第四節(jié) 工業(yè)機(jī)器人
一、工業(yè)機(jī)器人的組成、分類及編程方式
工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)三部分組成。
操作機(jī)也稱執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由末端執(zhí)行器、手腕、手臂和機(jī)座組成。其功能與人的手臂相似。
驅(qū)動(dòng)裝置為操作機(jī)工作提供動(dòng)力，分為電動(dòng)、液動(dòng)和氣動(dòng)三種類型。其執(zhí)行部件(伺服電動(dòng)機(jī)、液壓缸或氣缸)可以與操作機(jī)直接相連，也可以通過(guò)齒輪、鏈條和諧波減速器與操作機(jī)連接。
控制系統(tǒng)的功能是控制工業(yè)機(jī)器人按要求動(dòng)作，分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。目前，工業(yè)機(jī)器人多采用計(jì)算機(jī)控制。
工業(yè)機(jī)器人有多種分類方法：
(1)按坐標(biāo)形式分為直角坐標(biāo)式(代號(hào)PPP)；圓柱坐標(biāo)式(代號(hào)RPP)；球坐標(biāo)式(代號(hào)RRP)；關(guān)節(jié)坐標(biāo)式(代號(hào)RRR)，又稱回轉(zhuǎn)坐標(biāo)式，分為垂直關(guān)節(jié)坐標(biāo)和平面(水平)關(guān)節(jié)坐標(biāo)。
(2)按驅(qū)動(dòng)方式分為電力驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)。電力驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)元件可以是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。液壓驅(qū)動(dòng)可以獲得很大的抓取能力(可抓取高達(dá)上千牛力)，傳動(dòng)平穩(wěn)，防爆性好，動(dòng)作也較靈敏，但對(duì)密封性要求高，不宜于在高、低溫現(xiàn)場(chǎng)工作，需配備一套液壓系統(tǒng)。采用氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速、價(jià)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(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制。點(diǎn)位控制方式簡(jiǎn)單，適用于上下料、點(diǎn)焊、卸運(yùn)等作業(yè)。連續(xù)軌跡控制比較復(fù)雜，常用于焊接、噴漆和檢測(cè)的機(jī)器人中。
工業(yè)機(jī)器人有示教編程和語(yǔ)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(fù)操作型，所面對(duì)的作業(yè)任務(wù)比較簡(jiǎn)單的機(jī)器人。語(yǔ)言編程方式適用于動(dòng)作復(fù)雜，操作精度要求高的工業(yè)機(jī)器人(如裝配機(jī)器人)。
二、工業(yè)機(jī)器人的特性參數(shù)和技術(shù)要求
工業(yè)機(jī)器人的主要特性參數(shù)有：
(1)坐標(biāo)型式；常用的坐標(biāo)型式有直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)、球坐標(biāo)、關(guān)節(jié)坐標(biāo)等。
(2)運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)，自由度數(shù)表示機(jī)器人動(dòng)作的靈活程度。一般少于6個(gè)，也有多于6個(gè)的。
(3)各自由度的動(dòng)作范圍，指各關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍。各關(guān)節(jié)的基本動(dòng)作范圍決定了機(jī)器人操作機(jī)工作．空間的形狀和大小。
(4)各自由度的動(dòng)作速度，指各關(guān)節(jié)的極限速度。
(5)額定負(fù)載，指在規(guī)定性能范圍內(nèi)，在手腕機(jī)械接口處所能承受的負(fù)載允許值。
(6)精度。主要包括位姿精度、位姿重復(fù)性、軌跡精度、軌跡重復(fù)性等。
工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)要求包括：外觀和結(jié)構(gòu)電氣設(shè)備、可靠性(用平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)及可維修時(shí)間(MTTR)衡量)和安全性(應(yīng)滿足《工業(yè)機(jī)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(shuō)·；柔性制造單元是一種在人的參與減到最小時(shí)，能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的對(duì)同一工件族內(nèi)不同的工件進(jìn)行自動(dòng)化加工的最小單元，它既可以作為獨(dú)·立使用的加工生產(chǎn)設(shè)備，又可作為更大、更復(fù)雜的柔性制造系統(tǒng)和柔性自動(dòng)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