差，機(jī)器人手部通常是專用的裝置，比如：一種手爪往往只能抓握一種或幾種在形狀、尺寸、重量等方面相近似的工件；一種工具只能執(zhí)行一種作業(yè)任務(wù)。第四個特點(diǎn)是手部是一個獨(dú)立的部件，假如把手腕歸屬于手臂，那么機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的三大件就是機(jī)身、手臂和手部。手部對于整個工業(yè)機(jī)器人來說是完成作業(yè)好壞、作業(yè)柔性好壞的關(guān)鍵部件之一。具有復(fù)雜感知能力的智能化手爪的出現(xiàn)，增加了工業(yè)機(jī)器人作業(yè)的靈活性和可靠性。二、工業(yè)機(jī)器人的手部的分類。1、按照用途劃分按照用途劃分，可以分為手爪和專用操作器兩類。手爪具有一定的通用性，它的主要功能是：抓住工件、握持工件和釋放工件，抓住就是在給定的目標(biāo)位置和期望的姿態(tài)上抓住工件，工件在手爪內(nèi)必須具有可靠的定位，保持工件與手爪之間準(zhǔn)確的相對位姿，并保證機(jī)器人后續(xù)作業(yè)的準(zhǔn)確性。握持是確保工件在搬運(yùn)過程中，或零件在裝配過程中，準(zhǔn)確地保持住定義好的位置和姿態(tài)。釋放是在指定點(diǎn)上解除手爪和工件之間的約束關(guān)系。專用操作器也稱作工具，是進(jìn)行某種作業(yè)的專用工具，如機(jī)器人涂裝用噴槍、機(jī)器人焊接用焊槍等。2、按夾持方式分類手部按照夾持方式劃分，可以分為外夾式、內(nèi)撐式和內(nèi)外夾持式三類。外夾式是指手部與被夾件的外表面相接觸。內(nèi)撐式是指手部與工件的內(nèi)表面相接觸。內(nèi)外夾持式是指手部與工件的內(nèi)、外表面相接觸。3、按工作原理分類手部按其抓握原理可以分為夾持類和吸附類手部。1)夾持類手部：通常又叫機(jī)械手爪，分為靠摩擦力夾持和吊鉤承重兩種，前者是有指手爪，后者是無指手爪。驅(qū)動源有氣動、液壓、電動和電磁四種。2)吸附類手部：吸附類手部有磁力類吸盤和真空類吸盤兩種。磁力類吸盤有電磁吸盤和永磁吸盤兩種。真空類吸盤根據(jù)形成真空的原理分為真空吸盤、氣流負(fù)壓吸盤和擠氣負(fù)壓吸盤三種。磁力類吸盤和真空類吸盤都是無指手爪。吸附式手部適應(yīng)于大平面、易碎、微小易抓取的物體，因此使用范圍也比較大。4、按手指或吸盤數(shù)目分類按手指數(shù)目可分為二指手爪及多指手爪。按手指關(guān)節(jié)可分為單關(guān)節(jié)手指手爪及多關(guān)節(jié)手指手爪。吸盤式手爪按吸盤數(shù)目可分為單吸盤式手爪及多吸盤式手爪。左圖是一種三指手爪的外形圖，每個手指是獨(dú)立驅(qū)動的。這種三指手爪與二指手爪相比可以抓取類似立方體、圓柱體及球體等形狀的物體。右圖是一種多關(guān)節(jié)柔性手指手爪，它的每個手指具有若干個被動式關(guān)節(jié)，每個關(guān)節(jié)不是獨(dú)立驅(qū)動的。在拉緊夾緊鋼絲繩后柔性手指環(huán)抱住物體，因此這種柔性手指手爪對物體形狀有一定適應(yīng)性。但是，這種柔性手指并不同于各個關(guān)節(jié)獨(dú)立驅(qū)動的多關(guān)節(jié)手指。4、按手部的智能化劃分可以分為普通式手爪和智能化手爪兩類。普通式手爪不配備傳感器。智能化手爪配備一種或多種傳感器，如力傳感器、觸覺傳感器及滑覺傳感器等，手爪與傳感器集成成為智能化手爪。第三部分布置作業(yè)課后習(xí)題《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程教案首頁授課教師班級學(xué)時4授課日期主題或任務(wù)模塊六：控制系統(tǒng)課型新課授課地點(diǎn)√多媒體教室○企業(yè)○專業(yè)教室○實(shí)訓(xùn)室教學(xué)目標(biāo)1.掌握什么是自動控制系統(tǒng)2.掌握工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)成學(xué)習(xí)內(nèi)容1.自動控制系統(tǒng)2.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)成重點(diǎn)難點(diǎn)1.重點(diǎn)：會獨(dú)立分析一個單回路控制系統(tǒng)，畫框圖2.難點(diǎn)：能夠合理選用控制方式，設(shè)計工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)教學(xué)方法√理論講授○小組討論○項(xiàng)目教學(xué)○任務(wù)驅(qū)動○參觀教學(xué)○模擬教學(xué)○實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)○演示教學(xué)○其他素材資源○文本素材○實(shí)物展示√PPT幻燈片○音頻素材○視頻素材○動畫素材○圖形/圖像素材○網(wǎng)絡(luò)資源○其他教學(xué)設(shè)計1.掌握什么是自動控制系統(tǒng)2.學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的控制過程以及控制方式的選用通過視頻資料結(jié)合案例，學(xué)習(xí)自動控制系統(tǒng)以及工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的控制方式學(xué)習(xí)評價○行為表現(xiàn)○課堂作業(yè)√測驗(yàn)測試○制作作品○其他作業(yè)題目課后習(xí)題雙語教學(xué)工業(yè)機(jī)器人Industrialrobot控制器Controller

教學(xué)內(nèi)容備注第一部分新課導(dǎo)入這次課開始講解工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)。學(xué)習(xí)這一部分內(nèi)容，同學(xué)們就會對工業(yè)機(jī)器人的整體控制方法有一定的認(rèn)識，有助于我們后續(xù)的手動操作。第二部分新課講授任務(wù)一：工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要對機(jī)器人工作過程中的動作順序、應(yīng)到達(dá)的位置及姿態(tài)、路徑軌跡及規(guī)劃、動作時間間隔以及末端執(zhí)行器施加在被作用物上的力和轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行控制。一、工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)1.