工業(yè)機(jī)器人概論結(jié)課論文

1、工業(yè)機(jī)器人概論結(jié)課論文Xxx(北京xx大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械xx班摘要:主要介紹工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及現(xiàn)狀、工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)和工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用。正文:一、機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀:計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展使機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展一次次達(dá)到一個(gè)新水平。上至太空艙、宇宙飛船,下至微機(jī)器人、深海開(kāi)發(fā),機(jī)器人技術(shù)已拓展到全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的諸多領(lǐng)域,成為高科技中極為重要的組成部分。人類文明的發(fā)展、科技的進(jìn)步已和機(jī)器人的研究、應(yīng)用產(chǎn)生了密不可分的關(guān)系。人類社會(huì)的發(fā)展已離不開(kāi)機(jī)器人技術(shù),而機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步又對(duì)推動(dòng)科技發(fā)展起著不可替代的作用。20世紀(jì)90年代開(kāi)始,各國(guó)機(jī)器人發(fā)展新計(jì)劃得已展開(kāi)。如日本的“未來(lái)工廠”發(fā)展計(jì)

2、劃,空間機(jī)器人計(jì)劃,以及為期10年的微機(jī)器人發(fā)展計(jì)劃;美國(guó)提出用于國(guó)家經(jīng)濟(jì)繁榮和安全的22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)中,第七項(xiàng)就是包括機(jī)器人、傳感器、控制系統(tǒng)的智能加工設(shè)備計(jì)劃。90年代是具有各類傳感功能的第二代工業(yè)機(jī)器人走向?qū)嵱没哪甏?。瑞典ABB機(jī)器人公司推出TR5002、TR5003、6-7軸新型交流伺服噴漆機(jī)器人,并推出IRB6000交流伺服點(diǎn)焊機(jī)器人新系列,負(fù)載達(dá)1176N(120kgf。20世紀(jì)90年代以來(lái),機(jī)器人作為高技術(shù)一直得到工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家政府的重視,并己形成了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。世界機(jī)器人工業(yè)繼續(xù)穩(wěn)步增長(zhǎng),近年世界機(jī)器人的年銷售額已達(dá)數(shù)十億美元,世界機(jī)器人平均年增長(zhǎng)率在10%以上,每年新增機(jī)器人約十

3、余萬(wàn)臺(tái),目前全世界工業(yè)機(jī)器人總臺(tái)數(shù)已超過(guò)百萬(wàn)臺(tái),其中日本約占總數(shù)量和新增機(jī)器人數(shù)量的50%。目前國(guó)際上商業(yè)化的機(jī)器人大部分屬于示教再現(xiàn)型,即T/ P(Teaching and P1ayback型機(jī)器人。采用示教盒示教或人工引導(dǎo)示教方式,工作時(shí)再現(xiàn)示教好的程序,可重復(fù)工作并能優(yōu)化工藝過(guò)程。第一代示教再現(xiàn)型機(jī)器人大部分用于工業(yè)生產(chǎn)。在國(guó)外使用工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的分布次序,大概為:電子、電器、汽車制造、塑料成形、通用機(jī)械、金屬加工、運(yùn)輸及倉(cāng)儲(chǔ)、食品、輕工;按作業(yè)性質(zhì)排序?yàn)?裝配、弧焊、點(diǎn)焊、機(jī)械加工、塑料壓制、測(cè)量/檢查/試驗(yàn)、沖壓、噴漆、鑄造。二、機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì):當(dāng)今機(jī)器人技術(shù)正逐漸向著具有行走

