工業(yè)機(jī)器人的概念與典型應(yīng)用

1、1.1工業(yè)機(jī)器人的定義及特點(diǎn)1.2工業(yè)機(jī)器人的分類分,分。關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有的按負(fù)載重量 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 下面依據(jù)幾個(gè)有代表性的分類方法列舉機(jī)器人的分類。1. 按工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系統(tǒng)特點(diǎn)方式分類圓柱坐標(biāo)SCAR型水平按結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系統(tǒng)特點(diǎn)方式分，機(jī)器人可分為直角坐標(biāo)型機(jī)器人、 型機(jī)器人、極坐標(biāo)型（球面坐標(biāo)型）機(jī)器人、關(guān)節(jié)坐標(biāo)機(jī)器人、 關(guān)節(jié)機(jī)器人等五類。2. 按工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方式分類（1）點(diǎn)位控制方式機(jī)器人而對達(dá)到控制時(shí)只要求工業(yè)機(jī)器人快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)相鄰各點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)， 目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡不做任何規(guī)定。（2）連

2、續(xù)軌跡控制型機(jī)器人控制時(shí)要求工業(yè)機(jī)器人嚴(yán)格按照預(yù)定的軌跡和速度在一定的精度范圍內(nèi)運(yùn) 動(dòng)，并且速度可控，軌跡光滑，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。（3）力（力矩）控制型機(jī)器人在完成裝配、抓放物體等工作時(shí)，除要準(zhǔn)確定位之外，還要求使用適度的 力或力矩進(jìn)行工作。（4）智能控制型機(jī)器人機(jī)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(jī)器人是將計(jì)算機(jī)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(jī)器人控制系統(tǒng)。（2）示教再現(xiàn)型機(jī)器人是一種可重復(fù)再現(xiàn)通過示教編程存儲

3、起來的作業(yè)程 序的機(jī)器人。示教方式有兩種：一種是由操作者用手動(dòng)操作示教器將指令信號 傳給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍；另一種是 由操作者直接移動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍。4. 按工業(yè)機(jī)器人用途分類按工業(yè)機(jī)器人用途分類，工業(yè)機(jī)器人可分為裝配機(jī)器人、焊接機(jī)器人、搬 運(yùn)機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、碼垛機(jī)器人、涂膠機(jī)器人等。1.3工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用自從20世紀(jì)50年代末人類創(chuàng)造了第一臺工業(yè)機(jī)器人以后，機(jī)器人就顯示 出它極大的生命力，在短短40多年的時(shí)間中，機(jī)器人技術(shù)得到了迅速的發(fā)展， 工業(yè)機(jī)器人已在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人的使用不僅能將工

4、人從繁重或有害的體力勞動(dòng)中解放出來，解 決當(dāng)前勞動(dòng)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(qiáng)企業(yè)整體競 爭力。服務(wù)型機(jī)器人通常是可移動(dòng)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(jī)器人并不僅是簡單意義上代替人工的勞動(dòng)，它可 作為一個(gè)可編程的高度柔性、開放的加工單元集成到先進(jìn)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(shí)加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代，對提高制造業(yè)自動(dòng)化水平起到很大作用。使用工業(yè) 機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)如下表。優(yōu)點(diǎn)工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)內(nèi)容提高勞動(dòng)生產(chǎn)率機(jī)器人能高強(qiáng)度地、持久地在各種環(huán)境中從事重復(fù)的勞動(dòng)，改 善勞動(dòng)條件，減少人工用量，提

5、高了設(shè)備的利用率提高產(chǎn)品穩(wěn)定性機(jī)器人動(dòng)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(xiǎn)等實(shí)現(xiàn)柔性制造機(jī)器人具有高度的柔性，可實(shí)現(xiàn)多品種、小批量的生產(chǎn)較強(qiáng)的通用性機(jī)器人具有廣泛的通用性，比一般自動(dòng)化設(shè)備有更廣泛的使用 范圍加快產(chǎn)品更新周期機(jī)器人具有更強(qiáng)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(jī)器人有以上優(yōu)點(diǎn)，使得工業(yè)機(jī)器人及成套設(shè)備廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng) 域。目前，工業(yè)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機(jī)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(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴

