第2章　焊接工業機器人的結構組成及基本操作

學習要求

讀者通過本章學習，將了解工業機器人機械結構和控制系統的硬件組成，以及各種機器人結構的特點和適用場合，示教編程的基本方法；能夠在實際操作過程中正確地理解和區分工業機器人的三大部分和六個子系統，理解它們之間的運動和控制關系；對諧波減速器、RV減速器等驅動元件，機器人離線編程、機器人坐標系等概念有基本了解；基本掌握機器人示教編程方法，為后續的機器人焊接編程操作奠定基礎。

焊接機器人是從事焊接（切割與噴涂）工作的工業機器人，是一種具有三個及以上可編程的軸，多用途的、可重復編程的自動控制操作機（Manipulator），廣泛應用于工業自動化領域。機器人最后一個軸的機械接口形式通常為連接法蘭，可接裝不同的工具（末端執行器）以適應不同的用途。焊接機器人在工業機器人的連接法蘭上裝載焊鉗或焊（割）槍，使之能夠進行焊接、切割或噴涂。

工業機器人由機械、傳感和控制三大部分組成，分為伺服驅動、機械本體、計算機控制、傳感系統、輸入輸出（I/O）和人機交互六個子系統。

機械部分是機器人的骨骼和肌肉，包括伺服驅動單元和機械本體兩個子系統。

1.伺服驅動單元

要使機器人正常運行，需要伺服驅動單元為機器人各部分、各關節動作提供原動力，驅動關節并帶動負載按預定的軌跡運動。伺服驅動單元可以是液壓傳動、電動傳動、氣動傳動，或是幾種方式結合起來的綜合傳動。現有工業機器人以電動傳動為主，主流的伺服驅動有安川、多摩川、FANUC、三菱、富士、松下等。

2.機械本體

工業機器人機械本體結構主要由機身、臂部、腕部和手部四大部分構成，每一個部分具有若干的自由度，構成一個多自由的機械系統。末端執行器是直接安裝在手腕上的一個重要部件，它可以是多手指的手爪，也可以是噴槍、焊具等作業工具。

感受部分相當于人類的五官，為機器人工作提供感覺，幫助機器人更加精確地工作。這部分主要可以分為兩個感受和環境交互（輸入輸出I/O）。

3.感受系統

感受系統由內部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，用于獲取內部和外部環境狀態中有意義的信息。智能傳感器可以提高機器人的機動性、適應性和智能化的水準。對于一些特殊的信息，傳感器的靈敏度甚至可以超越人類的感覺系統。

4.環境交互系統（輸入輸出I/O）

工業機器人通常需要與外部設備集成為諸如加工制造、焊接、裝配等功能單元，也可以由多臺機器人、多臺機床設備或者多個零件存儲裝置集成為一個能執行復雜任務的功能單元。機器人的環境交互系統（輸入輸出I/O）則是實現工業機器人與外部環境中的設備相互聯系和協調的系統。

控制部分相當于機器人的大腦，可以直接或者通過人工對機器人的動作進行控制，控制部分也可以分為兩個系統。

5.人機交互系統

人機交互系統是使操作人員參與機器人控制并與機器人進行聯系的裝置，包括指令給定系統和信息顯示裝置。有計算機標準終端、指令控制臺、信息顯示板、危險信號警報器、示教盒等。

6.計算機控制系統

計算機控制系統根據機器人的作業指令程序以及從傳感器反饋回來的信號指揮執行機構完成規定的運動和功能。根據控制原理的不同，可以分為程序控制系統、適應性控制系統和人工智能控制系統三類。