工业机器人专业教材计划.

工业机器人专业教材计划南京熊猫电子装备有限公司本培训内容解释权归南京熊猫电子装备所有五、机器人的控制系统工业机器人技术入门工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机，具有三个或者更多个可编程的轴，并且有提高劳动生产率，改善工人劳动强度和工作环境，降低对工人操作技术的要求等特点，广泛应用于工业自动化领域。1、机器人控制系统概述2、机器人控制系统参数3、机器人控制系统结构1、机器人控制系统概述工业机器人技术入门一个最基本的机器人控制系统包含机器人控制器，机器人本体、机器人示教器三个重要组成部分。整个系统又以机器人控制器为核心，以示教器作为人机显示和操作界面，来控制机器人本体来进行工作。一个典型的焊接机器人控制系统，除了以上三部分外，还包含有焊机和外部轴。由熊猫公司自主研发的机器人控制系统，配备自主研发的数字化脉冲气保焊机和双轴变位机，即可组成一个典型的焊接机器人工作站。2、机器人控制系统参数工业机器人技术入门熊猫公司开发的机器人控制柜PRC100，具有以下特点：以iMx6作为主控芯片，性能卓越，伺服响应时间1ms可通过增加外部轴模块实现最多可同时控制轴27个配有多路通讯和IO接口，外部设备、数据连接便利使用CPCI框架结构，连接可靠，性能稳定超大容量的存储器，可存储1000个以上程序项目规格型号PRC100电机容量3.4kW（6轴）可控制轴数6个（最多可扩展至27个）内存RAM在100000点以上，可存储1000个以上程序（每个程序100000点）接口机器人I/F接口焊机接口手操器接口（最多4个）各种通讯接口外形尺寸600×500×1060重量100kg电源三相交流220V（50/60Hz）温度范围0~45℃湿度范围20-90%（无结露现象）绝缘耐压1MΩ以上（DC500V）寿命30000小时/8年2、硬件架构1）从电路上分：可分为主电路部分和控制电路两部分。2）从功能上分：可分为电机驱动器和电机控制部分、控制电源系统部分、主控制电路板部分、I/O板部分、安全回路、冷却部分等组成。3）从能力上分：可分为6轴控制系统和外部轴系统。工业机器人技术入门3、机器人控制系统结构工业机器人技术入门主电路部分工业机器人技术入门控制电路部分工业机器人技术入门各个电路板实现的功能1、主控制板整个控制器的大脑，实现所有信号的运算和处理。2、电机板与电机驱动器进行CAN通讯，实现对电机的控制，一块电机板可同时控制9个电机，一台控制柜可同时安装3个电机板。3、安全板一些安全回路的处理，以及报警控制和反馈。工业机器人技术入门4、IO控制1板实现与驱动器的IO口之间的信号连接（连接到IO_2-1板上）实现与四个手操盒的信号连接（连接到IO_1板上）实现与示教器之间的485通讯实现与焊机之间的485通讯5、IO_1板和IO_2-1板实现信号的隔离和电平转换实现与焊机之间的IO信号连接实现与示教器之间的CAN通讯实现与外部设备之间的CAN通讯实现多台机器人之间的CAN通讯工业机器人技术入门6、IO控制2板和IO_2-2板实现9轴以外的电机控制，配合电机板使用，增加一个电机板则需要增加一个IO_2-2板。从而实现最多单台控制器能够控制27个轴。驱动器需要另配控制柜。7、背板实现CPCI框架中所有电路板的信号连接，减少连线，提高可靠性。8、Surge板实现防雷击保护和欠压、缺相报警。9、PanelDisplay板实现当前状态和报警代码显示。10、Encoder板实现本体电池的报警提示。工业机器人技术入门五、机器人的感觉系统1、机器人的传感器技术2、机器人的内部传感器3、机器人的外部传感器4、机器人的视觉传感器人类熟悉的五种感觉，即视觉、嗅觉、味觉、听觉和触觉。机器人要想模仿人进行一些活动和工作，那么也必须要配备一些感觉系统，我们将机器人的“感觉器官”称之为传感器。工业机器人技术入门1、机器人的传感器技术定义：传感器按一定规律实现信号检测并将被测量(物理的、化学的和生物的信息)通过变送器变换为另一种物理量(通常是电压或电流量)。