與機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)密切相關(guān)的控制系統(tǒng)2.多變量控制系統(tǒng)3.計算機(jī)控制系統(tǒng)4.耦合非線性控制系統(tǒng)5.尋優(yōu)控制系統(tǒng)總而言之，機(jī)器人控制系統(tǒng)是一個與運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)原理密切相關(guān)的、有耦合的、非線性的多變量控制系統(tǒng)。二、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要功能：1.具有位置伺服功能（即位置隨動功能，機(jī)器人的輸出量能自動地、連續(xù)地、精確地復(fù)現(xiàn)和跟蹤輸入量的變化，使其精確動作）2.方便的人機(jī)交互功能3.具有對外部環(huán)境（包括作業(yè)條件）的檢測和感覺功能。4.具有故障診斷和安全保護(hù)功能三、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本組成（1）控制計算機(jī)（2）示教盒（3）操作面板（4）硬盤和軟盤存儲（5）數(shù)字和模擬量輸入輸出（6）打印機(jī)接口（7）傳感器接口（8）軸控制器（9）輔助設(shè)備控制（10）通信接口（11）網(wǎng)絡(luò)接口其中，核心設(shè)備為控制計算機(jī)，通過計算機(jī)將外部的設(shè)備連接起來，接收傳感器所收到的檢測信號，然后控制系統(tǒng)就根據(jù)操作的要求，來驅(qū)動機(jī)械臂中的電機(jī)進(jìn)行工作。一個典型的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，主要由上位計算機(jī)、運(yùn)動控制器、驅(qū)動器、電動機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋裝置構(gòu)成。四、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的構(gòu)成方案有三種：基于PLC的運(yùn)動控制、基于PC和運(yùn)動控制卡的運(yùn)動控制、純PC控制。（1）基于PLC的運(yùn)動控制①利用PLC的某些輸出端口使用脈沖輸出指令來產(chǎn)生脈沖，從而驅(qū)動電動機(jī)，同時使用通用I/O或者計數(shù)部件來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的閉環(huán)位置控制；②使用PLC外部擴(kuò)展的位置模塊來進(jìn)行電動機(jī)的閉環(huán)位置控制。（2）基于PC和運(yùn)動控制卡的運(yùn)動控制運(yùn)動控制器以運(yùn)動控制卡為主，工控PC只提供插補(bǔ)運(yùn)算和運(yùn)動指令。運(yùn)動控制卡完成速度控制和位置控制。（3）純PC控制完全采用PC的全軟件形式的機(jī)器人系統(tǒng)。在高性能工業(yè)PC和嵌入式PC（配備專為工業(yè)應(yīng)用而開發(fā)的主板）的硬件平臺上，可通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)PLC和運(yùn)動控制等功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人需要的邏輯控制和運(yùn)動控制。任務(wù)二：機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本單元一、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的構(gòu)成方案有三種：基于PLC的運(yùn)動控制基于PC和運(yùn)動控制卡的運(yùn)動控制純PC控制首先來看一下基于PLC的運(yùn)動控制的控制方式：①利用PLC的某些輸出端口使用脈沖輸出指令來產(chǎn)生脈沖，從而驅(qū)動電動機(jī)，同時使用通用1/0或者計數(shù)部件來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的閉環(huán)位置控制；②使用PLC外部擴(kuò)展的位置模塊來進(jìn)行電動機(jī)的閉環(huán)位置控制。第二種：基于PC和運(yùn)動控制卡的運(yùn)動控制，看一下這幅圖運(yùn)動控制器以運(yùn)動控制卡為主，工控PC只提供插補(bǔ)運(yùn)算和運(yùn)動指令。運(yùn)動控制卡完成速度控制和位置控制。此控制方式有兩個反饋信號，分別是速度反饋信號和位置反饋信號?？梢愿鶕?jù)速度和位置進(jìn)行調(diào)速。第三種是純PC控制。完全采用PC的全軟件形式的機(jī)器人系統(tǒng)。在高性能工業(yè)PC和嵌入式PC（配備專為工業(yè)應(yīng)用而開發(fā)的主板）的硬件平臺上，可通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)PLC和運(yùn)動控制等功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人需要的邏輯控制和運(yùn)動控制。二、工業(yè)機(jī)器人控制的分類。我們主要學(xué)習(xí)，按運(yùn)動控制方式的不同來分類：可以將機(jī)器人控制分為位置控制、速度控制、力控制(包括位置/力混合控制)三類。工業(yè)機(jī)器人位置控制又分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制兩類：aa）點(diǎn)位控制b）連續(xù)軌跡控制點(diǎn)位控制又稱PTP控制，這種方式只控制起始點(diǎn)和重點(diǎn)的位姿，控制時只要求快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)個點(diǎn)之間的運(yùn)動，而對兩點(diǎn)之間的運(yùn)動軌跡不做任何規(guī)定。PTP方式控制比較簡單，適用于上下料、搬運(yùn)、點(diǎn)焊等作業(yè)。連續(xù)軌跡控制又稱CP控制，這種方式不僅要求機(jī)器人以一定的精度達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)，而且對移動軌跡形式有一定精度上的要求。例如連續(xù)弧焊、噴漆等作業(yè)。對工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動控制來說，在位置控制的同時，有時還要進(jìn)行速度控制。例如，在連續(xù)軌跡控制方式的情況下，工業(yè)機(jī)器人按預(yù)定的指令，控制運(yùn)動部件的速度和實(shí)行加、減速，以滿足運(yùn)動平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確的要求。為了實(shí)現(xiàn)這一要求，機(jī)器人的行程要遵循一定的速度變化曲線。第三部分布置作業(yè)課后習(xí)題

