終端效應器

1、現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,1,５ 工業(yè)機器人及其應用,５．１　機器人的基本知識５．３　工業(yè)機器人的應用,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,2,５．１機器人的基本知識,５．１．１機器人的定義 工業(yè)機器人是一種在一定程度上模擬人特征的可編程通用操作機。其主要特征是： 是一種可以搬運物料、零件、工具或完成多種操作功能的專用機械裝置。 由計算機進行控制，是無人參與的自主自動化控制系統(tǒng)。

2、 是可重復編程、具有柔性的自動化系統(tǒng)，可以允許進行人機聯系。 當代機器人模擬人的最明顯特征是臂和手爪，它們被用來完成多種工業(yè)動作。模擬人最差的特征是還不具備決策能力及對檢測傳感輸入的響應和與其他機器和機器人的通信。 工業(yè)機器人的典型應用是點焊、物料傳輸與裝卸、噴漆和裝配。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,3,５．１機器人的基本知識,５．１．２機器人的分類?、侔礄C器人的研究開發(fā)分類

3、 工業(yè)機器人 人工智能機器人,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,4,５．１機器人的基本知識,②按自動化功能層次分類 操作機器人（Operating Robot） 順序控制機器人（Sequence Control Robot） 示教再現機器人（Playback Robot） 數控機器人（Numerically Controlled Robot） 傳感控制機

4、器人（Sensory Controlled Robot） 智能機器人（Intelligent Robot） 自適應控制機器人（Adaptive Controlled Robot） 學習控制機器人（Learning Controlled Robot）,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,5,５．１機器人的基本知識,③按機械操作手個數分類 一個機械操作手 兩個機械操作手

5、 多個機械操作手：分立傳動與控制、分立傳動關聯控制、集中傳動?、馨催\動自由度分類 無冗余自由度：獨立運動自由度數≤6 有冗余自由度：獨立運動自由度數≥7,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,6,５．１機器人的基本知識,⑤按坐標系分類 笛卡爾坐標型 極坐標型 圓柱坐標型 多關節(jié)型,⑥按負載能力分類 超輕型

6、：持重＜1N 輕型：持重1－100N，動作范圍0.1－1m3 中型：持重100－1000N，動作范圍1－10m3 重型：持重1000－10000N，動作范圍＞10m3 超重型：持重＞10000N,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,7,５．１機器人的基本知識,⑦按機械手工作空間（范圍）分類 平面型 平行六面體型（直角坐標系） 圓柱體型（圓柱坐標型）

7、 球面型（極坐標型） 上述形式的綜合空間,⑧按控制原理分類 程序控制 傳感器控制 非自適應控制 自適應控制 智能控制,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,8,５．１機器人的基本知識,⑨按運動控制特征分類 點位控制 離散控制 連續(xù)控制 循環(huán)控制 復合控制,⑩按傳動類型分類

8、 氣動 液壓傳動 電氣傳動 復合傳動,按定位精度分類 可分為0、1、2、3級,按控制機構分類 開關型 伺服型,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,9,５．１機器人的基本知識,按工作類型分類 通用型 防塵型 過熱保護型 防爆型 開發(fā)型：水下機器人、宇宙開發(fā)機器人、步行機器人、爬壁

9、機器人、微型或小型機器人,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,10,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,11,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,12,５．１機器人的基本知識,５．１．３工業(yè)機器人的基本結構 通常，工業(yè)機器人由機械手（Manipulotor）、終端效應器（手爪或作業(yè)工具）、移動器、傳感器和控制硬軟件組成。機械手由關節(jié)（絞鏈）、桿件及其他物理結構組成。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,13,５

10、．１機器人的基本知識,①關節(jié)與桿件及其運動特征 工業(yè)機器人所配置的關節(jié)可分為以下五類： 線性關節(jié)。輸入桿件與輸出桿件間進行相對線性滑動，桿件的軸線相互平行。又稱為L型關節(jié)。 正交關節(jié)。輸入桿件與輸出桿件間進行相對線性滑動，桿件在運動時彼此相互垂直。又稱為O型關節(jié)。 回轉（轉動）關節(jié)。輸入桿件與輸出桿件間進行相對轉動，桿件的軸線垂直于轉動軸。又稱為R型關節(jié)。 扭轉關節(jié)。輸入桿件與輸出桿件間