它既能把非电量变换为电量，也能实现电量之间或非电量之间的互相转换。总而言之，一切获取信息的仪表器件都可称为传感器。国际上，传感技术被列为六大核心技术(计算机、激光、通讯、半到体、超导和传感)之一。传感技术也是现代信息技术的三大基础(传感技术、通讯技术、计算机技术)之一。传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。工业机器人技术入门1、机器人的传感器技术分类：机器人用传感器可分为检测内部状态信息传感器和检测外部对象和外部环境状态的外部信息传感器。内部信息传感器包括检测位置、速度、力、力矩、温度以及异常变化的传感器。外部信息传感器包括触觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器、角度觉(平衡觉)传感器、视觉传感器等。具有多种外部传感器是先进机器人的重要标志。工业机器人技术入门1、机器人的传感器技术选择：机器人对传感器的一般要求是：精度高，重复性好；稳定性好，可靠性高；抗干扰能力强；重量轻，体积小，安装方便可靠；价格便宜。在现代工业中，机器人被用于执行各种加工任务，其中比较常见的加工任务有物料搬运、装配、喷漆、焊接、检验等。不同的加工任务对机器人提出了不同的要求。机器人控制需要采用传感器检测机器人的运动位置、速度、加速度。多数机器人都采用了位置传感器作为闭环控制器的反馈元件。机器人根据位置传感器反馈的位置信息，对机器人的运动误差进行补偿。不少机器人还装备有速度传感器和加速度传感器。加速度传感器可以检测机器人构件受到的惯性力，使控制能够补偿惯性力引起的变形误差。速度检测用于预测机器人的运动时间，计算和控制由离心力引起的变形误差。工业机器人在从事某些辅助工作时，也要求有一定的感觉能力。机器人在这方面的主要用途有检查毛刺、裂缝或孔洞的存在，确定表面粗糙度和装饰质量，检查装配体的完成等。在外观检验中，机器人主要需要视觉能力，有时也需要其他类型的传感器。工业机器人技术入门1、机器人的传感器技术传感器性能指标的确定(1)灵敏度：传感器输出的变化值与相应的被测量的变化值之比。(2)线性度：传感器的输入-输出关系曲线与其选定的拟合直线之间的偏差。(3)测量范围：范围是指仪表能按规定精确度进行测量的上限和下限的区间。(4)精度：是真值附近正负三倍标准差的值与量程之比，是指测量值与真值的最大差异。(5)重复性：传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次测量时，所得特性曲线间的一致程度。(6)分辨率：传感器在规定测量范围内，可能检测出的被测信号的最小增量。(7)响应时间：被测量发生变化时，传感器输出信号的变化速度。(8)可靠性：是指传感器在规定的时间内，规定的条件下，具有给定测量范围和精度的概率。工业机器人技术入门2、机器人的内部传感器电位器电位器是—种典型的位置传感器，可分为直线型(测量位移)和旋转型(测量角度)。电位器由环状或棒状电阻丝和滑动片(或称为电刷)组成，滑动片接触电阻丝取出电信号。电刷与驱动器连成—体，将其线位移或角位移转换成电阻的变化，在电路中以电压或电流的变化形式输出。电位器可分为导电塑料、线绕式、混合式等滑片型和磁阻式、光标式等非接触型。工业机器人技术入门2、机器人的内部传感器测速发电机测速发电机是利用发电机原理的速度传感器或角速度传感器。根据这个原理测量角速度的测速发电机，可按其构造分为直流测速发电机、交流测速发电机和感应式交流测速发电机。直流测速发电机的定子是永久磁铁，转子是线圈绕组。可以测量0～10000r／min的旋转速度，线性度为0.1%；此外，停机时不易产生残留电压，因此，它最适宜作速度传感器。工业机器人技术入门2、机器人的内部传感器光学编码器光学编码器是机器人关节伺服系统中常用的一种检测装置；它实际是一种量化式的模拟数字转换器。将机械轴的转角值或直线运动的位移值转换成相应的电脉冲。和所有量化式编码器一样，光学编码器分为增量式和绝对式两种。