5工业机器人
五自由度工业机器人说明书
人人小站/314design1 绪论1.1 工业机器人简介]1[早在20世纪初，随着机床、汽车等制造业的发展就出现了机械手。
1913年美国福特汽车工业公司安装了第一条汽车零件加工自动线，为了解决自动线、自动机的上下料与工件的传送，采用了专用机械手代替人工上下料及传送工件。
可见专用机械手就是作为自动机、自动线的附属装置出现的。
“工业机器人”这种自动化装置出现的比较晚。
但是自从世界上第一台工业机器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。
机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。
本课题所指的工业机器人，或称机器人操作臂、机器人臂、机械手等。
从外形来看，它和人的手臂相似，是由一系列刚性连杆通过一系列柔性关节交替连接而成的开式链。
这些连杆就像人的骨架，分别类似于胸，上臂和下臂，工业机器人的关节相当于人的肩关节、肘关节和腕关节。
操作臂的前端装有末端执行器或相应的工具，也常称为手或手爪。
手爪是由两个或多个手指所组成，手指可以“开”与“合”，实现抓去动作和细微操作。
手臂的动作幅度一般较大，通常实现宏观操作。
工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。
主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。
大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；圆柱坐标型工业机器人示意图控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。
在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。
工业机器人三维建模(SolidWorks)第5章 工业机器人末端执行器建模
5.2 吸附式末端执行器三维设计
明确工件在生产中结构特点及要 求，是设计手爪的主要依据。设计者 应该深入细致地研究并掌握它，以保 证手爪的使用要求。
为了完成多种不同工件的搬运， 设计一套有单吸盘和双吸盘的搬运手 爪。工业机器人手腕末端法兰盘按照 尺寸如右图所示。
5.2.1 吸附式末端执行器简介
1.吸附式末端执行器的基本组成 吸附式末端执行器是一款机械和气动技术一体化的产品，这类产 品一般由动力源、传感器、机械结构、气动系统、执行元件组成。 系统的组成部分必须无缝地协同工作，以执行其职能。对它们的 选择必须考虑到工程和经济两方面。分类。 按夹持原理分类可分为机 械类、磁力类和真空类三种手 爪，如右图所示。
5.1.2 末端执行器的分类
3.按手指或吸盘数目分类 机械手爪可分为：二指手爪、多指手爪。 机械手爪按手指关节分为：单关节手指手爪、多关节手指手爪。 吸盘式手爪按吸盘数目分为:单吸盘式手爪、多吸盘式手爪。 4.按智能化分类。 普通式手爪：手爪不具备传感器。 智能化手爪：手爪具备一种或多种传感器，如力传感器、触觉传 感器、滑觉传感器等，手爪与传感器集成为智能化手爪。
工业机器人的手部也称末端执行器，它是装在工业机器人手腕 上直接抓握工件或执行作业的部件，可以安装在移动设备或者机器 人手臂上,能够拿起一个对象，并且具有处理、传输、夹持、放置和 释放对象到一个准确的离散位置等功能。对于整个工业机器人来说 手部是完成作业好坏、作业柔性优劣的关键部件之一。
5.1.1 末端执行器介绍
为了方便的更换末端执行器，可设计一分钟末端执行器的转换器来形成操作机上的机械接口。较 简单的可用法兰盘来作为机械接口处的转换器，为了实现快速和自动更换末端执行器，可以采用电磁 吸盘或者气动缩紧的接换器。
工业机器人的五个坐标系
工业机器人的五个坐标系在工业机器人领域，坐标系是用来描述机器人末端执行器（或工具）在空间中的位置和姿态的框架。
为了确保机器人的准确性和一致性，通常会使用一系列标准的坐标系。
以下是工业机器人领域中最常用的五个坐标系：1、笛卡尔坐标系：在三维空间中，笛卡尔坐标系使用三个相互垂直的坐标轴（X、Y、Z），以及三个相互垂直的旋转轴（Rx、Ry、Rz）。
这种坐标系常用于描述机器人在空间中的位置和姿态，以及机器人末端执行器的位置和姿态。