4、能力、多種感覺(jué)能力以及對(duì)作業(yè)環(huán)境的較強(qiáng)自適應(yīng)能力的方面發(fā)展。各種類型具有視覺(jué)、觸覺(jué)、高靈巧手指、能行走的智能機(jī)器人相繼出現(xiàn),開(kāi)始用于精密裝配、核工業(yè)、宇航和深海開(kāi)發(fā)、各種惡劣環(huán)境和農(nóng)業(yè)部門,并出現(xiàn)了多傳感器融合、具有一定語(yǔ)言能力的機(jī)器人。機(jī)器人正朝第三代智能化機(jī)器人方向發(fā)展:自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)控制、自治行動(dòng)。美國(guó)貝爾科爾公司已成功地將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)裝配在芯片上,其分析速度比普通計(jì)算機(jī)快千萬(wàn)倍,可更快、更好地完成語(yǔ)言識(shí)別、圖像處理等工作。從近些年世界幾大機(jī)器人公司,如ABB(瑞典的阿西亞公司ASEA和瑞士的布朗勃法瑞公司BBC Brown Boveri 在1988年合并而來(lái)、安川電機(jī)(日本、GMF(日本、

5、美國(guó)、FANUC(日本等公司推出的產(chǎn)品來(lái)看,發(fā)現(xiàn)有如下一些特點(diǎn)和趨勢(shì):1 大部分采用最新交流伺服電動(dòng)機(jī)間接式直接驅(qū)動(dòng),或采用DD電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng),進(jìn)一步改善了機(jī)器人動(dòng)態(tài)特性。由于沒(méi)有直流電動(dòng)機(jī)的換向電刷,可靠性也大大提高。2 采用絕對(duì)值編碼器進(jìn)行位置檢測(cè),使機(jī)器人起動(dòng)后,無(wú)需原點(diǎn)復(fù)位即可投入運(yùn)行,因而減少了非工作時(shí)間。3 采用64位以上數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)單元,以軟件改變系統(tǒng)參數(shù)。不但便于調(diào)試,精度也比過(guò)去大大提高。主控機(jī)采用32位以上單CPU或多CPU控制,以提高機(jī)器人插補(bǔ)運(yùn)算和坐標(biāo)變換的運(yùn)算速度。4 采用特殊的減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)代替諧波傳動(dòng),這種傳動(dòng)在大負(fù)載力矩下剛性較好,成本低。5 操作機(jī)的本體采用桿臂

6、結(jié)構(gòu)或細(xì)長(zhǎng)臂和軸向式腕關(guān)節(jié),以及關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)、減速器、編碼器有機(jī)結(jié)合,全部電、氣管線不外露,形成一個(gè)十分完整的防塵、防漏、防爆、防水全封閉一體化結(jié)構(gòu)。6 機(jī)器人近年來(lái)一個(gè)重要目標(biāo)是降低成本,采用兩種方針:一是擴(kuò)展簡(jiǎn)易型直角坐標(biāo)機(jī)器人,大量用于多點(diǎn)定位焊接及裝配和搬運(yùn)工序,價(jià)格可降到關(guān)節(jié)式機(jī)器人的l/2l/3;二是減少機(jī)器人型號(hào)和品種,操作機(jī)和控制器均采用通用化元器件,標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化組件和結(jié)構(gòu)件,以減低成本適應(yīng)國(guó)際價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。7 機(jī)器人向多種行業(yè)擴(kuò)展,隨著工業(yè)機(jī)器人向更加深度和廣度發(fā)展以及機(jī)器人智能化的提高,使機(jī)器人應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。如建筑業(yè)地面和壁面作業(yè)、高層建設(shè)水泥結(jié)構(gòu)的組裝、鋼筋自動(dòng)

7、焊接以及深層地基作業(yè)等機(jī)器人,已研制出樣機(jī)并試用于施工現(xiàn)場(chǎng)。采礦機(jī)器人取代危險(xiǎn)性作業(yè)在國(guó)外也有了一定的進(jìn)展。電力系統(tǒng)高壓線路維護(hù)和檢修,供水、供氣、污水管道的維修、檢查用機(jī)器人已開(kāi)發(fā)出樣機(jī)及部分產(chǎn)品。醫(yī)療手術(shù)用機(jī)器人已有成功的實(shí)例和很好的發(fā)展前景。排險(xiǎn)、清掃、警備機(jī)器人已有多種不同用途和規(guī)格的產(chǎn)品出售。醫(yī)務(wù)護(hù)理用機(jī)器人也進(jìn)行了研制?？紤]到21世紀(jì)社會(huì)生活的高齡化人口比率的增加,國(guó)外效仿“個(gè)人計(jì)算機(jī)”,提出“個(gè)人機(jī)器人”概念。個(gè)人機(jī)器人定義為協(xié)助人的生活,使個(gè)人生活更加舒適、安全和高效。這方面的發(fā)展可能與20世紀(jì)個(gè)人計(jì)算機(jī)相似,將會(huì)在21世紀(jì)普及和推廣。8 軍事應(yīng)用,如偵察無(wú)人機(jī),無(wú)人駕駛空中飛