所谓增量式编码器，即在编码盘上的读数起始点是不固定的，它从读数起始点开始，把角位移或线位移的变化量进行累积检测。它只能检测角值或线值的变化量(增量)．故称为增量式编码器。所谓绝对式编码器，其读数起始点是给定的，它以编码盘固有的某图案为起始点，检测角位移或线位移。它能同时检测角值或线值的初始量和增量，也就是能取出总量(绝对量)，放称为绝对式编码器。工业机器人技术入门3、机器人的外部传感器触觉传感器单向微动开关：当规定的位移或力作用到可动部分(称为执行器)时，开关的接点断开或接通而发出相应的信号。接近开关：非接触式接近传感器有高频振荡式屈感应式、电容感应式、超声波式、气动式、光电式、光纤式等多种接近开关。光电开关：由LED光源和光电二极管或光电三极管等光敏元件，相隔一定距离间构成的透光式开关。当充当基准位置的遮光片通过光源和光敏元件间的缝隙时，光射不到光敏元件上，而起到开关的作用。光电开关的特点是非接触检测，精度可达0.5mm左右。触须传感器：由须状触头及其检测部构成，触头由具有一定长度的柔空软条丝构成，它与物体接触所产生的弯曲由在根部的检测单元检测。工业机器人技术入门3、机器人的外部传感器滑觉传感器滑觉传感器是检测垂直加压方向的力和位移的传感器。用手爪抓取处于水平位置的物体时，手爪对物体施加水平压力，如果压力较小，垂直方向作用的重力会克服这个压力使物体下滑。能够克服重力的手抓把持力称为最小把持力。工业机器人技术入门3、机器人的外部传感器力觉传感器力觉传感器是一类触觉传感器，它在机器人和机电一体化设备中具有广泛的应用，这里专门加以介绍。力和力矩传感器是用来检测设备内部力或与外界环境相互作用力为目的的，力不是直接可测量的物理量，力是通过其他物理量间接测量出的。力传感器可用作变换器，如压电元件，它可提供一个与变形、亦即作用于接触点的力成正比的信号。这样的测量可用以提供碰撞复原时的力反馈，或使机器人卡爪能够夹持像鸡蛋一类的易损物体而不弄碎它。工业机器人技术入门4、机器人的视觉传感器概述如同人类视觉系统的作用一样，机器人视觉系统赋予机器人一种高级感觉机构，使得机器人能以“智能”和灵活的方式对其周围环境作出反应。机器人视觉是一门涉及多领域的交叉学科，包括图像处理、人工智能、解析几何学、模式识别、实时计算等学科。机器人视觉系统利用视觉传感器(如摄像机)获取三维景物的二维图像，通过视觉处理器对一幅或多幅图像进行处理、分析和解释，得到有关景物的符号描述，并为特定任务提供有用的信息，用于指导机器人的动作。工业机器人技术入门4、机器人的视觉传感器机器人视觉可以划分为六个主要部分：感觉与处理、分割、描述、识别、解释。根据上述过程所涉及的方法和技术的复杂性可分为3个处理层次：低层视觉处理、中层视觉处理和高层视觉处理。第一代系统根据物体的剪影工作，可由其剪影形状推断诸如物体的位置，方位和尺寸等参数。此种系统以二值即两个灰度级图象处理为其特征，而图象系出逆光景象生成。第二代机器人视觉系统采用若干灰度等级以表征物体。这种系统可根据面光景象工作，并可区分纹理模式。第三代系统不仅检测灰度，而且采用立体技术以确定景象中可见物体的三维坐标。更高级的系统甚至可推断出不可见表面，例如一个物体背面的某些信息。现在正处于机器人视觉系统的第三代。机器人视觉系统的重要特点是数据量大且要求处理速度快。工业机器人技术入门4、机器人的视觉传感器实用的机器人视觉系统由硬件和软件两部分组成。（1）硬件部分：景物和距离传感器，常用的有摄像机、CCD图像传感器、超声波传感器和结构光设备；照明和光学系统；视频信号数字化设备；视频信号快速处理器，如DSP系统；计算机及其外设；机器人或机械手及其控制器；（2）软件部分包括：计算机系统软件；机器人视觉处理算法；机器人控制软件。工业机器人技术入门4、机器人的视觉传感器机器人视觉应用的几个关键要素照明系统（光源）：是影响机器视觉系统输入的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少30%的应用效果。图像的数字化：数字化的速度和精度关系到系统信号的精确输入，完成这一主要任务的是图像