《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程教案首頁授課教師班級學(xué)時4授課日期主題或任務(wù)模塊七：手動操作工業(yè)機(jī)器人課型新課授課地點(diǎn)○多媒體教室○企業(yè)○專業(yè)教室√實(shí)訓(xùn)室教學(xué)目標(biāo)1.學(xué)會手動操作安全規(guī)程2.了解工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動方式學(xué)習(xí)內(nèi)容1.手動操作安全規(guī)程2.工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動方式重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：掌握手動操作安全規(guī)程難點(diǎn)：手動操作機(jī)器人時，嚴(yán)格按照安全規(guī)程進(jìn)行；確定每種方式在哪個坐標(biāo)系下進(jìn)行教學(xué)方法√理論講授○小組討論○項(xiàng)目教學(xué)○任務(wù)驅(qū)動○參觀教學(xué)○模擬教學(xué)○實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)○演示教學(xué)○其他素材資源○文本素材○實(shí)物展示√PPT幻燈片○音頻素材○視頻素材○動畫素材○圖形/圖像素材○網(wǎng)絡(luò)資源○其他教學(xué)設(shè)計1.學(xué)會手動操作安全規(guī)程2.了解工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動方式通過網(wǎng)絡(luò)視頻方法學(xué)習(xí)手動操作安全規(guī)程，使同學(xué)們深刻意識到，不安全操作帶來的風(fēng)險學(xué)習(xí)評價○行為表現(xiàn)○課堂作業(yè)√測驗(yàn)測試○制作作品○其他作業(yè)題目課后習(xí)題雙語教學(xué)工業(yè)機(jī)器人Industrialrobot控制器Controller教學(xué)內(nèi)容備注第一部分新課講授任務(wù)一：手動操作安全規(guī)程一、在線示教安全操作1.禁止用力搖晃機(jī)械臂及在機(jī)械臂上懸掛重物。2.示教時請勿戴手套。穿戴和使用規(guī)定的工作服、安全鞋、安全帽、保護(hù)用具等。3.未經(jīng)許可不能擅自進(jìn)入機(jī)器人所及的區(qū)域。調(diào)試人員進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)域時，需要隨身攜帶示教器，以防他人誤操作。4.示教前，需仔細(xì)確認(rèn)示教器的安全保護(hù)裝置是否能夠正確工作，如【急停鍵】、【安全開關(guān)】等。5.在手動操作機(jī)器人時要采用較低的倍率速度以增加對機(jī)器人的控制機(jī)會。6.在按下示教器上的【軸操作鍵】之前要考慮到機(jī)器人的運(yùn)動趨勢。7.要預(yù)先考慮好避讓機(jī)器人的運(yùn)動軌跡，并確認(rèn)該路徑不受干涉。8.在察覺到有危險時，立即按下【急停鍵】，停止機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)。二、再現(xiàn)和自動運(yùn)行安全操作1.機(jī)器人處于自動模式時，嚴(yán)禁進(jìn)入機(jī)器人本體動作范圍內(nèi)。2.在運(yùn)行作業(yè)程序前，須知道機(jī)器人根據(jù)所編程序?qū)⒁獔?zhí)行的全部任務(wù)。3.使用由其他系統(tǒng)編制的作業(yè)程序時，要先跟蹤一遍確認(rèn)動作，之后再使用該程序。4.須知道所有會左右機(jī)器人移動的開關(guān)、傳感器和控制信號的位置和狀態(tài)。5.必須知道機(jī)器人控制器和外圍控制設(shè)備上的【急停鍵】的位置，準(zhǔn)備在緊急情況下按下這些按鈕。6.永遠(yuǎn)不要認(rèn)為機(jī)器人沒有移動，其程序就已經(jīng)完成，此時機(jī)器人很可能是在等待讓它繼續(xù)移動的輸入信號。三、安全守則1.萬一發(fā)生火災(zāi)，請使用二氧化碳滅火器。2.急停開關(guān)(E-Stop)不允許被短接。3.在任何情況下，不要使用機(jī)器人原始啟動盤，用復(fù)制盤。4.機(jī)器人停機(jī)時，夾具上不應(yīng)置物，必須空機(jī)。5.機(jī)器人在發(fā)生意外或運(yùn)行不正常等情況下，均可使用E-Stop鍵，停止運(yùn)行。6.因?yàn)闄C(jī)器人在自動狀態(tài)下，即使運(yùn)行速度非常低，其動量仍很大，所以在進(jìn)行編程、測試及維修等工作時，必須將機(jī)器人置于手動模式。7.氣路系統(tǒng)中的壓力可達(dá)0.6MP，任何相關(guān)檢修都要切斷氣源。8.在手動模式下調(diào)試機(jī)器人，如果不需要移動機(jī)器人時，必須及時釋放使能器(EnableDevice)。9.在得到停電通知時，要預(yù)先關(guān)斷機(jī)器人的主電源及氣源。10.突然停電后，要趕在來電之前預(yù)先關(guān)閉機(jī)器人的主電源開關(guān)，并及時取下夾具上的工件。11.維修人員必須保管好機(jī)器人鑰匙，嚴(yán)禁非授權(quán)人員在手動模式下進(jìn)入機(jī)器人軟件系統(tǒng)，隨意翻閱或修改程序及參數(shù)。12.嚴(yán)格執(zhí)行生產(chǎn)現(xiàn)場6S管理規(guī)定和安全制度。13.嚴(yán)格按照機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化操作流程進(jìn)行操作，嚴(yán)禁違規(guī)操作。四、現(xiàn)場作業(yè)產(chǎn)生的廢棄物處理1.現(xiàn)場服務(wù)產(chǎn)生的危險固體廢棄物包括：廢工業(yè)電池、廢電路板、廢潤滑油、廢油脂、粘油廢棉絲或抹布、廢油桶、損壞的零件、包裝材料等。2.現(xiàn)場作業(yè)產(chǎn)生的廢棄物處理方法：（1）現(xiàn)場服務(wù)產(chǎn)生的損壞零件由公司現(xiàn)場服務(wù)人員或客戶修復(fù)后再使用。（2）廢包裝材料，建議客戶交回收公司回收再利用。