工業(yè)機器人的概念與典型應(yīng)用

1、工業(yè)機器人的概念與典型應(yīng)用1.1工業(yè)機器人的定義及特點1.2工業(yè)機器人的分類關(guān)于工業(yè)機器人的分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有的按負載重量分， 有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按結(jié)構(gòu)分，有的按應(yīng)用領(lǐng)域分。下 面依據(jù)幾個有代表性的分類方法列舉機器人的分類。1. 按工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系統(tǒng)特點方式分類按結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系統(tǒng)特點方式分，機器人可分為直角坐標(biāo)型機器人、圓柱坐標(biāo) 型機器人、極坐標(biāo)型（球面坐標(biāo)型）機器人、關(guān)節(jié)坐標(biāo)機器人、SCAR型水平關(guān)節(jié)機器人等五類。2. 按工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)的控制方式分類（1）點位控制方式機器人控制時只要求工業(yè)機器人快速準(zhǔn)確地實現(xiàn)相鄰各點之間的運動，而對達到 目標(biāo)點的運動軌

2、跡不做任何規(guī)定。（2）連續(xù)軌跡控制型機器人控制時要求工業(yè)機器人嚴格按照預(yù)定的軌跡和速度在一定的精度范圍內(nèi)運 動，并且速度可控，軌跡光滑，運動平穩(wěn)。（3）力（力矩）控制型機器人在完成裝配、抓放物體等工作時，除要準(zhǔn)確定位之外，還要求使用適度的 力或力矩進行工作。（4）智能控制型機器人機器人的智能控制是通過傳感器獲得周圍環(huán)境的信息，并根據(jù)自身內(nèi)部的 知識庫做出相應(yīng)的決策的控制方式。3. 按程序輸入方式分類按程序輸入方式可分為離線輸入型和示教輸入型兩類。（1） 離線輸入型機器人是將計算機上已編號的作業(yè)程序文件，通過RS232 串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機器人控制系統(tǒng)。（2）示教再現(xiàn)型機器人是一種可

3、重復(fù)再現(xiàn)通過示教編程存儲起來的作業(yè)程 序的機器人。示教方式有兩種：一種是由操作者用手動操作示教器將指令信號 傳給驅(qū)動系統(tǒng)，使執(zhí)行機構(gòu)按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍；另一種是 由操作者直接移動執(zhí)行機構(gòu)，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。4. 按工業(yè)機器人用途分類按工業(yè)機器人用途分類，工業(yè)機器人可分為裝配機器人、焊接機器人、搬 運機器人、噴涂機器人、碼垛機器人、涂膠機器人等。1.3工業(yè)機器人的典型應(yīng)用自從20世紀50年代末人類創(chuàng)造了第一臺工業(yè)機器人以后，機器人就顯示 出它極大的生命力，在短短40多年的時間中，機器人技術(shù)得到了迅速的發(fā)展， 工業(yè)機器人已在工業(yè)發(fā)達國家的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。工

4、業(yè)機器人的使用不僅能將工人從繁重或有害的體力勞動中解放出來，解 決當(dāng)前勞動力短缺問題，而且能夠提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，增強企業(yè)整體競 爭力。服務(wù)型機器人通常是可移動的，代替或協(xié)助人類完成為人類提供服務(wù)和 安全保障的各種工作。工業(yè)機器人并不僅是簡單意義上代替人工的勞動，它可 作為一個可編程的高度柔性、開放的加工單元集成到先進制造系統(tǒng)，適合于多品種大批量的柔性生產(chǎn)，可以提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性，在提高生產(chǎn)效率的 同時加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代，對提高制造業(yè)自動化水平起到很大作用。使用工業(yè) 機器人的優(yōu)點如下表。工業(yè)機器人的優(yōu)點優(yōu)點內(nèi)容提高勞動生產(chǎn)率機器人能高強度地、持久地在各種環(huán)境中從事重復(fù)的勞動，改善 勞

5、動條件，減少人工用量，提高了設(shè)備的利用率提咼產(chǎn)品穩(wěn)疋性機器人動作準(zhǔn)確性、一致性高，可以降低制造中的廢品率，降低 工人誤操作帶來的殘次零件風(fēng)險等實現(xiàn)柔性制造機器人具有高度的柔性，可實現(xiàn)多品種、小批量的生產(chǎn)較強的通用性機器人具有廣泛的通用性，比一般自動化設(shè)備有更廣泛的使用范 圍加快產(chǎn)品更新周期機器人具有更強與可控的生產(chǎn)能力，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高企 業(yè)競爭力工業(yè)機器人有以上優(yōu)點，使得工業(yè)機器人及成套設(shè)備廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域目前，工業(yè)機器人已廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中，如下表所示。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機器人、點焊機器人