2、极坐标系：极坐标系是一种以机器人末端执行器为中心的坐标系，它使用径向距离（r）、方位角（θ）和高度（z）来描述机器人在空间中的位置和姿态。
这种坐标系常用于路径规划、路径插补和机器人运动学分析。
3、圆柱坐标系：圆柱坐标系是一种以机器人末端执行器为中心的坐标系，它使用径向距离（r）、方位角（θ）和垂直距离（z）来描述机器人在空间中的位置和姿态。
这种坐标系常用于描述机器人在圆柱体或球体等形状上的路径和姿态。
4、球坐标系：球坐标系是一种以机器人末端执行器为中心的坐标系，它使用径向距离（r）、方位角（θ）和极角（φ）来描述机器人在空间中的位置和姿态。
这种坐标系常用于描述机器人在球体或类似形状上的路径和姿态。
5、工具坐标系：工具坐标系是一种以机器人末端执行器（或工具）为中心的坐标系，它使用工具的几何中心作为原点，并使用三个旋转轴（Rx、Ry、Rz）来描述工具的空间姿态。
这种坐标系常用于机器人运动学建模、路径规划和机器人控制等方面。
这些坐标系在工业机器人领域中具有广泛的应用，它们为机器人控制、路径规划和运动学建模提供了方便的框架。
根据实际应用场景的不同，选择合适的坐标系可以有效地提高机器人的精度和效率。
ABB工业机器人操作和坐标系一、引言在现代化的制造和自动化流程中，工业机器人扮演着关键的角色。
它们被广泛应用于各种复杂任务，从装配到质量检测，从搬运到喷漆，无所不能。
ABB集团作为全球领先的机器人技术提供商，其产品广泛应用于全球的各个行业。
单元五工业机器人搬运工作站的系统设计
YV4，用于抓取或释放工件。
CN307 B8 OUT17A8 OUT17+ B9 OUT18A9 OUT18+ B10 OUT19A10 OUT19+ B11 OUT20A11 OUT20+ B16 024VU A16 024VU B17 024VU A17 024VU B18 +24VU
YV1
YV2
0V +24V
CN308
CN306
《工业机器人工作站系统集成》
常州机电
知识准备
二、搬运工作站硬件系统
2．硬件电路 (4) 机器人专用输入接口MXT电路如图所示。继电器KA2双回路控制机器人急停
、KA1控制机器人伺服使能、KA3控制机器人暂停。
KA2
KA2
KA1
KA3
19 EXESP1+
20 EXESP1-
插头 信号地址 EXESP1+ （19）/ 定义的内容 继电器
EXESP1- （20） EXESP2+ （21）/
EXESP2- （22） MXT EXSVON+（29）/ EXSVON- （30） EXHOLD+ （31）/ EXHOLD- （32）
机器人双回路急停
KA2
机器人外部伺服ON
KA1
机器人外部暂停
《工业机器人工作站系统集成》
常州机电
知识准备
二、搬运工作站硬件系统
1．接口配置 PLC选用OMRON CP1L-M40DR-D型，机器人本体选用安川MH6型，机器人控制
器选用DX100。根据控制要求，机器人与PLC的I/O接口分配见表。
插头 B1 IN A2 B8 A8 CN308 A9 机器人报警和错误 机器人电池报警 机器人已选择远程模式 机器人在作业原点 机器人搬运开始 机器人搬运完成 1.02 1.03 1.04 1.05 100.02 1.06 清除机器人报警和错误 机器人运行中 机器人伺服已接通 101.01 1.00 1.01 信号地址 机器人启动 定义的内容 100.00 与 PLC 的连接地址
第5章--手动操纵工业机器人
5.4 手动移动工业机器人
一、机器人系统的启动和关闭
1.机器人系统的启动 在确认机器人工作范围内无人后，合上机器人控制柜上的电源主开关，系统自动检查 硬件。检查完成后若没有发现故障，启动系统。正常启动后，机器人系统通常保持最 后一次关闭电源时的状态，且程序指引位置保持不变，全部数字输出都保持断电以前 的值或者置为系统参数指定的值，原有程序可以立即执行。
H 切换增量（增益）控制模式，开启或者关闭机器人增量运动。
J
后退按键，使程序逆向运动，程序运行到上一条指令。
K
启动按键，机器人正向连续运行整个程序。
L 前进按键，使程序正向单步运行程序，按一次，执行一条指令。
M
暂停按钮，机器人暂停运行程序。
5.2 认识和使用示教器
二、工业机器人的坐标系 2. ABB机器人示教器的手持方式
5.3 工业机器人安全操作规程
