項(xiàng)目6.1焊接機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人概述1.工業(yè)機(jī)器人概念機(jī)器人Robot一詞，是原捷克斯洛伐克作家卡爾·恰佩克在于1920年發(fā)表的科幻劇《羅薩姆的萬能機(jī)器人》中描述的一個(gè)具有人的外表、特征和功能的機(jī)器的名稱，它成了“機(jī)器人”的起源，此后一直沿用至今。我國一般將工業(yè)機(jī)器人定義為“一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器，這種機(jī)器除了能動(dòng)作外還應(yīng)具備一些與人或生物相似的智能，如感知、規(guī)劃、動(dòng)作和協(xié)同”。廣義地說，工業(yè)機(jī)器人是一種在計(jì)算機(jī)控制下的可編程的自動(dòng)機(jī)器，它具有四個(gè)基本特征：①具有特定的機(jī)械機(jī)構(gòu)，其動(dòng)作具有類似于人或其他生物的某些器官的功能；②具有通用性，可從事多種工作，可靈活改變動(dòng)作程序；③具有不同程度的智能，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等；④具有獨(dú)立性，完整的機(jī)器人系統(tǒng)在工作中可以不依賴于人的干預(yù)。2.工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)形式有多種多樣，完全根據(jù)任務(wù)需要而定，其追求的目標(biāo)是高精度、高速度、高靈活性、大工作空間和模塊化。依機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)坐標(biāo)特點(diǎn)不同，工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)由主構(gòu)架和手腕完成，主構(gòu)架具有3個(gè)自由度，其運(yùn)動(dòng)由兩種基本運(yùn)動(dòng)組成，即沿著坐標(biāo)軸的直線移動(dòng)和繞坐標(biāo)軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（1）直角坐標(biāo)型（如圖1(a)是三個(gè)直線坐標(biāo)軸），此類機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和控制方案與機(jī)床類似，其到達(dá)空間位置的三個(gè)運(yùn)動(dòng)（x、y、z）由直線構(gòu)成，運(yùn)動(dòng)方向相互垂直，末端操作由附加的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。這種機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)學(xué)模型簡單，各軸線位移分辨率在操作范圍內(nèi)任一點(diǎn)上均為恒定，控制精度容易提高；缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)龐大，工作空間小，操作靈活性差。簡易和專用的工業(yè)機(jī)器人常采用這種形式。（2）圓柱坐標(biāo)型（如圖1(b)是兩個(gè)直線坐標(biāo)軸和一個(gè)回轉(zhuǎn)軸），這種機(jī)器人在基座水平轉(zhuǎn)臺(tái)上裝有立柱，水平臂可沿立柱做上下運(yùn)動(dòng)，并可在水平方向伸縮。其優(yōu)點(diǎn)是末端執(zhí)行器可獲得較高的速度；缺點(diǎn)是末端執(zhí)行器外伸離立柱軸心越遠(yuǎn)，線位移分辨精度越低。（3）球坐標(biāo)型（如圖1(c)是一個(gè)直線坐標(biāo)軸和兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸），機(jī)器人的操作機(jī)手臂不僅可繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，還可繞水平軸做俯仰運(yùn)動(dòng)，且能沿手臂軸做伸縮運(yùn)動(dòng)。與其他類型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)相比，這類機(jī)器人的結(jié)構(gòu)靈活，伸縮關(guān)節(jié)的線位移恒定，但其轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)在末端執(zhí)行器上的線位移分辨率是一個(gè)變量，控制系統(tǒng)復(fù)雜。(a)直角坐標(biāo)型機(jī)器人(b)圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人(c)球坐標(biāo)型機(jī)器人(d)全關(guān)節(jié)型機(jī)器人圖1工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式（4）關(guān)節(jié)型（如圖1(d)是三個(gè)回轉(zhuǎn)軸關(guān)節(jié)是三個(gè)平面運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)），該類機(jī)器人的外形結(jié)構(gòu)和動(dòng)作與人的手臂類似，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是串聯(lián)關(guān)節(jié)系統(tǒng)。通過每個(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最后綜合形成機(jī)器人末端的運(yùn)動(dòng)及位姿。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、靈活、占地空間小，缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)學(xué)模型復(fù)雜、高精度控制難度大。目前工業(yè)機(jī)器人大多采用關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)，其原因在于關(guān)節(jié)型機(jī)器人在相同的幾何參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)條件下具有較大的工作空間，手臂的靈活性最大，可使末端執(zhí)行器的空間位置和姿態(tài)調(diào)至任意狀態(tài)，以滿足實(shí)際作業(yè)需要。3．工業(yè)機(jī)器人的基本組成如圖2所示，工業(yè)機(jī)器人主要由以下幾部分組成：操作機(jī)、控制器和示教器。圖3六軸關(guān)節(jié)型操作機(jī)1-手腕2-小臂3-大臂圖3六軸關(guān)節(jié)型操作機(jī)1-手腕2-小臂3-大臂4-腰部5-腕關(guān)節(jié)6-肘關(guān)節(jié)7-肩關(guān)節(jié)8-腰關(guān)節(jié)9-基座圖2工業(yè)機(jī)器人的基本組成1-操作機(jī)（本體）2-控制器3-示教器（1）操作機(jī)操作機(jī)是工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械主體，是用來完成各種作業(yè)的執(zhí)行機(jī)械，主要由驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。驅(qū)動(dòng)裝置的受控運(yùn)動(dòng)通過傳動(dòng)單元帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而精確地保證末端執(zhí)行器所要求的位置、姿態(tài)和實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)。為了適應(yīng)不同的用途，機(jī)器人操作機(jī)最后一個(gè)軸的機(jī)械接口通常是一個(gè)連接法蘭，可接裝不同的機(jī)械操作裝置（習(xí)慣上稱為末端執(zhí)行器），如夾緊爪、吸盤、焊槍等。圖3所示為Panasonic-TA1400六軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人操作機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。（2）控制器如果說操作機(jī)是工業(yè)機(jī)器人的“肢體”，那么控制器則是工業(yè)機(jī)器人的“大腦”和“心臟”，它是決定機(jī)器人功能和水平的關(guān)鍵部分，也是機(jī)器人系統(tǒng)中更新和發(fā)展最快的部分。它通過各種控制電路硬件和軟件的結(jié)合來操縱機(jī)器人，并協(xié)調(diào)機(jī)器人與周邊設(shè)備的關(guān)系，其典型硬件架構(gòu)如圖4所示?？刂破鞯墓δ芸煞譃閮纱蟛糠郑喝藱C(jī)界面部分和運(yùn)動(dòng)控制部分。相應(yīng)于人機(jī)界面的功能有顯示、通信、作業(yè)條件等，而相應(yīng)于運(yùn)動(dòng)控制的功能是運(yùn)動(dòng)演算、伺服控制、輸入輸出控制（相當(dāng)于PLC功能）、外部軸控制、傳感器控制等。圖4機(jī)器人控制器結(jié)構(gòu)框圖（3）示教器示教器是人與機(jī)器人的交互接口，可由操作者手持移動(dòng)，使操作者能夠方便地接近工作環(huán)境進(jìn)行示教編程。它的主要工作部分是操作鍵與顯示屏。實(shí)際操作時(shí)，示教器控制電路的主要功能是對操作鍵進(jìn)行掃描