工業(yè)機器人_百度文庫

1、工業(yè)機器人論文學 院： 機械工程學院 專 業(yè)： 工業(yè)設計 班 級：2007級（071）班 學 號：070803110107 學生姓名：李應華指導教師：趙先鋒2010年 12月 20日工業(yè)機器人作者：工業(yè)設計071，李應華前言機器人技術集中了機械工程、電子技術、計算機技術、自動控制理論及人工智能等多學科的最新研究成果。在傳統(tǒng)的制造領域，工業(yè)機器人經(jīng)過誕生、成長、成熟期后，已成為不可缺少的核心自動化裝備，目前世界上約有近百萬臺工業(yè)機器人正在各種現(xiàn)場工作。在菲制造領域，上至太空艙、宇宙飛船、月球探險，下至極限環(huán)境作業(yè)、醫(yī)療手術、日常生活服務，機器人技術的應用于拓展到社會經(jīng)濟發(fā)展的諸多領域。科學技術的

2、不斷進步，推動著機器人技術不斷發(fā)展和完善；機器人技術的發(fā)展和廣泛應用，有促進了人們生活的改善，推動著生產(chǎn)力的提高和整個社會的進步。機器人技術作為當今科學技術反戰(zhàn)的前沿學科，將成為未來社會和生活中不可缺少的一門學科。1、 工業(yè)機器人的發(fā)展1.1世界機器人的發(fā)展在20世紀70年代到20世紀80年代初期，工業(yè)機器人變成產(chǎn)品以后，得到全世界的普遍應用以后，那么很多研究機構開始研究第二代具有感知功能的機器人，出現(xiàn)了瑞典的ABB公司，德國的KUKA機器人公司，日本幾家公司和日本的FUNAC公司，都在工業(yè)機器人方面都有很大的作為。20世紀50年代末，美國在機械手和操作機的基礎上，采用伺服機構和自動控制等技術

3、，研制出有通用性的獨立的工業(yè)用自動操作裝置，并將其稱為工業(yè)機器人；60年代初，美國研制成功兩種工業(yè)機器人，并很快地在工業(yè)生產(chǎn)中得到應用；1969年，美國通用汽車公司用21臺工業(yè)機器人組成了焊接轎車車身的自動生產(chǎn)線?？梢?，在工業(yè)機器人的研發(fā)和應用方面，日本和美國實力比較雄厚，處于世界領先水平。工業(yè)機器人在兩國也得到了很好的普及，應用于流水線生產(chǎn)和各種加工制造業(yè)。1、2我國工業(yè)機器人的發(fā)展我國工業(yè)機器人起步于70年代初期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。進入80年代后，在高技術浪潮的沖擊下，隨著改革開放的不斷深入，我國機器人技術的開發(fā)

4、與研究得到了政府的重視與支持?！捌呶濉逼陂g，國家投入資金，對工業(yè)機器人及其零部件進行攻關，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機器人成套技術的開發(fā)，研制出了噴涂、點焊、弧焊和搬運機器人。1986年國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）開始實施，智能機器人主題跟蹤世界機器人技術的前沿，經(jīng)過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機器人。從90年代初期起，我國的國民經(jīng)濟進入實現(xiàn)兩個根本轉變時期，掀起了新一輪的經(jīng)濟體制改革和技術進步熱潮，我國的工業(yè)機器人又在實踐中邁進一大步，先后研制出了點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機器人，并實施了一批機器人應用工程，形成了一批機器人產(chǎn)業(yè)

5、化基地，為我國機器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎。雖然中國的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。從市場占有率來說，更無法相提并論。工業(yè)機器人很多核心技術，目前我們尚未掌握，這是影響我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要瓶頸。2工業(yè)機器人的應用情況2.1工業(yè)機器人在工業(yè)、生產(chǎn)中應用工業(yè)機器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調、頻繁和重復的長時間作業(yè)，或是危險惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工、金屬制品業(yè)和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。在日、美、西歐等一些工業(yè)發(fā)達的國家中，工業(yè)機器人得到越來越廣泛

6、的應用。在我國，工業(yè)機器人的最初應用是在汽車和工程機械行業(yè)，主要用于汽車及工程機械的噴涂及焊接。目前，由于機器人技術及研發(fā)的落后，工業(yè)機器人還主要應用在制造業(yè)，非制造業(yè)使用的較少。據(jù)統(tǒng)計，近幾年國內(nèi)廠家所生產(chǎn)的哦工業(yè)機器人有超過一半是提供給汽車行業(yè)?？梢?，汽車工業(yè)的發(fā)展是近幾年我國工業(yè)機器人增長的原動力之一。例如焊接機器人就在在汽車制造業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用焊接機器人實在工業(yè)機器人基礎上發(fā)展起來的先進焊接設備，是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機器人，主要用于工業(yè)自動化領域，其廣泛應用于汽車及零部件制造、摩托車、工程機械等行業(yè)，在汽車生產(chǎn)的沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大生產(chǎn)工藝過程中都有廣泛應用