（3）現(xiàn)場服務(wù)產(chǎn)生的廢工業(yè)電池和廢電路板，由公司現(xiàn)場服務(wù)人員帶回后交還供應(yīng)商，或由客戶保管，在購買新電池時作為交換物。（4）廢潤滑油、廢潤滑脂、廢油桶、粘油廢棉絲和抹布等，分類收集后交給專業(yè)公司處理。任務(wù)二：工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動方式一、機(jī)器人系統(tǒng)的啟動和關(guān)閉1.機(jī)器人系統(tǒng)的啟動在確認(rèn)機(jī)器人工作范圍內(nèi)無人后，合上機(jī)器人控制柜上的電源主開關(guān)，系統(tǒng)自動檢查硬件。檢查完成后若沒有發(fā)現(xiàn)故障，啟動系統(tǒng)。正常啟動后，機(jī)器人系統(tǒng)通常保持最后一次關(guān)閉電源時的狀態(tài)，且程序指引位置保持不變，全部數(shù)字輸出都保持?jǐn)嚯娨郧暗闹祷蛘咧脼橄到y(tǒng)參數(shù)指定的值，原有程序可以立即執(zhí)行。2.機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)閉關(guān)閉機(jī)器人系統(tǒng)需要關(guān)閉控制柜上的主電源開關(guān)。當(dāng)機(jī)器人系統(tǒng)關(guān)閉時，所有數(shù)字輸出都將被置為0，這會影響到機(jī)器人的手爪和外圍設(shè)備。因此，在關(guān)閉機(jī)器人系統(tǒng)之前，首先要檢查是否有人處于工作區(qū)域內(nèi)，以及設(shè)備是否運(yùn)行，以免發(fā)生意外。如果有程序正在運(yùn)行或者手爪夾持有工件，則要先用示教器上的停止按鈕使程序停止運(yùn)行并使手爪釋放工件，然后再關(guān)閉主電源開關(guān)。機(jī)器人系統(tǒng)啟動后，在按下示教器上的使能按鈕給機(jī)器人各軸的伺服電機(jī)上電后，就可以通過推動搖桿來控制機(jī)器人的運(yùn)動。二、工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動方式除在自動模式下，機(jī)器人各軸伺服電動機(jī)沒有上電或正在執(zhí)行程序時不能手動操縱機(jī)器人之外，無論打開何種窗口，都可以用搖桿來操縱機(jī)器人。1.選擇運(yùn)動單元及運(yùn)動方式：對機(jī)器人進(jìn)行手動操縱時，首先要明確選擇運(yùn)動單元及運(yùn)動方式。機(jī)器人系統(tǒng)可能不僅由機(jī)器人本體單獨(dú)構(gòu)成，可能還包括其他的機(jī)械單元，如外部軸，也可以被選為運(yùn)動單元進(jìn)行單獨(dú)操作。每個運(yùn)動單元都有一個標(biāo)志或名字，這個名字在系統(tǒng)設(shè)定時已經(jīng)進(jìn)行定義。ABB機(jī)器人具有線性運(yùn)動、重定位運(yùn)動和單軸運(yùn)動3種運(yùn)動方式。（1)線性運(yùn)動大多數(shù)情況下，選擇從點(diǎn)移動到點(diǎn)時，機(jī)器人的運(yùn)行軌跡為直線，所以稱為直線運(yùn)動，也稱為線性運(yùn)動。其特點(diǎn)是焊槍（或工件）姿態(tài)保持不變，只是位置改變。（2）重定位運(yùn)動重定位運(yùn)動方式是工件姿態(tài)改變，而位置保持不變。（3）單軸運(yùn)動通過搖桿控制機(jī)器人單軸運(yùn)動。工業(yè)機(jī)器人的移動可以是單步的，也可以是連續(xù)的；可以實(shí)現(xiàn)單軸單步運(yùn)動，也可以實(shí)現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動，需根據(jù)工作實(shí)際綜合考慮。所有的這些運(yùn)動均通過操作示教器來實(shí)現(xiàn)。2.點(diǎn)動點(diǎn)動機(jī)器人就是點(diǎn)按\微動【軸操作鍵】來移動機(jī)器人手臂的方式。每點(diǎn)按或微動【軸操作鍵】一次機(jī)器人移動一段距離。點(diǎn)動機(jī)器人主要用在示教時離目標(biāo)位置較近的場合或初期操作中用戶。3.連續(xù)移動連續(xù)移動機(jī)器人則是長按/撥動【軸操作鍵】來移動機(jī)器人手臂的方式。連續(xù)移動機(jī)器人主要用在示教時離目標(biāo)位置較遠(yuǎn)的場合。第二部分布置作業(yè)課后習(xí)題

《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程教案首頁授課教師班級學(xué)時8授課日期主題或任務(wù)模塊八：工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系的標(biāo)定模塊九：坐標(biāo)系標(biāo)定訓(xùn)練課型新課授課地點(diǎn)○多媒體教室○企業(yè)○專業(yè)教室√實(shí)訓(xùn)室教學(xué)目標(biāo)1.掌握在不同坐標(biāo)系下手動操縱機(jī)器人的3種運(yùn)動方式2.掌握工業(yè)機(jī)器人工具坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系的標(biāo)定方法學(xué)習(xí)內(nèi)容1.手動操縱機(jī)器人的3種運(yùn)動方式2.工業(yè)機(jī)器人工具坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系的標(biāo)定重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：工業(yè)機(jī)器人的三種運(yùn)動方式難點(diǎn)：能夠按照工業(yè)要求正確標(biāo)定工業(yè)機(jī)器人的工具坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系教學(xué)方法○理論講授○小組討論○項(xiàng)目教學(xué)√任務(wù)驅(qū)動○參觀教學(xué)○模擬教學(xué)√實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)○演示教學(xué)○其他素材資源○文本素材○實(shí)物展示√PPT幻燈片○音頻素材√視頻素材○動畫素材○網(wǎng)絡(luò)資源√其他（實(shí)訓(xùn)設(shè)備）教學(xué)設(shè)計1.手動操縱機(jī)器人的3種運(yùn)動方式2.