8、行器,無(wú)人駕駛軍事車輛,探雷、排雷,放射性有毒物處理,戰(zhàn)壕挖掘,敵情收集、分析、傳送,小型偵察器(機(jī)器蟲(chóng)等軍事應(yīng)用機(jī)器人,目前正在各先進(jìn)國(guó)家中開(kāi)發(fā),如美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA正主持開(kāi)發(fā)多種軍事應(yīng)用機(jī)器人項(xiàng)目。三、工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng):工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),按動(dòng)力源分為液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)三種基本驅(qū)動(dòng)類型,根據(jù)需要也可采用由這三種基本驅(qū)動(dòng)類型組合成的復(fù)合式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的選用原則: 工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選用,應(yīng)根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的性能要求、控制功能、運(yùn)行的功耗、應(yīng)用環(huán)境及作業(yè)要求、性能價(jià)格比以及其他因素綜合加以考慮。在充分考慮各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,以保證工業(yè)

9、機(jī)器人性能規(guī)范、可行性和可靠性的前提下做出決定。一般情況下,各種機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用原則大致如下:首先是按照控制方式選擇,對(duì)物料搬運(yùn)(包括上、下料、沖壓用的有限點(diǎn)位控制的程序控制機(jī)器人,低速重負(fù)載時(shí)可選用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);中等負(fù)載時(shí)可選用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);輕負(fù)載時(shí)可選用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);輕負(fù)載、高速時(shí)可選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),沖壓機(jī)器人手爪多選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。然后是按照作業(yè)環(huán)境要求進(jìn)行選擇,從事噴涂作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人,由于工作環(huán)境需要防爆,考慮到其防爆性能,多采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和具有本征防爆的交流電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。水下機(jī)器人、核工業(yè)專用機(jī)器人、空間機(jī)器人,以及在腐蝕性、易燃易爆氣體、放射性物質(zhì)環(huán)境中工作的移

10、動(dòng)機(jī)器人,一般采用交流伺服驅(qū)動(dòng)。如要求在潔凈環(huán)境中使用,則多要求采用直接驅(qū)動(dòng)(Direct DriveDD電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。也可以按照操作運(yùn)行速度進(jìn)行選擇,對(duì)于裝配機(jī)器人,由于要求其有較高的點(diǎn)位重復(fù)精度和較高的運(yùn)行速度,通常在運(yùn)行速度相對(duì)較低(4.5m/s的情況下,可采用AC、DC或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);在速度、精度要求均很高的條件下,多采用直接驅(qū)動(dòng)(DD電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人主要的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在功能強(qiáng)、價(jià)格低的計(jì)算機(jī)面世之前,早期的機(jī)械手和機(jī)器人中,其操作機(jī)多應(yīng)用連桿機(jī)構(gòu)中的導(dǎo)桿、滑塊、曲柄,多采用液壓(氣壓活塞缸(或回轉(zhuǎn)缸來(lái)實(shí)現(xiàn)其直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)