(chǔ)庫(kù)式；另一種是數(shù)控機(jī)床配工業(yè)機(jī)器人，即機(jī)器人直接搬運(yùn)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(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它增加了機(jī)器人或托盤自動(dòng)交換裝置、刀具和工件的自動(dòng)測(cè)量裝置、加工過(guò)程的監(jiān)測(cè)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(shí)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(dòng)加工功能(包括檢驗(yàn)、清洗等)、自動(dòng)搬運(yùn)功能和將以上兩者綜合起來(lái)的綜合軟件功能。
柔性制造系統(tǒng)由加工、物流、信息流三個(gè)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(jī)床混合組成的加工設(shè)備。除此之外，還有清洗、切屑處理等輔助裝置或設(shè)備。一個(gè)系統(tǒng)的機(jī)床配置可按“互補(bǔ)”和“互替”方式配置，也可按這兩種方式混合配置?！盎パa(bǔ)”是指系統(tǒng)需配置完成不同工序的機(jī)床(如車、銑、磨……)，在工序上互相補(bǔ)充，而不能代替?！盎ヌ妗笔侵敢粋€(gè)系統(tǒng)中配置有相同的機(jī)床，如其中一臺(tái)機(jī)床有故障時(shí)，另一臺(tái)相同工序的機(jī)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(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)等裝置。工件和夾具的存儲(chǔ)多用立體倉(cāng)庫(kù)，并由倉(cāng)庫(kù)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和管理。輸送設(shè)備有傳輸帶、有軌或無(wú)軌小車及行走機(jī)器人等。系統(tǒng)還設(shè)有中央刀庫(kù)，由工業(yè)機(jī)器人在中央刀庫(kù)和各機(jī)床之間進(jìn)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(chǔ)存和傳輸?shù)裙δ?，是協(xié)調(diào)多臺(tái)機(jī)床加工和物料輸送的計(jì)算系統(tǒng)。
柔性制造系統(tǒng)的柔性體現(xiàn)在隨機(jī)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(gè)方面。
一、工業(yè)機(jī)器人的組成、分類及編程方式
工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)三部分組成。
操作機(jī)也稱執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由末端執(zhí)行器、手腕、手臂和機(jī)座組成。其功能與人的手臂相似。
驅(qū)動(dòng)裝置為操作機(jī)工作提供動(dòng)力，分為電動(dòng)、液動(dòng)和氣動(dòng)三種類型。其執(zhí)行部件(伺服電動(dòng)機(jī)、液壓缸或氣缸)可以與操作機(jī)直接相連，也可以通過(guò)齒輪、鏈條和諧波減速器與操作機(jī)連接。
控制系統(tǒng)的功能是控制工業(yè)機(jī)器人按要求動(dòng)作，分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。目前，工業(yè)機(jī)器人多采用計(jì)算機(jī)控制。
工業(yè)機(jī)器人有多種分類方法：
(1)按坐標(biāo)形式分為直角坐標(biāo)式(代號(hào)PPP)；圓柱坐標(biāo)式(代號(hào)RPP)；球坐標(biāo)式(代號(hào)RRP)；關(guān)節(jié)坐標(biāo)式(代號(hào)RRR)，又稱回轉(zhuǎn)坐標(biāo)式，分為垂直關(guān)節(jié)坐標(biāo)和平面(水平)關(guān)節(jié)坐標(biāo)。
(2)按驅(qū)動(dòng)方式分為電力驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)。電力驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)元件可以是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。液壓驅(qū)動(dòng)可以獲得很大的抓取能力(可抓取高達(dá)上千牛力)，傳動(dòng)平穩(wěn)，防爆性好，動(dòng)作也較靈敏，但對(duì)密封性要求高，不宜于在高、低溫現(xiàn)場(chǎng)工作，需配備一套液壓系統(tǒng)。采用氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速、價(jià)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(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制。點(diǎn)位控制方式簡(jiǎn)單，適用于上下料、點(diǎn)焊、卸運(yùn)等作業(yè)。連續(xù)軌跡控制比較復(fù)雜，常用于焊接、噴漆和檢測(cè)的機(jī)器人中。