工業(yè)機(jī)器人工具坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系的標(biāo)定通過課堂講解、Robotstudio虛擬仿真平臺演示，以小組為單位，完成真實(shí)工業(yè)機(jī)器人手操作和坐標(biāo)系的標(biāo)定學(xué)習(xí)評價○行為表現(xiàn)○課堂作業(yè)○測驗(yàn)測試○制作作品○其他實(shí)際操作作業(yè)題目小組實(shí)操雙語教學(xué)工業(yè)機(jī)器人Industrialrobot控制器Controller教學(xué)內(nèi)容備注第一部分新課講授任務(wù)一：碼垛機(jī)器人碼垛是指在工業(yè)生產(chǎn)中按照集成化、單元化的思想將原料、產(chǎn)品等按照特定模式堆碼成垛，構(gòu)建成單元化的物料垛，如圖1所示，從而實(shí)現(xiàn)原料、產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化存儲、搬運(yùn)、裝卸、運(yùn)輸?shù)攘魍ㄐ袆?。碼垛機(jī)器人是一種用來執(zhí)行碼垛任務(wù)的專用機(jī)器裝置，可以將已裝入容器（打包）的物體，按一定排列順序碼放在托盤、棧板（木質(zhì)、塑膠）上，從而實(shí)現(xiàn)原料、產(chǎn)品的自動堆碼、多層堆碼，如圖2所示。碼垛完成后托盤、棧板可以由叉車轉(zhuǎn)運(yùn)至倉庫儲存或進(jìn)行下一道工序。圖1物料垛圖2碼垛機(jī)器人及堆碼碼垛機(jī)器人是經(jīng)歷人工碼垛、碼垛機(jī)碼垛兩個階段而出現(xiàn)的自動化碼垛作業(yè)智能化設(shè)備。與傳統(tǒng)的人工碼垛相比，碼垛機(jī)器人碼垛具有效率高、占地小、動作靈活、勞動強(qiáng)度低等特點(diǎn)，不僅可以改善勞動環(huán)境，而且可以降低勞動強(qiáng)度，保障人身安全，降低生產(chǎn)能耗，減少輔助設(shè)備，從而提高總體勞動生產(chǎn)率。碼垛機(jī)器人可以很方便地集成在任何生產(chǎn)線中，促使生產(chǎn)現(xiàn)場智能化、無人化、網(wǎng)絡(luò)化，廣泛應(yīng)用于紙箱、塑料箱、瓶類、袋類、桶裝、膜包產(chǎn)品及灌裝產(chǎn)品等行業(yè)，如圖3所示。碼垛行業(yè)因碼垛機(jī)器人的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)制造的“新自動化、新無人化”，步入了行業(yè)的“新起點(diǎn)”。圖3碼垛機(jī)器人與柔性生產(chǎn)線任務(wù)二：搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)屬于工業(yè)領(lǐng)域中最常用的作業(yè)方式，是一種使設(shè)備用握、持、抓、吸等動作作用于工件，并使工件從一個加工位置移動到另一個加工位置的過程。搬運(yùn)機(jī)器人是可以進(jìn)行自動化搬運(yùn)作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，如圖4所示。圖4搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人與碼垛機(jī)器人類似，可以安裝不同的末端執(zhí)行器，完成各種形狀和狀態(tài)工件的搬運(yùn)工作，可以代替人類去完成工業(yè)生產(chǎn)中單調(diào)、頻繁和重復(fù)的機(jī)械性長時間作業(yè)，通過編程使得其操作精度以及勞動強(qiáng)度也大大地超越了人類，能完成人工所不能完成的工作，大大地減輕了人類繁重的體力勞動，提高了勞動生產(chǎn)效率，廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝箱裝卸等作業(yè)。搬運(yùn)機(jī)器人的分類及特點(diǎn)搬運(yùn)機(jī)器人可以通過編程完成各種預(yù)期的任務(wù)，在自身結(jié)構(gòu)和性能上有著人類和普通機(jī)器不可替代的優(yōu)勢，尤其是智能性和適應(yīng)性，可以完成多樣化的任務(wù)以及人工所不能完成的任務(wù)。1．搬運(yùn)機(jī)器人的分類根據(jù)任務(wù)和結(jié)構(gòu)的不同，目前搬運(yùn)機(jī)器人的分類主要包括以下幾種。（1）龍門式搬運(yùn)機(jī)器人龍門式搬運(yùn)機(jī)器人是一種直角坐標(biāo)系機(jī)器人，如圖5所示，其坐標(biāo)系主要由x軸、y軸和z軸組成。龍門式搬運(yùn)機(jī)器人采用模塊化結(jié)構(gòu)，可依據(jù)負(fù)載的位置、尺寸、材質(zhì)、形狀等參數(shù)選擇對應(yīng)的直線運(yùn)動單元及組合結(jié)構(gòu)形式，可實(shí)現(xiàn)大尺寸、大噸位產(chǎn)品的搬運(yùn)，直角坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型簡單，編程方便快捷，廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料及生產(chǎn)線轉(zhuǎn)運(yùn)等大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。（2）懸臂式搬運(yùn)機(jī)器人懸臂式搬運(yùn)機(jī)器人是龍門式搬運(yùn)機(jī)器人的一種變形形式，如圖6所示，由雙軌變?yōu)閱诬?，懸臂式結(jié)構(gòu)，反應(yīng)速度快，但負(fù)載能力有所下降，更適合于操作空間狹小的場合，廣泛應(yīng)用于臥式機(jī)床、立式機(jī)床及特定機(jī)床內(nèi)部和沖壓機(jī)熱處理機(jī)床的自動上下料。圖5龍門式搬運(yùn)機(jī)器人圖6懸臂式搬運(yùn)機(jī)器人（3）側(cè)壁式搬運(yùn)機(jī)器人側(cè)壁（4）擺臂式搬運(yùn)機(jī)器人從結(jié)構(gòu)上來看，擺臂式搬運(yùn)機(jī)器人類似碼垛機(jī)，如圖8所示，其末端控制器可以繞x軸轉(zhuǎn)動，通過4軸聯(lián)動，可以完成產(chǎn)品的搬運(yùn)任務(wù)。擺臂式搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、靈活，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。