三、安全守则
81.在万手一动发模生火式灾下，调请试使机用器二人氧，化如碳果灭不火需器要。移动机器人时，必须及时释放使能器(Enable D2.e急vi停ce开)。关(E-Stop)不允许被短接。 93.在得任到何停情电况通下知，时不，要要使预用先机关器断人机原器始人启的动主盘电，源用及复气制源盘。 140.机.突器然人停停电机后时，，要夹赶具在上来不电应之置前物预，先必关须闭空机器。人的主电源开关，并及时取下夹具上 的5.机工器件人。在发生意外或运行不正常等情况下，均可使用E-Stop键，停止运行。 161.因.维为修机人器员人必在须自保动管状好态机下器，人即钥使匙运，行严速禁度非非授常权低人，员其在动手量动仍模很式大下，进所入以机在器进人行软编件程 系、统测，试随及意维翻修阅等或工修作改时程，序必及须参将数机。器人置于手动模式。 172.气.严路格系执统行中生的产压现力场可6S达管0.理6M规P定，和任安何全相制关度检。修都要切断气源。 13.严格按照机器人的标准化操作流程进行操作，严禁违规操作。
项目五 工业机器人系统集成典型编程应用
5.1 轨迹板的轨迹运动操作
01 轨 迹 板 的 轨 迹 运 动 操 作
右图是为工业机器人典型应用编程练习而设计的综 合性实训设备。该平台以模拟六轴工业机器人工作站应 用案列，可学习工业机器人系统集成及示教编程。主要 学习内容包括认识工业机器人本体结构、控制器结构、 示教器结构，手动操纵机器人、建立坐标系、程序管理、 程序设计、程序调试、执行程序、I/O信号输入输出、 自动运行、文件备份与加载等，基本涵盖了工业机器人 在实际生产中的所有应用技巧。该项目重点突出实际动手操控与示教编程方法的教学，共设计了六 个技能实训项目，学员通过在现场对机器人的示教编程和调试操作，可快速提高操控工业机器人的 能力。
MoveJ p20, v1000, z100, tool0;
移动到过渡点p20；
MoveJ p10, v1000, z100, tool0;
移动到等待点p20；
ENDPROC
02 上下料应用模块
5.2 上下料应用模块
02 上 下 料 应 用 模 块 5.2 上下料应用模块
机器人上下料是工业机器人最为常见的应用之一。所占比重高达 36%以上，主要应用于汽车制造、食品加工、3C、新能源、物流等制 造行业，其特性是工作节拍要求高，稳定性强。近年来，一些批量大、 速度快、准确性高的上下料工作可由工业机器人代替人工完成，并取 得了很好的应用效果。
ABB工业机器人编程与操作 项目五 工业机器人涂胶装配编程与操作
二
工作任务
（一） 工作任务的背景
涂胶机器人作为一种典型的涂胶自动化 装备，具有工件涂层均匀，重复精度好， 通用性强、工作效率高的优点，能够将工 人从有毒、易燃、易爆的工作环境中解放 出来，已在汽车、工程机械制造、3C产品 及家具建材等领域得到广泛应用
一
工作任务
装配是生产制造业的重要环节，而随着生产制造 结构复杂程度的提高，传统装配已满足不了日益增长 的产量要求。装配机器人代替传统人工装配成为装配 生产线上的主力军，可胜任大批量、重复性的工作。 工业机器人四巨头都抓住机遇研究出了相应的装配机 器人产品。本任务主要学习机器人涂胶装配的I/O配 置、程序数据创建、目标点示教、程序编写及调试， 最终完成整个涂胶装配任务。
三
实践操作-建立程序
21）选择p20点，单击“修改位 置”，将机器人的当前位置记录到 p20中去。 22）添加“Set”指令，置位涂胶 信号“dotujiao”，开始涂胶。 23）添加“MoveL”指令，并将参 数设置为图中所示。 24）选择合适的动作模式，使用操 作杆将机器人运动到图中所示涂胶 轨迹的p30点。
（一） 知识储备 1、加速度设置指令AccSet 指令格式：AccSet 100，100；
参数
参数1
参数2
含义 加速度最大值百分比
加速度坡度值
三
实践操作-知识储备
2．速度设置指令VelSet
指令格式：VelSet 100，1000；
参数
含义
参数1
速度百分比，其针对的是各个 运动指令中的速度数据
参数2
ABB工业机器人编程与操作 “十三五”智能制造高级应用型人才培养规划教材
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ项目五 工业机器人涂胶装配编程与操作
