工業(yè)機器人
第四節(jié) 工業(yè)機器人
一、工業(yè)機器人的組成、分類及編程方式
工業(yè)機器人由操作機、驅(qū)動裝置和控制系統(tǒng)三部分組成。
操作機也稱執(zhí)行機構(gòu)，由末端執(zhí)行器、手腕、手臂和機座組成。其功能與人的手臂相似。
驅(qū)動裝置為操作機工作提供動力，分為電動、液動和氣動三種類型。其執(zhí)行部件(伺服電動機、液壓缸或氣缸)可以與操作機直接相連，也可以通過齒輪、鏈條和諧波減速器與操作機連接。
控制系統(tǒng)的功能是控制工業(yè)機器人按要求動作，分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。目前，工業(yè)機器人多采用計算機控制。
工業(yè)機器人有多種分類方法：
(1)按坐標形式分為直角坐標式(代號PPP)；圓柱坐標式(代號RPP)；球坐標式(代號RRP)；關(guān)節(jié)坐標式(代號RRR)，又稱回轉(zhuǎn)坐標式，分為垂直關(guān)節(jié)坐標和平面(水平)關(guān)節(jié)坐標。
(2)按驅(qū)動方式分為電力驅(qū)動、液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動。電力驅(qū)動的驅(qū)動元件可以是步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機。液壓驅(qū)動可以獲得很大的抓取能力(可抓取高達上千牛力)，傳動平穩(wěn)，防爆性好，動作也較靈敏，但對密封性要求高，不宜于在高、低溫現(xiàn)場工作，需配備一套液壓系統(tǒng)。采用氣壓驅(qū)動的機器人結(jié)構(gòu)簡單、動作迅速、價格低；但由于空氣可壓縮而使工作速度穩(wěn)定性差，抓取力小(幾十牛力至百牛力)。
(3)按控制方式分為點位控制和連續(xù)軌跡控制。點位控制方式簡單，適用于上下料、點焊、卸運等作業(yè)。連續(xù)軌跡控制比較復雜，常用于焊接、噴漆和檢測的機器人中。
工業(yè)機器人有示教編程和語言編程兩種編程方式。示教編程又分為手把手示教編程和示教盒示教編程。適用于重復操作型，所面對的作業(yè)任務比較簡單的機器人。語言編程方式適用于動作復雜，操作精度要求高的工業(yè)機器人(如裝配機器人)。
二、工業(yè)機器人的特性參數(shù)和技術(shù)要求
工業(yè)機器人的主要特性參數(shù)有：
(1)坐標型式；常用的坐標型式有直角坐標、圓柱坐標、球坐標、關(guān)節(jié)坐標等。
(2)運動自由度數(shù)，自由度數(shù)表示機器人動作的靈活程度。一般少于6個，也有多于6個的。
(3)各自由度的動作范圍，指各關(guān)節(jié)的活動范圍。各關(guān)節(jié)的基本動作范圍決定了機器人操作機工作．空間的形狀和大小。
(4)各自由度的動作速度，指各關(guān)節(jié)的極限速度。
(5)額定負載，指在規(guī)定性能范圍內(nèi)，在手腕機械接口處所能承受的負載允許值。
(6)精度。主要包括位姿精度、位姿重復性、軌跡精度、軌跡重復性等。
工業(yè)機器人的技術(shù)要求包括：外觀和結(jié)構(gòu)電氣設備、可靠性(用平均無故障工作時間(MTBF)及可維修時間(MTTR)衡量)和安全性(應滿足《工業(yè)機器人安全規(guī)范》(GBll291—89)的規(guī)定)。
三、柔性制造單元所具有的功能及結(jié)構(gòu)形式
概括地說·；柔性制造單元是一種在人的參與減到最小時，能連續(xù)運轉(zhuǎn)的對同一工件族內(nèi)不同的工件進行自動化加工的最小單元，它既可以作為獨·立使用的加工生產(chǎn)設備，又可作為更大、更復雜的柔性制造系統(tǒng)和柔性自動線的基本組成模塊。