11、動(dòng)。隨著控制技術(shù)的發(fā)展,對(duì)機(jī)器人操作機(jī)各部分動(dòng)作要求的不斷提高,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)在機(jī)器人中應(yīng)用日益廣泛。目前,只在簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)型、重型工業(yè)機(jī)器人和噴涂機(jī)器人(在噴漆環(huán)境中,存在易爆可燃物質(zhì),不允許使用電壓超過(guò)9V的電器中,才考慮采用液壓驅(qū)動(dòng)方式。對(duì)輕負(fù)荷的搬運(yùn),上、下料點(diǎn)位操作的工業(yè)機(jī)器人則可以考慮采用氣壓驅(qū)動(dòng)方式。四、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用各種工業(yè)機(jī)器人可以以單機(jī)形式使用,也可以作為生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)構(gòu)成部分使用。隨著社會(huì)需求發(fā)展的變化,工業(yè)機(jī)器人因其靈活性好,將在柔性自動(dòng)化制造系統(tǒng)中應(yīng)用越來(lái)越多。工業(yè)機(jī)器人用途很廣,型號(hào)達(dá)數(shù)百種。這里重點(diǎn)介紹幾種典型工業(yè)機(jī)器人,并對(duì)機(jī)器人自動(dòng)噴涂線及其控制系統(tǒng)做較詳細(xì)的介紹

12、。機(jī)器人自動(dòng)噴涂線:廣泛采用通用機(jī)器人組成的自動(dòng)線。這種自動(dòng)線適合較復(fù)雜形面的噴涂作業(yè),適合噴涂的產(chǎn)品可從汽車工業(yè)、機(jī)電產(chǎn)品工業(yè)、家用電器工業(yè)到日用品工業(yè)。因此,這種自動(dòng)線上配備的機(jī)器人要求動(dòng)作靈活、機(jī)器人的自由度為56個(gè)。機(jī)器人與噴涂機(jī)自動(dòng)線:這種形式的自動(dòng)線一般用于噴涂大型工件,即大平面、圓弧面及復(fù)雜形面結(jié)合的工件,如汽車駕駛室、車廂或面包車等。機(jī)器人用來(lái)噴涂車體的前后圍及圓弧面,噴涂機(jī)則用來(lái)噴涂車體的側(cè)面和頂面的平面部分。仿形機(jī)器人自動(dòng)線:仿形機(jī)器人是一種根據(jù)噴涂對(duì)象形狀特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)化的通用機(jī)器人,使其完成專門作業(yè),一般有機(jī)械仿形和伺服仿形機(jī)器人兩種。這種機(jī)器人適合廂體零件的噴涂作業(yè)。由于

13、仿形作用,噴具的運(yùn)動(dòng)軌跡與被噴零件的形狀相一致,在最佳條件下噴涂,因而噴涂質(zhì)量亦最高。這種自動(dòng)線的另外一個(gè)特點(diǎn)是工作可靠,但不適合形面較復(fù)雜零件的噴涂。機(jī)器人自動(dòng)噴涂線的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能:機(jī)器人自動(dòng)噴涂線的結(jié)構(gòu)根據(jù)噴涂對(duì)象的產(chǎn)品種類、生產(chǎn)方式、輸送型式、生產(chǎn)綱領(lǐng)及油漆種類等工藝參數(shù)確定,并根據(jù)其生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)工藝和自動(dòng)化程度設(shè)置系統(tǒng)功能。1、自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別系統(tǒng)是自動(dòng)線,尤其是多品種混流生產(chǎn)線必須具備的基本單元。它根據(jù)不同零件的形狀特點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別,一般采用多個(gè)紅外線光電開(kāi)關(guān),按能產(chǎn)生區(qū)別零件形狀特點(diǎn)的信號(hào)而布置安裝位置。當(dāng)自動(dòng)線上被噴涂零件通過(guò)識(shí)別站時(shí),將識(shí)別出的零件型號(hào)進(jìn)行編組排隊(duì),并通過(guò)通信送