6、、裝配機器人、噴漆機器人及搬運機器人等工業(yè)機器人都已被大量采用。工業(yè)機器人在各行業(yè)中的應(yīng)用行業(yè)具體應(yīng)用汽車及其零部 件弧焊；點焊；搬運；裝配；沖壓；噴涂；切割（激光、離子） 等電子、電氣搬運；潔凈裝配；自動傳輸；打磨；真空封裝；檢測；拾取 等化工、紡織搬運；包裝；碼垛；稱重；切割；檢測；上下料等機械基礎(chǔ)件工件搬運；裝配；檢測；焊接；鑄件去毛刺；研磨；切割（激 光、離子）；包裝；碼垛；自動傳送等電力、核電布線；高壓檢查；核反應(yīng)堆檢修、拆卸等食品、飲料包裝；搬運；真空包裝塑料、輪胎上下料；去毛邊冶金、鋼鐵鋼、合金錠搬運；碼垛；鑄件去毛刺；澆口切割家電、家具裝配；搬運；打磨；拋光；噴漆；玻璃制品切割

7、、雕刻海洋勘探深水勘探；海底維修；建造航空航天空間站檢修；飛行器修復(fù)；資料收集軍事防爆；排雷；兵器搬運；放射性檢測焊接機器人技術(shù)的新發(fā)展將激光用于焊接機器人是激光焊接的一種重要形式。焊接機器人具有多自 由度、編程靈活、自動化程度高、柔性程度高等特點，是焊接生產(chǎn)線的重要組 成部分。將激光器安裝在焊接機器人上進行焊接，大大提高了焊接機器人的焊 接質(zhì)量和適用范圍，在船板、汽車生產(chǎn)線中激光焊接機器人具有越來越重要的 地位。圖1所示為CO激光焊接機器人。圖1CO激光焊接機器人激光焊接具有焊縫深寬比大、熱影響區(qū)窄、焊接速度快、焊接線能量低、 焊接變形小、聚焦后的光斑直徑小(0.20.6 mm)和能量密度高

8、(106 W/crni) 的特點，但是對焊接接頭裝配精度和間隙要求高，焊縫易出現(xiàn)氣孔、裂縫和咬 邊等缺陷，設(shè)備投資大，能量轉(zhuǎn)換效率低。而常規(guī)的熔化極電弧焊雖然焊接速 度慢、焊接線能量大、熔深小、熱影響區(qū)大、焊接變形大，但是設(shè)備投資小， 對間隙不敏感，能填充金屬。因此，近年來激光焊接的發(fā)展趨勢之一就是采用 激光+電弧的聯(lián)合焊接方法，將激光和電弧兩種熱源的優(yōu)點集中起來，彌補單熱 源焊接工藝的不足，如圖2所示。圖2激光+電弧復(fù)合熱源焊接示意圖將三種焊接條件下的焊縫熔深做對比，結(jié)果如圖3所示，圖中從上至下依次為電弧焊的熔深、激光焊的熔深、激光+電弧復(fù)合熱源的熔深。從中可以看出, 復(fù)合熱源的焊縫具有很好

9、的焊縫熔深和深寬比。圖3三種焊接條件下的焊縫熔深實訓(xùn)認識不同類型的工業(yè)機器人1. 實訓(xùn)目的在機器人實訓(xùn)室，教師為學(xué)生介紹并操作演示搬運、焊接等不同類型工業(yè) 機器人，通過介紹、操作演示，使得學(xué)生能夠初步了解不同類型工業(yè)機器人的 使用方法、特點、作用、區(qū)別等，對工業(yè)機器人有初步認知。2. 實訓(xùn)步驟1）學(xué)生分組。2）老師介紹實訓(xùn)工業(yè)機器人（焊接、搬運機器人）類型、品牌、應(yīng)用等。3）教師演示工業(yè)機器人的操作過程，并說明操作過程的注意事項等。4）每組同學(xué)進行簡單操作。小結(jié)：工業(yè)機器人是一種能自動定位控制并可重新編程予以變動的多功能機器。 它有多個自由度，可用來搬運材料、零件和握持工具，以完成各種不同的作業(yè)。工業(yè)機器人的發(fā)展過程可分為三代。第一代為示教再現(xiàn)型機器人，它可以 按照預(yù)先設(shè)定的程序，自主完成規(guī)定動作或操作，當(dāng)前工業(yè)中應(yīng)用最多。第二 代為感知型機器人，如有力覺、觸覺和視覺等，它具有對某些外界信息進行反 饋調(diào)整的能力，目前已進入應(yīng)用階段。第三代為智能型機器人，尚處于實驗研 究階段。工業(yè)機器人對于新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型都起著非常重要的作 用。目前工業(yè)機器人在生產(chǎn)中應(yīng)用范圍越來越廣，受市場需求等原因的驅(qū)動， 也將直接推動機器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要有三個驅(qū)動力。經(jīng)濟結(jié)