柔性制造單元有兩種形式：一種是加工中心配托盤交換系統(tǒng)，即托盤存儲庫式；另一種是數(shù)控機床配工業(yè)機器人，即機器人直接搬運式。
四、柔性制造單元與加工中心的區(qū)別
柔性制造單元是在加工中心的基礎上發(fā)展起來的。它增加了機器人或托盤自動交換裝置、刀具和工件的自動測量裝置、加工過程的監(jiān)測裝置。與加工中心相比，它具有更好的柔性，更高的生產(chǎn)率，可實現(xiàn)某些零件的多品種、小批量加工。
五、柔性制造系統(tǒng)的基本功能、組成及其柔性
柔性制造系統(tǒng)的基本功能包括自動加工功能(包括檢驗、清洗等)、自動搬運功能和將以上兩者綜合起來的綜合軟件功能。
柔性制造系統(tǒng)由加工、物流、信息流三個子系統(tǒng)組成。
加工系統(tǒng)是由加工中心或加工中心與數(shù)控機床混合組成的加工設備。除此之外，還有清洗、切屑處理等輔助裝置或設備。一個系統(tǒng)的機床配置可按“互補”和“互替”方式配置，也可按這兩種方式混合配置。“互補”是指系統(tǒng)需配置完成不同工序的機床(如車、銑、磨……)，在工序上互相補充，而不能代替。“互替”是指一個系統(tǒng)中配置有相同的機床，如其中一臺機床有故障時，另一臺相同工序的機床可以替代加工，以免等待。
物流系統(tǒng)包括工件與刀具夾具的輸送、裝卸及倉庫存儲等裝置。工件和夾具的存儲多用立體倉庫，并由倉庫計算機進行控制和管理。輸送設備有傳輸帶、有軌或無軌小車及行走機器人等。系統(tǒng)還設有中央刀庫，由工業(yè)機器人在中央刀庫和各機床之間進行刀具的輸送和交換。
信息流系統(tǒng)執(zhí)行單元加工中信息流的處理、儲存和傳輸?shù)裙δ埽菂f(xié)調(diào)多臺機床加工和物料輸送的計算系統(tǒng)。
柔性制造系統(tǒng)的柔性體現(xiàn)在隨機加工能力、容忍故障能力、工作和生產(chǎn)能力的柔性和系統(tǒng)生產(chǎn)綱領(lǐng)的柔性等幾個方面。
第四節(jié) 工業(yè)機器人
一、工業(yè)機器人的組成、分類及編程方式
工業(yè)機器人由操作機、驅(qū)動裝置和控制系統(tǒng)三部分組成。
操作機也稱執(zhí)行機構(gòu)，由末端執(zhí)行器、手腕、手臂和機座組成。其功能與人的手臂相似。
驅(qū)動裝置為操作機工作提供動力，分為電動、液動和氣動三種類型。其執(zhí)行部件(伺服電動機、液壓缸或氣缸)可以與操作機直接相連，也可以通過齒輪、鏈條和諧波減速器與操作機連接。
控制系統(tǒng)的功能是控制工業(yè)機器人按要求動作，分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。目前，工業(yè)機器人多采用計算機控制。
工業(yè)機器人有多種分類方法：
(1)按坐標形式分為直角坐標式(代號PPP)；圓柱坐標式(代號RPP)；球坐標式(代號RRP)；關(guān)節(jié)坐標式(代號RRR)，又稱回轉(zhuǎn)坐標式，分為垂直關(guān)節(jié)坐標和平面(水平)關(guān)節(jié)坐標。
(2)按驅(qū)動方式分為電力驅(qū)動、液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動。電力驅(qū)動的驅(qū)動元件可以是步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機。液壓驅(qū)動可以獲得很大的抓取能力(可抓取高達上千牛力)，傳動平穩(wěn)，防爆性好，動作也較靈敏，但對密封性要求高，不宜于在高、低溫現(xiàn)場工作，需配備一套液壓系統(tǒng)。采用氣壓驅(qū)動的機器人結(jié)構(gòu)簡單、動作迅速、價格低；但由于空氣可壓縮而使工作速度穩(wěn)定性差，抓取力小(幾十牛力至百牛力)。
