工业机器人与数控加工的集成

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1987年国际标准化组织对工业机器人的定义：一种具有自动控制操作和移动功能的、能完成各种作业的编程操作机。

工业机器人的定义

1987年国际标准化组织对工业机器人的定义：一种具有自动控制操作和移动功能的、能完成各种作业的编程操作机。

通俗的说法就是：工业机器人是能模仿人体某些器官的功能（主要是动作功能）、有独立的控制系统、可以改变工作程序和编程的多用途自动操作装置。因此，实际上具有机械手换刀功能的加工中心也是广义上的工业机器人，也可说工业机器人是一种广义的数控机床。

工业机器人的组成

工业机器人由控制系统、本体、执行机构、检测系统及示教盒等组成。

1.控制系统

如1所示，控制系统一般由控制计算机和伺服控制器组成。控制计算机发出指令，发那科机器人维修，协调各关节驱动之间的运动，同时还要完成编程、示教/再现以及和其他环境状态（传感器信息）、工艺要求及外部相关设备（如电焊机）之间的信息传递和协调工作。伺服控制各个关节驱动器，使各杆按一定的速度、加速度和位置要求进行运动，从而使执行系统按照规定的要求进行工作。

1工业机器人的组成

2.工业机器人本体

工业机器人的本体如2所示。

1.底座2.转盘3.平衡配重4.连杆臂5.手臂6.手

2工业机器人本体

3.执行机构

工业机器人通过执行机构来完成规定的动作，通常执行机构有以下几个部分：

（1）手部。手部是工业机器人用来握持工件或工具的部位，直接与工件或工具接触。有些工业机器人直接将工具（如电焊枪、油漆喷枪及容器等）固定在手部，不再另外安装手部。

（2）腕部。腕部是将手部和臂部联接在一起的部件。它的作用是调整手部的方位和姿态，并可扩大臂部的活动范围。

（3）臂部。臂部支承着腕部和手部，使手部活动的范围扩大。无论是手部、腕部或是臂部都有许多孔，孔内有轴，轴和孔之间形成一个关节，机器人有一个关节就有了一个自由度。

4.检测系统

检测系统主要用来检测自己的执行系统所处的位置、姿势，并将这些情况及时反馈给控制系统，控制系统根据这个反馈信息再发出调整动作的信号，使执行机构进一步动作，从而使执行系统的精度到达规定的位置和姿势。

5.示教盒

如3所示，操作者通过示教盒进行手动示教，控制机器人到达不同位姿，并记录各个位姿点坐标，利用机器人语言进行在线编程，实现程序再现，让机器人执行程序要求的轨迹运动。

3示教盒

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1987年国际标准化组织对工业机器人的定义：一种具有自动控制操作和移动功能的、能完成各种作业的编程操作机。

工业机器人的分类

工业机器人常按以下方式分类：

1.按几何结构来分类

（1）串联机器人。直角坐标机器人（见4）：这一类机器人其手部空间位置的改变，通过沿3个互相垂直的轴线移动来实现，即沿着X轴的纵向移动、沿着Y轴的横向移动和沿着Z轴的升降。柱面坐标机器人（见5）：

4直角坐标机器人

手臂可伸缩（沿r方向）；滑动架（托板）可沿柱上下移动（Z轴方向）；水平臂和滑动架组合件可作为基座上的一个整体而旋转（绕Z轴）。一般不允许旋转360°，这是因为有液压、电气或气动联结机构或连线造成的约束。

5柱坐标机器人

球面坐标机器人（见6）：球面坐标机器人采用球坐标系，用一个滑动关节和两个旋转关节来确定部件的位置，再用一个附加的旋转关节确定部件的姿态。

6球面坐标机器人

关节坐标机器人（见7）：关节机器人的关节全部都是旋转的，类似于人的手臂，主要由立柱、前臂和后臂组成。

7关节坐标机器

（2）并联机器人（见8）。并联机器人可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相联接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机器人。

8并联机器人

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1987年国际标准化组织对工业机器人的定义：一种具有自动控制操作和移动功能的、能完成各种作业的编程操作机。

2.按驱动形式来分类

按驱动形式来分，可以分为气压驱动、液压驱动及电驱动（步进驱动、直流伺服驱动与交流伺服驱动）等形式。

3.按用途来分类

按用途来分，工业机器人可分为焊接机器人、搬运机器人（上下料机器人）、装配机器人、喷涂机器人、机械加工机器人与码垛工业机器人等。

（1）焊接机器人（见9）。焊接机器人是工业机器人应用最为广泛的一种类型。

9焊接机器人

（2）上下料机器人（见10）。目前，我国大部分生产线上的机床装卸工件仍由人工完成，其劳动强度大，生产效率低，而且具有一定的危险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势，为提高工作效率，降低成本，并使生产线发展为柔性生产系统，应现代机械行业自动化生产的要求，越来越多的企业已经开始利用工业机器人进行上下料了。

10上下料机器人

（3）喷涂机器人（见11）。喷涂机器人能在恶劣环境下连续工作，并具有工作灵活、工作精度高等特点，因此喷漆机器人被广泛应用于汽车、大型结构件等喷漆生产线，以保证产品的加工质量，提高生产效率，减轻操作人员劳动强度。

11喷涂机器人

（4）装配机器人（见12）。随着机器人智能程度的提高，使得它可对复杂产品如汽车发动机、电动机等进行自动装配，并可大大提高产品质量和生产效率。

12装配工业机器人

（5）机械加工工业机器人（见13）。机械加工机器人是指具有机械加工能力的工业机器人。

13机械加工机器人

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（6）码垛工业机器人（见14）。码垛工业机器人主要用于工业码垛。

14码垛工业机器人

工业机器人与数控加工的集成

工业机器人与数控加工的集成主要集中在两个方面：一是工业机器人与数控机床集成为工作站；二是工业机器人具有加工能力，即机械加工工业机器人。

1.工业机器人与数控机床集成为工作站

工业机器人与数控机床的集成主要应用在柔性制造单元（FMC）或柔性制造系统（FMS）中，15所示加工中心上的工件，ABB机器人维修，由机器人来装卸，加工完毕的工件与毛坯放在传送带上。当然，也有不用传送带的，如16所示，所用到的工业机器人一般为上下料机器人，其编程较为简单，只要示教编程后再现就可以了。但工业机器人与数控机床各有独立的控制系统，机器人与数控机床、传送带之间都要进行数据通信。

l.车削中心2.机器人3.物料传送装置

15带有机器人的FMC

16以铣削为主的带有机器人的FMC

17所示为某工作站的数据通信关系，子锐机器人维修，LD上料工位通过Asi总线连接滚道上的传感器和执行元件，数控机床与LD通过硬件FIELDI/O模块与FANUCROBOT通信。

17某工作站的数据通信关系