7、，其中應用最多的以弧焊、點焊為主。目前，焊接工業(yè)機器人在一汽、上汽、沈陽中順、金杯通用、重慶長安、湖南長豐等整車制造企業(yè)廣泛應用。據(jù)統(tǒng)計，每輛汽車身上，大約有30004000個電阻點焊焊點。電阻電焊技術的應用實現(xiàn)了汽車車身制造的量產(chǎn)化與自動化。多年來，我國汽車零部件生產(chǎn)一直是手工焊、專機焊接占據(jù)焊接生產(chǎn)的主要地位，勞動強度大，作業(yè)環(huán)境惡劣，焊接質量不易保證，而且生產(chǎn)的柔性也很差，無法適應現(xiàn)代汽車生產(chǎn)的需要。近年來由于焊接機器人的大量應用，提高了零部件生產(chǎn)的自動化水平及生產(chǎn)效率，焊接質量也得到了保證。近年來，焊接機器人在大連華克、上海華克，上海龍馬神、南京新迪、長春佛吉亞、上海匯眾等零部件及配件

8、生產(chǎn)企業(yè)也有著典型的應用。在汽車零部件的生產(chǎn)中廣泛應用了點焊、凸焊、縫焊、對焊及電弧焊等焊接工藝。如：橫梁總成托架電焊，傳動軸平衡片凸焊，汽車燃油箱縫焊，汽車輪圈連續(xù)閃光對焊，汽車轉向臂、消聲器、凈化器殼體的電弧焊等。隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展和對自動化水平要求的不斷提高，將為焊接機器人市場的快速增長提供了一個良好的機會。預計國內(nèi)企業(yè)對焊接機器人的需求量將以30%以上的速度增長。從機器人技術發(fā)展趨勢看，焊接機器人不斷向智能化方向發(fā)展，完全實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中機器人的群體協(xié)調和集成控制，從而達到更高的可靠性和安全性。而采用焊接機器人的汽車生產(chǎn)企業(yè)在高技術、高質量、低成本條件下必將獲得高速發(fā)展，也將為汽車產(chǎn)

9、業(yè)的發(fā)展帶來新的生機。2.2工業(yè)機器人在其他方面的應用隨著科技的發(fā)展，機器人功能和性能的不斷改善和提高，機器人的應用領域日益在擴大，其應用范圍已不限于工業(yè)，還用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通運輸業(yè)、原子能工業(yè)、醫(yī)療、福利事業(yè)、海洋和深空探測等事業(yè)中。例如在海洋開發(fā)方面。我國在爭取公海海域優(yōu)先開采權的過程中，由國家 863”計劃研制的 6000 米水下無纜自治機器人系統(tǒng)先后兩次出海，獲得了海底錳結核分布的珍貴資料，使我國成為世界上少數(shù)幾個具有深海探測能力的國家之一。深空探測領域方面。由于機器人的自身特點和功用，可以處在人類無法到達或相當危險的環(huán)境中去工作，因此，它的重要性再次體現(xiàn)。例如，我國啟動的 嫦娥工程

10、”探月工程論證和關鍵技術的攻關，中國首先登上月球的是機器人而不是人，它對月球進行考察、分析、取樣?！皺C器人遙控操作系統(tǒng)” 模擬了科學家在地面操作太空機器人的行動?！吧裰燮咛枴钡陌l(fā)射成功，機器人再次的應用在我國也愈加顯得重要。中國幾代人航天夢想的實現(xiàn)，使科學家們的眼光越來越集中到深空探測領域。3工業(yè)機器人的結構及工作原理3.1概述工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來，機器人技術及其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS、自動化工廠(FA、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS的自動化

11、工具。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產(chǎn)品的質量與數(shù)量，而且對保障人身安全、改善勞動環(huán)境、減輕勞動強度、提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約材料消耗以及降低生產(chǎn)成本有著十分重要的意義。和計算機、網(wǎng)絡技術一樣，工業(yè)機器人的廣泛應用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀機器人是最典型的機電一體化裝備，技術附加值很高，應用范圍很廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起越來越重要的作用。國外專家預測，機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的新的大型高技術產(chǎn)業(yè)。據(jù)UNECE(聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會和IFR(國際機器人聯(lián)合會統(tǒng)計，從20世紀下半葉起，世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)