11、進行相對轉動，桿件的軸線平行于轉動軸。又稱為T型關節(jié)。 旋轉關節(jié)。桿件間進行相對轉動，輸入桿件的軸線平行于轉動軸，輸出桿件的軸線垂直于轉動軸。又稱為V型關節(jié)。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,14,５．１機器人的基本知識,①關節(jié)與桿件及其運動特征 工業(yè)機器人用的五種關節(jié),線性關節(jié),正交關節(jié),回轉關節(jié),扭轉關節(jié),旋轉關節(jié),現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,15,５．１機器人的基本知識

12、,①關節(jié)與桿件及其運動特征 工業(yè)機器人的結構示例,1－機座 2、3、4－桿件 2’、3’、4’－關節(jié),現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,16,５．１機器人的基本知識,②工業(yè)機器人的典型結構與關節(jié)的運動 商業(yè)出售的工業(yè)機器人多采用以下五種結構： 極坐標型立柱/臂結構。 圓柱坐標結構。 笛卡爾坐標結構。 關節(jié)型結構。 SCARA結構。,

13、現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,17,５．１機器人的基本知識,②工業(yè)機器人的典型結構與關節(jié)的運動 典型工業(yè)機器人立柱/臂結構示例,極坐標型結構（TRL）,圓柱坐標型結構（TLO）,笛卡爾坐標型結構（LOO）,關節(jié)型結構（TRR）,SCARA型結構（VRO）,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,18,５．１機器人的基本知識,②工業(yè)機器人的典型結構與關節(jié)的運動 三自由度

14、手腕的典型結構示例（TTR）,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,19,５．１機器人的基本知識,③工作（操作）空間（容積） 工作空間（Work Volume）是指機器人可操作其終端手爪所能包容的空間或操作空間，有時稱為工作（操作）包絡空間。 機器人的工作空間由其立柱－臂－腕的關節(jié)類型、關節(jié)數目、關節(jié)與桿件的尺寸和各關節(jié)的工作范圍等因素確定。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,20,５．１機器人的基本知識

15、,５．１．４精度和重復定位精度 在機器人的工業(yè)應用中，一個重要的屬性是機器人終端手精確而可靠重復的定位和定向的能力。 控制分辨率（Control Resolution）：機器人的操作控制器和定位系統(tǒng)細分關節(jié)工作范圍（空間）為控制器可以辨識的最近的空間點的距離。 定位精度（Accuracy）：機器人終端手在給定的工作空間上定位精確度的度量。 重復定位精度（Repeatability）：機

16、器人終端手在給定的工作空間上，對目標點重復定位性能的度量。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,21,５．１機器人的基本知識,５．１．５機器人的終端效應器 終端效應器（End Effector）又稱夾持器，是為了完成規(guī)定作業(yè)任務而附加在機器人手腕上的專用裝置——工具或手爪。 工業(yè)機器人所用的手爪有： 機械式手爪。 真空手爪。 磁力手爪。 粘附裝置。,現代制造系統(tǒng)

17、83;西南科技大學,22,５．１機器人的基本知識,５．１．５機器人的終端效應器 機器人機械手爪示例,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,23,５．１機器人的基本知識,５．１．６機器人控制系統(tǒng)?、贆C器人控制的驅動系統(tǒng) 機器人關節(jié)由專門形式的執(zhí)行裝置驅動，常用的驅動系統(tǒng)是電力、液壓或氣動驅動系統(tǒng)。 電力驅動系統(tǒng)采用電動機作為關節(jié)驅

18、動裝置。液壓和氣動驅動系統(tǒng)采用液壓缸或氣缸實現線性位移，用葉片泵等實現轉動角位移。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,24,５．１機器人的基本知識,②機器人的控制類型 機器人微機控制器的分層式結構,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,25,５．１機器人的基本知識,②機器人的控制類型 機器人的控制器可

19、以分為以下四類： 有限順序控制。 點位示教再現控制。 連續(xù)路徑示教再現控制。 智能控制。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,26,５．１機器人的基本知識,５．１．７機器人編程?、倬幊填愋?把程序指令寫入機器人控制器的存儲器，完成程序編制。有四種寫入指令的方法： 手工設置。 示教再現編程。 計算機型機器人編程語言。