五自由度工业机器人结构
五⾃由度⼯业机器⼈结构五⾃由度⼯业机器⼈结构五⾃由度⼯业机器⼈结构设计1绪论⼯业机器⼈，⼀般指的是在⼯⼚车间环境中，配合⾃动化⽣产的需要，代替⼈来完成材料或零件的搬运、加⼯、装配等操作的⼀种机器⼈。
国际标准化组织(ISO)在对⼯业机器⼈所下的定义是“机器⼈是⼀种⾃动的、位置可控的、具有编程能⼒的多功能机械⼿，这种机械⼿具有⼏个轴，能借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、⼯具和专⽤设备，以执⾏种种任务”。
随着科学和技术的不断发展，在过去的⼏个世纪⾥，⼈类在许多⽅⾯都取得了重⼤的进展。
机器⼈技术作为⼈类最伟⼤的发明之⼀，⾃20世纪60年代初问世以来，经历了短短的40年，已取得长⾜的进步。
⼯业机器⼈在经历了诞⽣、成长、成熟期后，已成为制造业中必不可少的核⼼装备，⽽且⼯业机器⼈不仅在⼯⼚⾥成了⼯⼈必不可少的伙伴，⽽且正在以惊⼈的速度向航空航天、军事、服务、娱乐等⼈类⽣活的各个领域渗透。
据联合国经济委员会和国际机器⼈联合会去年关于世界机器⼈的报告，仅2003年新投⼊使⽤的机器⼈接近10万个，使世界⽬前使⽤的机器⼈总数超过75万。
世界使⽤机器⼈最多的国家是⽇本，约38 .9万；其次为德国(9.1万)、美国 (9万)、意⼤利(3.9万)、韩国(3.8万)、法国(2.1万)、西班⽛(1.3万)和英国(1.2 万)，并且报告估计2004年，全世界使⽤的机器⼈总数将超过100万。
我国的⼯业机器⼈发展的历史已经有20多年，从“七五”科技攻关开始，正式列⼊国家计划，在国家的组织和⽀持下，通过“七五”、“⼋五”科技攻关，不仅在机器⼈的基础理论和关键技术⽅⾯取得重⼤突破，⽽且在⼯业机器⼈整机⽅⾯，⼰经陆续掌握了喷漆、弧焊、点焊、装配和搬运等不同⽤途、典型的⼯业机器⼈整机技术，并成功的应⽤于⽣产，掌握了相关的应⽤⼯程知识。
但总的看来，我国的⼯业机器⼈技术及其⼯程应⽤的⽔平和国外的相⽐还有⼀定的距离。
我国⽬前⼤约有 4000台⼯业机器⼈，其中仅有1/5是国产的，其余的则是从40多个国外⼚商进⼝的机器⼈。
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•运动速度
运动速度影响工作效率，与所提取的重力和 位置精度有关。 •位置精度 机器人定位精度一般在±0.02-5mm范围。
a)圆柱坐标机器人 b)球坐标机器人
c)关节机器人
机器人的工作空间
5.2 工业机器人的机械结构
【上节主要内容回顾】
1、工业机器人是如何定义的？其基本组成包括哪几部分？ （1）工业机器人是一种模拟人手臂、手腕和手功能的机电
第五章 工业机器人
5.1 工业机器人概述
5.2 工业机器人的机械结构
5.3 工业机器人的编程技术 5.4 工业机器人半个世纪发展的回顾与展望
5.1 工业机器人概述
一、机器人的起源 起源于文学作品。
1、机器人一词首先由捷克剧作家、小说家卡列尔· 卡佩克 使用并推荐给全世界。 2、然后由另一位作家在他的小说中给机器人下了“机器 人学三定律”： •机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不幸； •机器人应执行人们所下达的指令，除非这些指令与第一 定律相矛盾； •机器人应能保护自己的生存，只要这种防护行为不与第 一或第二定律相矛盾。
一体化装置，它可把任一物体或工具按空间位置的时变要求
进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求。 （2）基本组成：机械系统、控制系统、驱动系统、智能系 统
工业机器人的手部结构
工业机器人的手部（末端执行器）是装在手腕上直接抓
握工件或执行作业的部件，它是安装在机器人手臂的前端， 具有模仿人手动作的能力。手部与手腕相连处一般可以拆卸 ，以适应不同的作业需要。 •夹持式：利用手爪的开闭来夹紧和抓取工件的，按其结构
工业机器人的分类--按驱动方式分类
•气压传动机器人 以压缩空气作为动力源，高速轻载
；
•液压传动机器人
采用液压驱动，负载能力强、
传动平稳、结构紧凑、动作灵敏；
•电力传动机器人
交直流伺服电机驱动，结构简单、
响应快、精度高。