12、步增長的良好勢頭，進入90年代，機器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年銷售量增長率平均在10左右；2004年增長率達到了創(chuàng)記錄的20 ，其中，亞洲機器人增長幅度最為突出，增長43 ，如圖1所示。    UNECE估計，2004年全球至少安裝了10萬臺新的工業(yè)機器人。其中：    歐盟31 100臺(比2003年增加15 ，但比2001年的記錄僅增加1；    北美16 100臺(比2003年增加27 ，比2000年的記錄高24；    亞洲51 400臺，主要在日本，但中國市場增長迅速(

13、比2003年增長24。3.2工業(yè)機器人的結構工業(yè)機器人由主體、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成。主體即機座和執(zhí)行機構，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構。大多數(shù)工業(yè)機器人有36個運動自由度，其中腕部通常有13個運動自由度；驅動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機構，用以使執(zhí)行機構產(chǎn)生相應的動作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序對驅動系統(tǒng)和執(zhí)行機構發(fā)出指令信號，并進行控制。工業(yè)機器人按臂部的運動形式分為四種。直角坐標型的臂部可沿三個直角坐標移動；圓柱坐標型的臂部可作升降、回轉和伸縮動作；球坐標型的臂部能回轉、俯仰和伸縮；關節(jié)型的臂部有多個轉動關節(jié)。3.3工業(yè)機器人的原理從最基本的層面來看，人體包括五個主

14、要組成部分： 身體結構 肌肉系統(tǒng)，用來移動身體結構 感官系統(tǒng)，用來接收有關身體和周圍環(huán)境的信息 能量源，用來給肌肉和感官提供能量 大腦系統(tǒng)，用來處理感官信息和指揮肌肉運動 機器人的組成部分與人類極為類似。一個典型的機器人有一套可移動的身體結構、一部類似于馬達的裝置、一套傳感系統(tǒng)、一個電源和一個用來控制所有這些要素的計算機“大腦”。從本質上講，機器人是由人類制造的“動物”，它們是模仿人類和動物行為的機器。機器人是“能自動工作的機器”，它們有的功能比較簡單，有的就非常復雜，但必須具備以下三個特征： 身體 是一種物理狀態(tài)，具有一定的形態(tài)，機器人的外形究竟是什么樣子，這取決于人們想讓它做什么樣的工作，

15、其功能設定決定了機器人的大小、形狀、材質和特征等等。 大腦 就是控制機器人的程序或指令組，當機器人接收到傳感器的信息后，能夠遵循人們編寫的程序指令，自動執(zhí)行并完成一系列的動作?？刂瞥绦蛑饕Q于下面幾種因素：使用傳感器的類型和數(shù)量，傳感器的安裝位置，可能的外部激勵以及需要達到的活動效果。 動作 就是機器人的活動，有時即使它根本不動，這也是它的一種動作表現(xiàn)，任何機器人在程序的指令下要執(zhí)行某項工作，必定是靠動作來完成的。4、工業(yè)機器人技術應用的預測與展望 4.1應用工業(yè)機器人由主體、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成。主體即機座和執(zhí)行機構，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構。大多數(shù)工業(yè)機

16、器人有36個運動自由度，其中腕部通常有13個運動自由度；驅動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機構，用以使執(zhí)行機構產(chǎn)生相應的動作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序對驅動系統(tǒng)和執(zhí)行機構發(fā)出指令信號，并進行控制。 工業(yè)機器人按臂部的運動形式分為四種。直角坐標型的臂部可沿三個直角坐標移動；圓柱坐標型的臂部可作升降、回轉和伸縮動作；球坐標型的臂部能回轉、俯仰和伸縮；關節(jié)型的臂部有多個轉動關節(jié)。 工業(yè)機器人按執(zhí)行機構運動的控制機能，又可分點位型和連續(xù)軌跡型。點位型只控制執(zhí)行機構由一點到另一點的準確定位，適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機構按給定軌跡運動，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。 工業(yè)機

17、器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計算機上已編好的作業(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柜。 示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器(示教操縱盒，將指令信號傳給驅動系統(tǒng)，使執(zhí)行機構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領動執(zhí)行機構，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機器人自動工作時，控制系統(tǒng)從程序存儲器中檢出相應信息，將指令信號傳給驅動機構，使執(zhí)行機構再現(xiàn)示教的各種動作。示教輸入程序的工業(yè)機器人稱為示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人。 具有觸覺、力覺或簡單

18、的視覺的工業(yè)機器人，能在較為復雜的環(huán)境下工作；如具有識別功能或更進一步增加自適應、自學習功能，即成為智能型工業(yè)機器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應環(huán)境，并自動完成更為復雜的工作。工業(yè)機器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調、頻繁和重復的長時間作業(yè)，或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。4.2展望1 工業(yè)機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降。2 機械結構向模塊化可重構化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；有關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人。3 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化，網(wǎng)絡化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，采用模塊化結構，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。4 機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，視覺、力覺、聲覺、觸覺等多傳感器的融合技術在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。5 機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)