圖7檔案自動存取機(jī)器人圖8擺臂式搬運(yùn)機(jī)器人（5）關(guān)節(jié)式搬運(yùn)機(jī)器人關(guān)節(jié)式搬運(yùn)機(jī)器人是當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域中最常見的機(jī)型，如圖9所示，行為動作與人手臂的動作類似，一般擁有4～6個軸，自由度高、動作靈活、運(yùn)動慣性小、通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、相對工作空間大、占地面積小，能繞過機(jī)體和工作機(jī)械之間的障礙物進(jìn)行工作，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作。（6）AGV搬運(yùn)機(jī)器人自動導(dǎo)引車（AutomatedGuidedVehicle，AGV），也稱AGV搬運(yùn)機(jī)器人，是指安裝有導(dǎo)向設(shè)備，以充電電池為驅(qū)動力，可以按要求路徑行車，可以完成多樣化移載的車輛，如圖10所示。在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中，AGV搬運(yùn)機(jī)器人以輪式和履帶式移動為主流，相較其他形式的搬運(yùn)機(jī)器人，具備行動便捷、工作效能高、構(gòu)造簡易、可預(yù)測性強(qiáng)、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，AGV搬運(yùn)機(jī)器人可分為列車型、平板車型、帶移載裝置型、貨叉型及帶升降工作臺型。與其他工業(yè)設(shè)備相比，AGV搬運(yùn)機(jī)器人的活動不依賴鋪裝路軌、橡膠支座架等定位裝置，不受場所、路面和室內(nèi)空間的限定，可以充分地發(fā)揮自動性、機(jī)動性特點(diǎn)，促進(jìn)智能化生產(chǎn)制造的高效化、智能化、集約化、柔性化發(fā)展。圖9關(guān)節(jié)式搬運(yùn)機(jī)器人圖10AGV搬運(yùn)機(jī)器人2．搬運(yùn)機(jī)器人的特點(diǎn)搬運(yùn)機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中都有如下特性。（1）根據(jù)作業(yè)任務(wù)的要求，能夠?qū)崟r調(diào)節(jié)機(jī)器人的動作節(jié)拍、移動速率、末端執(zhí)行器動作狀態(tài)，可更換不同的末端執(zhí)行器以適應(yīng)不同的物料，末端執(zhí)行器更換方便、快捷。（2）搬運(yùn)機(jī)器人自身占地面積相對小、動作工作空間大，可以設(shè)置在狹窄的空間，節(jié)約空間，可留出較大的廠房面積，有利于生產(chǎn)廠房中生產(chǎn)線的布置。（3）搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單、零部件少、故障率較低、性能可靠、保養(yǎng)維修簡單、所需庫存零部件少，可以很方便地與傳送帶、移動滑軌等輔助設(shè)備集成，實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)。（4）搬運(yùn)機(jī)器人適用性很強(qiáng)，可根據(jù)任務(wù)的變化進(jìn)行調(diào)整，如產(chǎn)品的尺寸、體積、形狀及托盤的外形尺寸發(fā)生變化，搬運(yùn)機(jī)器人只需在觸摸屏上稍做修改即可，不需要更改生產(chǎn)工藝流程，最大限度減少對正常的生產(chǎn)的影響。（5）搬運(yùn)機(jī)器人能耗低，大大降低了客戶的運(yùn)行成本。（6）搬運(yùn)機(jī)器人操作簡單，全部控制在控制柜屏幕上操作即可完成，只需定位抓起點(diǎn)和擺放點(diǎn)，操作非常簡單。第二部分布置作業(yè)小組實(shí)操打分

《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程教案首頁授課教師班級學(xué)時4授課日期主題或任務(wù)模塊十：工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用課型新課授課地點(diǎn)○多媒體教室○企業(yè)○專業(yè)教室√實(shí)訓(xùn)室教學(xué)目標(biāo)1.了解碼垛機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人的應(yīng)用2.了解碼垛機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人的分類、特點(diǎn)及系統(tǒng)組成3.熟悉工業(yè)機(jī)器人常用外圍設(shè)備及布局學(xué)習(xí)內(nèi)容1.碼垛機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人的應(yīng)用2.碼垛機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人的分類、特點(diǎn)及系統(tǒng)組成3.工業(yè)機(jī)器人常用外圍設(shè)備及布局重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：能根據(jù)項(xiàng)目的需求初步選擇合適的工業(yè)機(jī)器人難點(diǎn)：能為碼垛、搬運(yùn)機(jī)器人等選擇合適的外圍配套設(shè)備教學(xué)方法○理論講授○小組討論○項(xiàng)目教學(xué)√任務(wù)驅(qū)動○參觀教學(xué)○模擬教學(xué)○實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)○演示教學(xué)○其他素材資源○文本素材○實(shí)物展示√PPT幻燈片○音頻素材√視頻素材○動畫素材√圖形/圖像素材○網(wǎng)絡(luò)資源√其他教學(xué)設(shè)計1.碼垛機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人的應(yīng)用2.碼垛機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人的分類、特點(diǎn)及系統(tǒng)組成3.工業(yè)機(jī)器人常用外圍設(shè)備及布局通過利用線上平臺學(xué)習(xí)碼垛、搬運(yùn)機(jī)器人應(yīng)用，在工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)平臺上完成簡單實(shí)訓(xùn)任務(wù)學(xué)習(xí)評價○行為表現(xiàn)○課堂作業(yè)○測驗(yàn)測試○制作作品√其他實(shí)訓(xùn)設(shè)備作業(yè)題目小組實(shí)操雙語教學(xué)工業(yè)機(jī)器人Industrialrobot控制器Controller教學(xué)內(nèi)容備注第一部分新課講授任務(wù)一：手動操作安全規(guī)程一、在線示教安全操作1.