工业机器人的分类--按结构形式分 •直角坐标机器人 有三个正交平移坐标轴,各个坐标轴 运动独立（图a）； •圆柱坐标机器人 有一个旋转轴和两个平移轴（图b）； •关节机器人 类似人手臂，由各关节组成，可实现三个方 向旋转运动（图c） ； •球坐标机器人 有两个旋转轴和一个平移轴（图d）。
工业机器人的分类--按系统功能分类 •专用机器人 以固定程序工作机器人，结构简单、无独 立控制系统、造价低廉，如自动换刀机械手。 •通用机器人 可完成多种作业，结构复杂，工作范围大 ，定位精度高，通用性强。例 •示教再现式机器人 在示教操作后，能按示教的顺序、 位置、条件重现示教作业。 •智能机器人 具有视觉、听觉、触觉功能，通过比较和 识别,移、外夹和内撑等多种形式
。 •吸附式：主要由吸盘等构成，靠吸附力(如吸盘内产生负压 或电磁力)吸附物件。 • 拟手指式：模拟人手结构
•夹持式：
Real
• 拟手指式：
5.3 工业机器人的编程技术
示教编程
示教阶段:拨动示教盒按钮或手握机器人手臂，使之按需要
姿势和路线进行工作，示教信息存储在记忆装置中。 工作再现:从记忆装置调用存储信息，再现示教阶段动作。 点位控制示教：逐一使每个轴达到需要编程点位置。 轮廓控制示教：握住示教臂，以要求速度通过所给路线。
4、我国GB/T 12643-1990标准将工业机器人定义为：是一
种能够自动控制、可以重复编程、多功能、多自由度的操 作机，能够搬运物料、工件或操持工具。 5、将操作机定义为：具有和人手臂相似的动作功能，可 在空间抓取物体或进行其他操作的机械装置。 6、综上所述，可将工业机器人理解为：是一种模拟人手 臂、手腕和手功能的机电一体化装置，它可把任一物体或 工具按空间位置的时变要求进行移动，从而完成某一工业 生产的作业要求。
研制工业机器人的目的在于为人类服务。在社会生产 和科学实验等活动中，人们可以将那些单调、繁重以及对 健康有害、对生命有危险的劳动交给机器人去完成，以此 改善人们的工作条件。
工业机器人的组成及分类
工业机器人的结构组成
工业机器人的组成
• 操作机（执行机构） 手部：用于抓取对象，有夹持式、吸附式等不同结构 腕部：联接手部和手臂部件，用以调整手部姿态和方位 臂部：承载负荷，改变空间位置 机身：支撑臂部部件，扩大臂部活动和作业范围 机座及行走机构：机器人基础件，确定或改变 机器人位置 • 驱动系统 驱动执行机构完成规定作业，提供动力和运 动。 • 控制系统 控制机器人按给定的程序动作，记忆示教指 令，再现示教信息。是机器人的大脑。 • 智能系统 是机器人的感受系统，由感知和决策两部分 组成。
三、机器人的定义
1、美国机器协会（RIA）：机器人是一种用于移动各种 材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行各 种任务，并具有编程能力的多功能操作机。 2、日本工业机器人协会：工业机器人是一种装备有记忆 装置和末端执行装置的、能够完成各种移动来代替人类劳 动的通用机器。 3、国际标准化组织（ISO）：机器人是一种自动的、位 置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具 有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、 工具和专用装置，以执行各种任务。
工业机器人的性能指标 •自由度 独立运动数，自由度数越高，完成的动作越复 杂，通用性越强，应用范围也越广。 •工作空间 机器人进行工作的空间范围。 •提取重力
微型机器人，提取重力 小型机器人，提取重力 中型机器人，提取重力 大型机器人，提取重力 重型机器人，提取重力 10N以下； 10-50N； 50-300N； 300-500N； 500N以上。
二、机器人的发展简史
• 1958年，美国推出了世界上第一台工业机器人实验样机。 • 1967年，日本引进了美国的工业机器人技术，经过消化、 仿制、改进、创新，到1980年，机器人技术在日本取得了 极大的成功与普及。 • 80年代以来，国际机器人的发展速度平均保持在25％~30 ％年增长率，所生产的机器人主要用于改善恶劣的工作条 件。 • 我国机器人技术起步较晚，1987年，北京首届国际机器人 展览会上，我国展出了10余台自行研制或仿制的工业机器 人。经过“七五”、“八五”攻关，我国研制和生产的工 业机器人已达到了工业应用水平。