20、離線編程。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,27,５．１機器人的基本知識,②示教再現編程的原理、步驟和方法 示教再現就是由人工控制法引導機器人完成用戶希望機器人完成的一套作業(yè)動作，經編程后機器人自動再現示教過的全套作業(yè)動作。 示教再現分為三個步驟： 由人工控制引導機器人以較慢的動作完成全部作業(yè)，并在合適的位置記錄機器人的關節(jié)角。 由機器人控制器

21、編程后，再現示教的全部作業(yè)動作、 若經檢測，示教動作完整，機器人以適當高的速度自動重復作業(yè)的全部動作。 兩種示教方法：機動引導法、手工引導法。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,28,５．３工業(yè)機器人的應用,５．３．１機器人應用的特點 應用機器人應考慮以下因素： 在危險、不安全或有害健康的工作環(huán)境中替代人，是選用工業(yè)機器人的重要原因之一。 在重復的工作循

22、環(huán)中，若工作循環(huán)的運動和順序適于用工業(yè)機器人替代人，并獲得比人高的重復定位精度和一致性，或可達到高的生產率時，應考慮選用工業(yè)機器人。 人難于裝卸的場合。 多班次作業(yè)。 生產批量和操作工位變換多，生產班次廠，當人不能適應其變換頻度時，應考慮采用可編程工業(yè)機器人完成作業(yè)。 現有的工業(yè)機器人多數沒有視覺功能。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,29,５．３工業(yè)機器人的應用,５．３．２機器人工作單元的設計

23、 現有的工作單元有以下四種： 以機器人為中心的單元。 成行排列的機器人單元。 移動式機器人單元。 以工件為中心的機器人單元。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,30,５．３工業(yè)機器人的應用,５．３．２機器人工作單元的設計 以機器人為中心的工作單元,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,3

24、1,５．３工業(yè)機器人的應用,５．３．２機器人工作單元的設計 成行排列的機器人工作單元,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,32,５．３工業(yè)機器人的應用,５．３．２機器人工作單元的設計 移動式機器人工作單元,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,33,５．３工業(yè)機器人的應用,５．３．２機器人

25、工作單元的設計 以工件為中心的機器人工作單元,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,34,５．３工業(yè)機器人的應用,５．３．３工業(yè)機器人的應用　①工業(yè)機器人在物料傳輸中的應用 物料傳輸中應用的工業(yè)機器人，配置有手爪類的終端效應器，主要用于： 物料傳送。從一個位置抓起工件，搬運到另一個新的位置上。 生產設備工

26、件裝卸。上料、下料、裝卸。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,35,５．３工業(yè)機器人的應用,②工業(yè)機器人在加工處理中的應用 工業(yè)機器人在加工處理中主要用于： 點焊。 連續(xù)弧焊。 噴漆。 其他：如切削加工過程、倒角、去毛刺、除銹、拋光、高壓水噴射切割、激光切割與焊接、鉚接等。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,36,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,

27、37,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,38,５．３工業(yè)機器人的應用,③工業(yè)機器人在裝配與檢測中的應用 工業(yè)機器人在裝配與檢測中主要用于： 為測量機或檢測裝備完成上下料工作。 由機器人操作檢測裝置。 完成零件上下料、多種裝配作業(yè)、裝配檢查和自動分類作業(yè)、成品與廢品分類作業(yè)等。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,39,５．３工業(yè)機器人的應用,工業(yè)機器人應用領域

28、　　自從20世紀60年代初人類創(chuàng)造了第一臺工業(yè)機器人以后，機器人就顯示出它極大的生命力，在短短40多年的時間中，機器人技術得到了迅速的發(fā)展，工業(yè)機器人已在工業(yè)發(fā)達國家的生產中得到了廣泛的應用。目前，工業(yè)機器人已廣泛應用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領域中。在工業(yè)生產中，弧焊機器人、點焊機器人、分配機器人、裝配機器人、噴漆機器人及搬運機器人等工業(yè)機器人都已被大量采用。,

