12.1(3-4)9.4机器人与机械手的应用
章节及课题 时数与日期 目的 要求 重点和难点 知识 技能 重点 难点
第九章 车身焊接工艺基础 2 课时 2015 年 12 月 1 日星期二（3-4 节） 汽装 1401 1、 了解工业机器人的构成及分类 2、 了解工业机器人的控制
教学方法 教 具 教学过程时间分配 组织教学（2 分钟） 处理作业（分钟） 检查复习（分钟） 引入新课 （3 分钟）
讲授 选用教材：汽车车身结构与设计（机械工业出版社） 教学内容及师生活动过程 点名，教师统计人数记入日志 方法和手段
新 课 教 学
1 工业机器人的定义 工业机器人(Industrial Robot)是工业生产中使用的机器人 讲授 1987 年 ISO 对工业机器人进行的定义是： “工业机器人是一种具有自动 操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机” 。 我国国家标准 GB/112643-90 将工业机器人定义为 “是一种能自动定位控制、 可重复编程的、 多功能的、多自由度的操作机。能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各 种作业” 。而将操作机定义为“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放 物体或进行其它操作的机械装置” 。 工业机器人与专用机械手的区别: 工业机器人具有独立的控制系统(大 多应用计算机技术)， 可以容易地通过再编程的方法实现动作程序的变化来适 应不同的作业要求；机械手只能完成比较简单的搬运、抓取及上下料工作， 常常作为机器设备的附属装置，其程序是固定不变的。 2 工业机器人的发展状况 1954 年美国 Devol 最早提出工业机器人的思想，并申请了专利，该专利 的要点是借助伺服技术控制机器人的关节， 利用人手对机器人实行动作示教， 机器人能实现动作的记录和再现，这就是所谓的示教再现机器人。现有的机 讲授 器人差不多都采用这种控制方法。 日本在机器人的研究、生产和应用方面都居世界首位，被誉为机器人王 国。 工业机器人的发展方向是向“智能”化发展，对外部环境和对象物体具 有自适应能力。 3 工业机器人的构成、运动与分类 （1）构成 （2）运动系统 1）运动自由度 所谓机器人的运动自由度是指确定一个机器人操作机 讲授 位置时所需的独立运动参数的数目，它是表示机器人动作灵活程度的参数。 2） 工作空间 机器人所具有的自由度数目及类型决定工作空间的形状； 每个关节的运动范围决定工作空间的尺寸大小。 3）机械结构类型 直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节型、
平面关节型。 （3）分类 4 工业机器人的控制 （1）工业机器人控制系统的功能 点位控制方式考虑到末端执行器在运动过程中只在某些规定的点上进行 操作；因此只要求末端执行器在目标点处保证
准确的位姿以满足作业质量要 求。 连续轨迹控制方式要求末端执行器严格按预定的轨迹和速度在一定精度 要求内运动，以完成作业要求，这就必须保证机器人各关节连续、同步地实 现相应的运动。 （2）工业机器人控制系统分类 系统的控制程序是在进行作业之前预先 编定， 作业时程序控制器按程序根据存储数据控制驱动单元带动操作机运动。 在控制过程中没有反馈信号。采用步进电动机驱动。 其特点是系统中采用检 测传感器连续测量关节位置、速度等关节参数，并反馈到驱动单元构成闭环 伺服系统。 5 工业机器人的计算机控制 （1）计算机控制系统的结构形式 （2）工业机器人的伺服控制系统 （3）主控制计算机 1）控制机 主要完成从作业任务、运动指令到关节运动要求之间的全部运算，完成 机器人与周边设备之间的运动协调，对主控计算机硬件方面的主要要求是运 动速度和精度、存储容量及中断处理能力。 随着计算机技术发展，采用的微处理器功能逐步增强，从 8 位的单片机， 到 16 位的 8086CPU，到 32 位的 DSP 或 ARM 等。 2）外部设备 除一般外部设备，如显示器、控制键盘、软(硬)盘驱动器、打印机外， 还有示教控制盒。利用示教盒可实现对各关节的控制，将机器人末端执行器 位置信息输入内存。 3）控制软件 6 工业机器人的应用 目前工业机器人在制造加工中主要从事工件上下料、焊接、装配、喷涂、 检验、铸造、锻压、热处理、金属切削加工等工作。 （1）弧焊机器人 弧焊过程中，焊枪运动速度的稳定性和轨迹是两项重 要的指标。 （2）点焊机器人 性能要求 1)安装面积小，工件空间大； 2)快速完成小节距的多点定位； 3)定位精度高，以确保焊接质量； 4)持重大(490-980N)，以便携带内装变压器的焊钳； 5)示教简单，节省工时； 6)安全可靠性好。 （3）装配机器人 复习巩固 1. 了解工业机器人的构成及分类 2. 了解工业机器人的控制
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（10 分钟） 本节小结 （4 分钟） 布置作业 （2 分钟） 1 工业机器人的定义 2 工业机器人的发展状况 3 工业机器人的构成、运动与分类 （1）构成 （2）运动系统 1）运动自由度 2）工作空间 3）机械结构类型 （3）分类 4 工业机器人的控制 （1）工业机器人控制系统的功能 （2）工业机器人控制系统分类 5 工业机器人的计算机控制 （1）计算机控制系统的结构形式 （2）工业机器人的伺服控制系统 （3）主控制计算机 1）控制机 2）外部设备 3）控制软件 6 工业机器人的应用 （1）弧焊机器人 （2）点焊机器人 （3）装配机器人
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