6、 漆機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人等工業(yè)機(jī)器人都已被大量采用。工業(yè)機(jī)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(diǎn)焊；搬運(yùn)；裝配；沖壓；噴涂；切割（激光、離 子）等搬運(yùn)；潔凈裝配；自動(dòng)傳輸；打磨；真空封裝；檢測；拾 取等化工、紡織搬運(yùn)；包裝；碼垛；稱重；切割；檢測；上下料等機(jī)械基礎(chǔ)件工件搬運(yùn)；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(dòng)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(yùn)；真空包裝塑料、輪胎上下料；去毛邊冶金、鋼鐵鋼、合金錠搬運(yùn)；碼垛；鑄件去毛刺；澆口切割裝配；搬運(yùn)；打磨；拋光；噴漆；玻璃制品切害IJ、雕刻海洋勘探深水勘探；海底維

7、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(yùn)；放射性檢測焊接機(jī)器人技術(shù)的新發(fā)展將激光用于焊接機(jī)器人是激光焊接的一種重要形式。焊接機(jī)器人具有多自 由度、編程靈活、自動(dòng)化程度高、柔性程度高等特點(diǎn)，是焊接生產(chǎn)線的重要組 成部分。將激光器安裝在焊接機(jī)器人上進(jìn)行焊接，大大提高了焊接機(jī)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(jī)器人具有越來越重要的 地位。圖1所示為CO激光焊接機(jī)器人。圖1CO激光焊接機(jī)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（106 W/cm）的特點(diǎn)，但

8、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(diǎn)集中起來，彌 補(bǔ)單熱源焊接工藝的不足，如圖2所示。MAG電極金S蒸氣氣體俁護(hù)區(qū)工件0上W激光誘導(dǎo)等離子云電弧圖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

9、，復(fù)合熱源的焊縫具有很好的焊縫熔深和深寬比。三種焊接條件下的焊縫熔深實(shí)訓(xùn)認(rèn)識不同類型的工業(yè)機(jī)器人1.實(shí)訓(xùn)目的在機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室，教師為學(xué)生介紹并操作演示搬運(yùn)、焊接等不同類型工業(yè) 機(jī)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(jī)器人的 使用方法、特點(diǎn)、作用、區(qū)別等，對工業(yè)機(jī)器人有初步認(rèn)知。實(shí)訓(xùn)步驟學(xué)生分組。老師介紹實(shí)訓(xùn)工業(yè)機(jī)器人（焊接、搬運(yùn)機(jī)器人）類型、品牌、應(yīng)用等。 教師演示工業(yè)機(jī)器人的操作過程，并說明操作過程的注意事項(xiàng)等。 每組同學(xué)進(jìn)行簡單操作。2.1）2）3）4） 小結(jié)：工業(yè)機(jī)器人是一種能自動(dòng)定位控制并可重新編程予以變動(dòng)的多功能機(jī)器。 它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)材料、零件和握持工具，以完成各種不同的作 業(yè)。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展過程可分為三代。第一代為示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它可以 按照預(yù)先設(shè)定的程序，自主完成規(guī)定動(dòng)作或操作，當(dāng)前工業(yè)中應(yīng)用最多。第二 代為感知型機(jī)器人，如有力覺、觸覺和視覺等，它具有對某些外界信息進(jìn)行反 饋調(diào)整的能力，目前已進(jìn)入應(yīng)用階段。第三代為智能型機(jī)器人，尚處于實(shí)驗(yàn)研 究階段。工業(yè)機(jī)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(jī)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(dòng)， 也將直接推動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要有三個(gè)驅(qū)動(dòng)力。經(jīng)濟(jì)結(jié)