29、現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,40,５．３工業(yè)機器人的應用,工業(yè)機器人應用領域　　在眾多制造業(yè)領域中，應用工業(yè)機器人最廣泛的領域是汽車及汽車零部件制造業(yè)。2005年美洲地區(qū)汽車及汽車零部件制造業(yè)對工業(yè)機器人的需求占該地區(qū)所有行業(yè)對工業(yè)機器人需求的比例高達61%；同樣，亞洲地區(qū)的該比例也達到33%，位于各行業(yè)之首；雖然2005年由于德國、意大利和西班牙三國對汽車工業(yè)投資的趨緩直接導致歐洲地區(qū)汽車工業(yè)對工業(yè)機器人需求占所有行業(yè)對

30、工業(yè)機器人需求的比例下降到了46%，但汽車工業(yè)仍然是歐洲地區(qū)使用工業(yè)機器人最普及的行業(yè)。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,41,５．３工業(yè)機器人的應用,工業(yè)機器人應用領域,,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,42,５．３工業(yè)機器人的應用,工業(yè)機器人應用領域,,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,43,５．３工業(yè)機器人的應用,工業(yè)機器人應用領域,,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,44,５．３工業(yè)機器人的應用,工業(yè)機器人應

31、用領域,,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,45,５．３工業(yè)機器人的應用,工業(yè)機器人應用領域　　目前，汽車制造業(yè)是制造業(yè)所有行業(yè)中人均擁有工業(yè)機器人密度最高的行業(yè)，如，2004年德國制造業(yè)中每1萬名工人中擁有工業(yè)機器人的數量為162臺，而在汽車制造業(yè)中每1萬名工人中擁有工業(yè)機器人的數量則為1140臺；意大利的這一數值更能說明問題，2004年意大利制造業(yè)中每1萬名工人中擁有工業(yè)機器人的數量為123臺，而在汽車制造業(yè)中每1萬名工人中

32、擁有工業(yè)機器人的數量則高達1600臺。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,46,５．３工業(yè)機器人的應用,工業(yè)機器人應用領域　　工業(yè)機器人還廣泛應用于電子電氣行業(yè)、金屬制品業(yè)(包括機械)、橡膠及塑料工業(yè)和食品工業(yè)等領域。2005年，亞洲地區(qū)電子電氣行業(yè)對工業(yè)機器人的需求僅次于汽車及汽車零部件制造業(yè)，其占所有行業(yè)總需求的比例為31%；而在歐洲地區(qū)橡膠及塑料工業(yè)對工業(yè)機器人的需求則遠遠超過電子電氣行業(yè)而排名第二位；美洲地區(qū)由于汽車及汽

33、車零部件制造業(yè)對工業(yè)機器人的需求遙遙領先，所以金屬制品業(yè)(包括機械)、橡膠及塑料工業(yè)以及電子電氣行業(yè)對工業(yè)機器人的需求比例相當，均在7%左右。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,47,５．３工業(yè)機器人的應用,工業(yè)機器人應用領域,,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,48,５．３工業(yè)機器人的應用,工業(yè)機器人應用領域　　　　隨著科學與技術的發(fā)展，工業(yè)機器人的應用領域也不斷擴大。目前，工業(yè)機器人不僅應用于傳統(tǒng)制造業(yè)如采礦、冶金、石油

34、、化學、船舶等領域，同時也已開始擴大到核能、航空、航天、醫(yī)藥、生化等高科技領域以及家庭清潔、醫(yī)療康復等服務業(yè)領域中。如，水下機器人、拋光機器人、打毛刺機器人、擦玻璃機器人、高壓線作業(yè)機器人、服裝裁剪機器人、制衣機器人、管道機器人等特種機器人以及掃雷機器人、作戰(zhàn)機器人、偵察機器人、哨兵機器人、排雷機器人、布雷機器人等軍用機器人都廣泛應用于各行各業(yè)。而且，隨著人類生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩，未來各種專業(yè)服務機器人和家庭用消費機器

35、人將不斷貼近人類生活，其市場將繁榮興旺。,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,49,６自由度機械手,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,50,高樓擦窗和壁面清洗機器人,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,51,汽車加油機器人,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,52,全自動清潔機器人,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,53,烹飪機器人,現代制造系統(tǒng)·西南科技大學,54,達芬奇外科手術臂,現代制造系統(tǒng)·西南