14、給總控系統(tǒng)。2.同步系統(tǒng)同步系統(tǒng)一般用于連續(xù)運(yùn)行的通過(guò)式生產(chǎn)線上,使機(jī)器人、噴涂機(jī)工作速度與輸送鏈的速度之間建立同步協(xié)調(diào)關(guān)系,防止因速度快慢差異造成的設(shè)備與工件相撞。同步系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)輸送鏈速度,并向機(jī)器人和總控制臺(tái)發(fā)送脈沖信號(hào),機(jī)器人根據(jù)鏈速信號(hào)確定再現(xiàn)程序的執(zhí)行速度,使機(jī)器人的移動(dòng)位置與鏈上零件位置同步對(duì)應(yīng)。3.工件到位自動(dòng)檢測(cè)當(dāng)輸送鏈上的被噴涂零件移動(dòng)到達(dá)噴涂機(jī)器人的工作范圍時(shí),噴涂機(jī)器人必須開(kāi)始作業(yè)。噴涂機(jī)器人開(kāi)始作業(yè)的啟動(dòng)信號(hào)由工件到位自動(dòng)檢測(cè)裝置給出,此信號(hào)啟動(dòng)噴涂機(jī)器人的噴涂程序。如果沒(méi)有工件進(jìn)入噴涂作業(yè)區(qū),噴涂機(jī)器人則處于等待狀態(tài)。啟動(dòng)信號(hào)的另一作用是作為總控系統(tǒng)對(duì)工件排隊(duì)中減去

15、一個(gè)工件的觸發(fā)信號(hào)。工件到位自動(dòng)檢測(cè)裝置一般采用紅外光電開(kāi)關(guān)或行程開(kāi)關(guān)產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)。4.機(jī)器人與自動(dòng)噴涂機(jī)在自動(dòng)噴涂線上采用的噴涂機(jī)器人和噴涂機(jī)除應(yīng)具備基本工作參數(shù)和功能外,另外還應(yīng)具備:噴涂機(jī)器人的工作速度必須高于正常噴涂速度的150%,以滿足同步時(shí)快速運(yùn)行;自動(dòng)啟動(dòng)功能;涂料自動(dòng)輸送與換色系統(tǒng):為保證自動(dòng)噴涂線的噴涂質(zhì)量,涂料輸送系統(tǒng)必須采用自動(dòng)攪拌和主管循環(huán),使輸送到各工位噴具上的涂料粘度稀、稠保持一致。對(duì)于多色種噴涂作業(yè),噴具采用自動(dòng)換色系統(tǒng)。這種系統(tǒng)包括自動(dòng)清洗和吹干功能。換色器一般安裝在離噴具較近的位置,這樣,減少換色的時(shí)間,滿足時(shí)間節(jié)拍要求。同時(shí),清洗時(shí)浪費(fèi)涂料也較少。自動(dòng)換色系

16、統(tǒng)由機(jī)器人控制,對(duì)于被噴零件的色種指令,則由總控系統(tǒng)給出。自動(dòng)輸送鏈:自動(dòng)噴涂線上輸送零件的自動(dòng)輸送鏈有懸掛鏈和地面鏈兩種。懸掛鏈分普通懸掛鏈和推桿式懸掛鏈。地面鏈的種類很多,有臺(tái)車輸送鏈、鏈條輸送鏈、滾子輸送鏈等。目前,汽車涂裝廣泛采用滑撬式地面鏈,這種鏈運(yùn)行平穩(wěn)、可靠性好,適合全自動(dòng)和高光澤度的噴涂線使用。輸送鏈的選擇取決于生產(chǎn)規(guī)模、零件形狀、重量和涂裝工藝要求。懸掛鏈輸送零件時(shí),掛具或軌道上有可能掉異物,故一般用于表面噴涂質(zhì)量要求不高和工件底面噴涂的自動(dòng)線。而對(duì)大型且表面噴涂質(zhì)量要求較高的零件,都采用地面鏈。搬運(yùn)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例:由一個(gè)耐火磚自動(dòng)壓制系統(tǒng),它由壓機(jī)、搬運(yùn)機(jī)器人和燒成車組成。制造耐火磚時(shí),把和好的耐火材料送入壓機(jī),經(jīng)過(guò)模壓后,使耐火材料成為磚的形狀,搬運(yùn)機(jī)器人從壓機(jī)中把磚夾出來(lái),在燒成車上堆垛,然后把燒成車同磚送入爐中燒烤。搬運(yùn)機(jī)器人的主要作業(yè)是從壓機(jī)中取出磚塊,按堆垛要求,把磚塊堆放在燒成車上。機(jī)器人與壓機(jī)、燒成車按一定順序作業(yè),并