禁止用力搖晃機(jī)械臂及在機(jī)械臂上懸掛重物。2.示教時請勿戴手套。穿戴和使用規(guī)定的工作服、安全鞋、安全帽、保護(hù)用具等。3.未經(jīng)許可不能擅自進(jìn)入機(jī)器人所及的區(qū)域。調(diào)試人員進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)域時，需要隨身攜帶示教器，以防他人誤操作。4.示教前，需仔細(xì)確認(rèn)示教器的安全保護(hù)裝置是否能夠正確工作，如【急停鍵】、【安全開關(guān)】等。5.在手動操作機(jī)器人時要采用較低的倍率速度以增加對機(jī)器人的控制機(jī)會。6.在按下示教器上的【軸操作鍵】之前要考慮到機(jī)器人的運(yùn)動趨勢。7.要預(yù)先考慮好避讓機(jī)器人的運(yùn)動軌跡，并確認(rèn)該路徑不受干涉。8.在察覺到有危險時，立即按下【急停鍵】，停止機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)。二、再現(xiàn)和自動運(yùn)行安全操作1.機(jī)器人處于自動模式時，嚴(yán)禁進(jìn)入機(jī)器人本體動作范圍內(nèi)。2.在運(yùn)行作業(yè)程序前，須知道機(jī)器人根據(jù)所編程序?qū)⒁獔?zhí)行的全部任務(wù)。3.使用由其他系統(tǒng)編制的作業(yè)程序時，要先跟蹤一遍確認(rèn)動作，之后再使用該程序。4.須知道所有會左右機(jī)器人移動的開關(guān)、傳感器和控制信號的位置和狀態(tài)。5.必須知道機(jī)器人控制器和外圍控制設(shè)備上的【急停鍵】的位置，準(zhǔn)備在緊急情況下按下這些按鈕。6.永遠(yuǎn)不要認(rèn)為機(jī)器人沒有移動，其程序就已經(jīng)完成，此時機(jī)器人很可能是在等待讓它繼續(xù)移動的輸入信號。三、安全守則1.萬一發(fā)生火災(zāi)，請使用二氧化碳滅火器。2.急停開關(guān)(E-Stop)不允許被短接。3.在任何情況下，不要使用機(jī)器人原始啟動盤，用復(fù)制盤。4.機(jī)器人停機(jī)時，夾具上不應(yīng)置物，必須空機(jī)。5.機(jī)器人在發(fā)生意外或運(yùn)行不正常等情況下，均可使用E-Stop鍵，停止運(yùn)行。6.因?yàn)闄C(jī)器人在自動狀態(tài)下，即使運(yùn)行速度非常低，其動量仍很大，所以在進(jìn)行編程、測試及維修等工作時，必須將機(jī)器人置于手動模式。7.氣路系統(tǒng)中的壓力可達(dá)0.6MP，任何相關(guān)檢修都要切斷氣源。8.在手動模式下調(diào)試機(jī)器人，如果不需要移動機(jī)器人時，必須及時釋放使能器(EnableDevice)。9.在得到停電通知時，要預(yù)先關(guān)斷機(jī)器人的主電源及氣源。10.突然停電后，要趕在來電之前預(yù)先關(guān)閉機(jī)器人的主電源開關(guān)，并及時取下夾具上的工件。11.維修人員必須保管好機(jī)器人鑰匙，嚴(yán)禁非授權(quán)人員在手動模式下進(jìn)入機(jī)器人軟件系統(tǒng)，隨意翻閱或修改程序及參數(shù)。12.嚴(yán)格執(zhí)行生產(chǎn)現(xiàn)場6S管理規(guī)定和安全制度。13.嚴(yán)格按照機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化操作流程進(jìn)行操作，嚴(yán)禁違規(guī)操作。四、現(xiàn)場作業(yè)產(chǎn)生的廢棄物處理1.現(xiàn)場服務(wù)產(chǎn)生的危險固體廢棄物包括：廢工業(yè)電池、廢電路板、廢潤滑油、廢油脂、粘油廢棉絲或抹布、廢油桶、損壞的零件、包裝材料等。2.現(xiàn)場作業(yè)產(chǎn)生的廢棄物處理方法：（1）現(xiàn)場服務(wù)產(chǎn)生的損壞零件由公司現(xiàn)場服務(wù)人員或客戶修復(fù)后再使用。（2）廢包裝材料，建議客戶交回收公司回收再利用。（3）現(xiàn)場服務(wù)產(chǎn)生的廢工業(yè)電池和廢電路板，由公司現(xiàn)場服務(wù)人員帶回后交還供應(yīng)商，或由客戶保管，在購買新電池時作為交換物。（4）廢潤滑油、廢潤滑脂、廢油桶、粘油廢棉絲和抹布等，分類收集后交給專業(yè)公司處理。任務(wù)二：工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動方式一、機(jī)器人系統(tǒng)的啟動和關(guān)閉1.機(jī)器人系統(tǒng)的啟動在確認(rèn)機(jī)器人工作范圍內(nèi)無人后，合上機(jī)器人控制柜上的電源主開關(guān)，系統(tǒng)自動檢查硬件。檢查完成后若沒有發(fā)現(xiàn)故障，啟動系統(tǒng)。正常啟動后，機(jī)器人系統(tǒng)通常保持最后一次關(guān)閉電源時的狀態(tài)，且程序指引位置保持不變，全部數(shù)字輸出都保持?jǐn)嚯娨郧暗闹祷蛘咧脼橄到y(tǒng)參數(shù)指定的值，原有程序可以立即執(zhí)行。2.機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)閉關(guān)閉機(jī)器人系統(tǒng)需要關(guān)閉控制柜上的主電源開關(guān)。當(dāng)機(jī)器人系統(tǒng)關(guān)閉時，所有數(shù)字輸出都將被置為0，這會影響到機(jī)器人的手爪和外圍設(shè)備。因此，在關(guān)閉機(jī)器人系統(tǒng)之前，首先要檢查是否有人處于工作區(qū)域內(nèi)，以及設(shè)備是否運(yùn)行，以免發(fā)生意外。如果有程序正在運(yùn)行或者手爪夾持有工件，則要先用示教器上的停止按鈕使程序停止運(yùn)行并使手爪釋放工件，然后再關(guān)閉主電源開關(guān)。機(jī)器人系統(tǒng)啟動后，在按下示教器上的使能按鈕給機(jī)器人各軸的伺服電機(jī)上電后，就可以通過推動搖桿來控制機(jī)器人的運(yùn)動。二、工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動方式除在自動模式下，機(jī)器人各軸伺服電動機(jī)沒有上電或正在執(zhí)行程序時不能手動操縱機(jī)器人之外，無論打開何種窗口，都可以用搖桿來操縱機(jī)器人。1.選擇運(yùn)動單元及運(yùn)動方式：對機(jī)器人進(jìn)行手動操縱時，首先要明確選擇運(yùn)動單元及運(yùn)動方式。機(jī)器人系統(tǒng)可能不僅由機(jī)器人本體單獨(dú)構(gòu)成，可能還包括其他的機(jī)械單元，如外部軸，也可以被選為運(yùn)動單元進(jìn)行單獨(dú)操作。