(3)按控制方式分為點位控制和連續(xù)軌跡控制。點位控制方式簡單，適用于上下料、點焊、卸運等作業(yè)。連續(xù)軌跡控制比較復雜，常用于焊接、噴漆和檢測的機器人中。
工業(yè)機器人有示教編程和語言編程兩種編程方式。示教編程又分為手把手示教編程和示教盒示教編程。適用于重復操作型，所面對的作業(yè)任務比較簡單的機器人。語言編程方式適用于動作復雜，操作精度要求高的工業(yè)機器人(如裝配機器人)。
二、工業(yè)機器人的特性參數(shù)和技術(shù)要求
工業(yè)機器人的主要特性參數(shù)有：
(1)坐標型式；常用的坐標型式有直角坐標、圓柱坐標、球坐標、關(guān)節(jié)坐標等。
(2)運動自由度數(shù)，自由度數(shù)表示機器人動作的靈活程度。一般少于6個，也有多于6個的。
(3)各自由度的動作范圍，指各關(guān)節(jié)的活動范圍。各關(guān)節(jié)的基本動作范圍決定了機器人操作機工作．空間的形狀和大小。
(4)各自由度的動作速度，指各關(guān)節(jié)的極限速度。
(5)額定負載，指在規(guī)定性能范圍內(nèi)，在手腕機械接口處所能承受的負載允許值。
(6)精度。主要包括位姿精度、位姿重復性、軌跡精度、軌跡重復性等。
工業(yè)機器人的技術(shù)要求包括：外觀和結(jié)構(gòu)電氣設備、可靠性(用平均無故障工作時間(MTBF)及可維修時間(MTTR)衡量)和安全性(應滿足《工業(yè)機器人安全規(guī)范》(GBll291—89)的規(guī)定)。
三、柔性制造單元所具有的功能及結(jié)構(gòu)形式
概括地說·；柔性制造單元是一種在人的參與減到最小時，能連續(xù)運轉(zhuǎn)的對同一工件族內(nèi)不同的工件進行自動化加工的最小單元，它既可以作為獨·立使用的加工生產(chǎn)設備，又可作為更大、更復雜的柔性制造系統(tǒng)和柔性自動線的基本組成模塊。
柔性制造單元有兩種形式：一種是加工中心配托盤交換系統(tǒng)，即托盤存儲庫式；另一種是數(shù)控機床配工業(yè)機器人，即機器人直接搬運式。
四、柔性制造單元與加工中心的區(qū)別
柔性制造單元是在加工中心的基礎上發(fā)展起來的。它增加了機器人或托盤自動交換裝置、刀具和工件的自動測量裝置、加工過程的監(jiān)測裝置。與加工中心相比，它具有更好的柔性，更高的生產(chǎn)率，可實現(xiàn)某些零件的多品種、小批量加工。
五、柔性制造系統(tǒng)的基本功能、組成及其柔性
柔性制造系統(tǒng)的基本功能包括自動加工功能(包括檢驗、清洗等)、自動搬運功能和將以上兩者綜合起來的綜合軟件功能。
柔性制造系統(tǒng)由加工、物流、信息流三個子系統(tǒng)組成。
加工系統(tǒng)是由加工中心或加工中心與數(shù)控機床混合組成的加工設備。除此之外，還有清洗、切屑處理等輔助裝置或設備。一個系統(tǒng)的機床配置可按“互補”和“互替”方式配置，也可按這兩種方式混合配置。“互補”是指系統(tǒng)需配置完成不同工序的機床(如車、銑、磨……)，在工序上互相補充，而不能代替。“互替”是指一個系統(tǒng)中配置有相同的機床，如其中一臺機床有故障時，另一臺相同工序的機床可以替代加工，以免等待。
物流系統(tǒng)包括工件與刀具夾具的輸送、裝卸及倉庫存儲等裝置。工件和夾具的存儲多用立體倉庫，并由倉庫計算機進行控制和管理。輸送設備有傳輸帶、有軌或無軌小車及行走機器人等。系統(tǒng)還設有中央刀庫，由工業(yè)機器人在中央刀庫和各機床之間進行刀具的輸送和交換。
信息流系統(tǒng)執(zhí)行單元加工中信息流的處理、儲存和傳輸?shù)裙δ埽菂f(xié)調(diào)多臺機床加工和物料輸送的計算系統(tǒng)。
柔性制造系統(tǒng)的柔性體現(xiàn)在隨機加工能力、容忍故障能力、工作和生產(chǎn)能力的柔性和系統(tǒng)生產(chǎn)綱領(lǐng)的柔性等幾個方面。