工業(yè)機(jī)器人有示教編程和語(yǔ)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(fù)操作型，所面對(duì)的作業(yè)任務(wù)比較簡(jiǎn)單的機(jī)器人。語(yǔ)言編程方式適用于動(dòng)作復(fù)雜，操作精度要求高的工業(yè)機(jī)器人(如裝配機(jī)器人)。
二、工業(yè)機(jī)器人的特性參數(shù)和技術(shù)要求
工業(yè)機(jī)器人的主要特性參數(shù)有：
(1)坐標(biāo)型式；常用的坐標(biāo)型式有直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)、球坐標(biāo)、關(guān)節(jié)坐標(biāo)等。
(2)運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)，自由度數(shù)表示機(jī)器人動(dòng)作的靈活程度。一般少于6個(gè)，也有多于6個(gè)的。
(3)各自由度的動(dòng)作范圍，指各關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍。各關(guān)節(jié)的基本動(dòng)作范圍決定了機(jī)器人操作機(jī)工作．空間的形狀和大小。
(4)各自由度的動(dòng)作速度，指各關(guān)節(jié)的極限速度。
(5)額定負(fù)載，指在規(guī)定性能范圍內(nèi)，在手腕機(jī)械接口處所能承受的負(fù)載允許值。
(6)精度。主要包括位姿精度、位姿重復(fù)性、軌跡精度、軌跡重復(fù)性等。
工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)要求包括：外觀和結(jié)構(gòu)電氣設(shè)備、可靠性(用平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)及可維修時(shí)間(MTTR)衡量)和安全性(應(yīng)滿足《工業(yè)機(jī)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(shuō)·；柔性制造單元是一種在人的參與減到最小時(shí)，能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的對(duì)同一工件族內(nèi)不同的工件進(jìn)行自動(dòng)化加工的最小單元，它既可以作為獨(dú)·立使用的加工生產(chǎn)設(shè)備，又可作為更大、更復(fù)雜的柔性制造系統(tǒng)和柔性自動(dòng)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(chǔ)庫(kù)式；另一種是數(shù)控機(jī)床配工業(yè)機(jī)器人，即機(jī)器人直接搬運(yùn)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(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它增加了機(jī)器人或托盤自動(dòng)交換裝置、刀具和工件的自動(dòng)測(cè)量裝置、加工過(guò)程的監(jiān)測(cè)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(shí)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(dòng)加工功能(包括檢驗(yàn)、清洗等)、自動(dòng)搬運(yùn)功能和將以上兩者綜合起來(lái)的綜合軟件功能。
柔性制造系統(tǒng)由加工、物流、信息流三個(gè)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(jī)床混合組成的加工設(shè)備。除此之外，還有清洗、切屑處理等輔助裝置或設(shè)備。一個(gè)系統(tǒng)的機(jī)床配置可按“互補(bǔ)”和“互替”方式配置，也可按這兩種方式混合配置?！盎パa(bǔ)”是指系統(tǒng)需配置完成不同工序的機(jī)床(如車、銑、磨……)，在工序上互相補(bǔ)充，而不能代替?！盎ヌ妗笔侵敢粋€(gè)系統(tǒng)中配置有相同的機(jī)床，如其中一臺(tái)機(jī)床有故障時(shí)，另一臺(tái)相同工序的機(jī)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(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)等裝置。工件和夾具的存儲(chǔ)多用立體倉(cāng)庫(kù)，并由倉(cāng)庫(kù)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和管理。輸送設(shè)備有傳輸帶、有軌或無(wú)軌小車及行走機(jī)器人等。系統(tǒng)還設(shè)有中央刀庫(kù)，由工業(yè)機(jī)器人在中央刀庫(kù)和各機(jī)床之間進(jìn)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(chǔ)存和傳輸?shù)裙δ?，是協(xié)調(diào)多臺(tái)機(jī)床加工和物料輸送的計(jì)算系統(tǒng)。
柔性制造系統(tǒng)的柔性體現(xiàn)在隨機(jī)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(gè)方面。