每個運(yùn)動單元都有一個標(biāo)志或名字，這個名字在系統(tǒng)設(shè)定時已經(jīng)進(jìn)行定義。ABB機(jī)器人具有線性運(yùn)動、重定位運(yùn)動和單軸運(yùn)動3種運(yùn)動方式。（1)線性運(yùn)動大多數(shù)情況下，選擇從點(diǎn)移動到點(diǎn)時，機(jī)器人的運(yùn)行軌跡為直線，所以稱為直線運(yùn)動，也稱為線性運(yùn)動。其特點(diǎn)是焊槍（或工件）姿態(tài)保持不變，只是位置改變。（2）重定位運(yùn)動重定位運(yùn)動方式是工件姿態(tài)改變，而位置保持不變。（3）單軸運(yùn)動通過搖桿控制機(jī)器人單軸運(yùn)動。工業(yè)機(jī)器人的移動可以是單步的，也可以是連續(xù)的；可以實(shí)現(xiàn)單軸單步運(yùn)動，也可以實(shí)現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動，需根據(jù)工作實(shí)際綜合考慮。所有的這些運(yùn)動均通過操作示教器來實(shí)現(xiàn)。2.點(diǎn)動點(diǎn)動機(jī)器人就是點(diǎn)按\微動【軸操作鍵】來移動機(jī)器人手臂的方式。每點(diǎn)按或微動【軸操作鍵】一次機(jī)器人移動一段距離。點(diǎn)動機(jī)器人主要用在示教時離目標(biāo)位置較近的場合或初期操作中用戶。3.連續(xù)移動連續(xù)移動機(jī)器人則是長按/撥動【軸操作鍵】來移動機(jī)器人手臂的方式。連續(xù)移動機(jī)器人主要用在示教時離目標(biāo)位置較遠(yuǎn)的場合。第二部分布置作業(yè)課后習(xí)題

《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程教案首頁授課教師班級學(xué)時4授課日期主題或任務(wù)模塊十一：單工件搬運(yùn)任務(wù)實(shí)現(xiàn)課型新課授課地點(diǎn)○多媒體教室○企業(yè)○專業(yè)教室√實(shí)訓(xùn)室教學(xué)目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范操作，遵章守則的安全意識。2.培養(yǎng)學(xué)生主動探究新知的意識。3.培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的工匠素養(yǎng)。知識目標(biāo)：1.掌握RAPID程序的結(jié)構(gòu)。2.熟練掌握基本運(yùn)動指令相關(guān)參數(shù)的設(shè)置方法。3.熟練掌握機(jī)器人夾爪或吸盤工具的控制方法。能力目標(biāo)：1.能夠根據(jù)安全規(guī)程，正確進(jìn)行搬運(yùn)任務(wù)程序的編寫。2.能熟練使用示教器程序調(diào)試按鈕進(jìn)行程序調(diào)試。3.會熟練調(diào)整機(jī)器人的位置、位姿、速度等機(jī)器人程序參數(shù)。學(xué)習(xí)內(nèi)容1.RAPID程序結(jié)構(gòu)：任務(wù)task、模塊Moudle、例行程序Routine2.程序模塊、例行程序的建立。3.四大運(yùn)動指令的參數(shù)及應(yīng)用。4.置位復(fù)位指令實(shí)現(xiàn)物料的拾?。篠et、Reset重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：四大基本運(yùn)動指令中目標(biāo)數(shù)據(jù)的示教修改、轉(zhuǎn)彎數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置。難點(diǎn)：轉(zhuǎn)彎數(shù)據(jù)預(yù)讀功能的理解。教學(xué)方法○理論講授○小組討論○項(xiàng)目教學(xué)√任務(wù)驅(qū)動○參觀教學(xué)○模擬教學(xué)√實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)○演示教學(xué)○其他素材資源○文本素材○實(shí)物展示√PPT幻燈片○音頻素材√視頻素材○動畫素材○網(wǎng)絡(luò)資源√其他（實(shí)訓(xùn)平臺）教學(xué)設(shè)計1.小組討論法：根據(jù)網(wǎng)教平臺問題，小組討論。2.任務(wù)驅(qū)動法：創(chuàng)建機(jī)器人例行程序，完成搬運(yùn)任務(wù)。小組實(shí)操，教師打分學(xué)習(xí)評價○行為表現(xiàn)○課堂作業(yè)○測驗(yàn)測試○制作作品√其他小組實(shí)操作業(yè)題目單工件搬運(yùn)任務(wù)實(shí)現(xiàn)雙語教學(xué)工業(yè)機(jī)器人Industrialrobot控制器Controller教學(xué)內(nèi)容備注第一部分新課講授一、RAPID程序結(jié)構(gòu)在ABB工業(yè)機(jī)器人中，使用的編程語言是RAPID語言，它是一種英文編程語言，包含了一連串控制機(jī)器人的指令，執(zhí)行這些指令可以實(shí)現(xiàn)對ABB工業(yè)機(jī)器人的控制，包括移動機(jī)器人、設(shè)置輸出、讀取輸入，還能實(shí)現(xiàn)決策、重復(fù)其他指令，構(gòu)造程序，與系統(tǒng)操作員交流等功能。RAPID編程語言由自己特定的詞匯和語法編寫而成，基本架構(gòu)表見表1。表1RAPID程序基本架構(gòu)程序模塊1程序模塊2…程序模塊n程序數(shù)據(jù)程序數(shù)據(jù)…程序數(shù)據(jù)主程序main例行程序…例行程序例行程序中斷程序…中斷程序中斷程序功能…功能功能…1.RAPID程序架構(gòu)主要特點(diǎn)（1）RAPID程序是由程序模塊與系統(tǒng)模塊組成。一般的，只通過新建程序模塊構(gòu)建機(jī)器人程序，而系統(tǒng)模塊多用于系統(tǒng)方面的控制。（2）可以根據(jù)不同的用途創(chuàng)建多個程序模塊，如專門用于主程序的程序模塊，用于位置計算的程序模塊，用于存放數(shù)據(jù)的程序模塊，這樣便于歸類管理不同用途的例行程序與數(shù)據(jù)。（3）每一個程序模塊包含了程序數(shù)據(jù)、例行程序、中斷程序和功能四種對象，但并非每一個模塊中都有這四種對象，程序模塊之間的數(shù)據(jù)、例行程序、中斷程序和功能都是可以相互調(diào)用的。（4）在RAPID程序中，只有一個主程序main，且存在于任意一個程序模塊中，并作為整個RAPID程序執(zhí)行的起點(diǎn)。2.任務(wù)、模塊和例行程序之間的關(guān)系一臺機(jī)器人的R