工业机器人

日期:2013/9/11 20:44:53 浏览:866
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行,现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构,包括臂部、腕部和手部,有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3~6个运动自由度,其中腕部通常有1~3个运动自由度;驱动系统包括动力装置和传动机构,用以使执行机构产生相应的动作;控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号,并进行控制。
工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动;圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作;球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩;关节型的臂部有多个转动关节。
工业机器人按执行机构运动的控制机能,又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行

  工业机器人
机构由一点到另一点的准确定位,适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业;连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动,适用于连续焊接和涂装等作业。
工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件,通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。
示教输入型的示教方法有两种:一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒),将指令信号传给驱动系统,使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍;另一种是由操作者直接领动执行机构,按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时,工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时,控制系统从程序存储器中检出相应信息,将指令信号传给驱动机构,使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。
具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人,能在较为复杂的环境下工作;如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能,即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境,并自动完成更为复杂的工作。
应用
工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业,或是危险、恶劣环境下的作业,例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上,以及在原子能工业等部门中,完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。
20世纪50年代末,美国在机械手和操作机的基础上,采用伺服机构和自动控制等技术,研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置,并将其称为工业机器人;60年代初,美国研制成功两种工业机器人,并很快地在工业生产中得到应用;1969年,美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后,各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。
由于工业机器人具有一定的通用性和适应性,能适应多品种中、小批量的生产,70年代起,常与数字控制机床结合在一起,成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。

国内情况

国内发展
中国的工业机器人
我国工业机器人起步于70年代初期,经过20多年的发展,大致经历了3个阶段:70年代的萌芽期,80年代的开发期和90年代的适用化期。
70年代是世界科技发展的一个里程碑:人类登上了月球,实现了金星、火星的软着陆。我国也发射了人造卫星。世界上工业机器人应用掀起一个高潮,尤其在日本发展更为迅猛,它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下,我国于1972年开始研制自己的工业机器人。
进入80年代后,在高技术浪潮的冲击下,随着改革开放的不断深入,我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间,国家投入资金,对工业机器人及其零部件进行攻关,完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发,研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划(863计划)开始实施,智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿,经过几年的研究,取得了一大批科研成果,成功地研制出了一批特种机器人。
从90年代初期起,我国的国民经济进入实现两个根本转变时期,掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮,我国的工业机器人又在实践中迈进一大步,先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人,并实施了一批机器人应用工程,形成了一批机器人产业化基地,为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。
虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中,但和国际同行相比,差距依旧明显。从市场占有率来说,更无法相提并论。工业机器人很多核心技术,当前我们尚未掌握,这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。
国内应用
随着人口红利的逐渐下降,企业用工成本不断上涨,工业机器人正逐步走进公众的视野。中国产业洞察网分析师李强认为,人口红利的持续消退,给机器人产业带来了重大的发展机遇;在国家政策支持下,产业有望迎来爆发期。

  事实上,中国的制造业正在迅速进入机器人时代。如,往年春季是全球最大的代工厂富士康科技集团的招工旺季,各厂区排长龙应聘的场面往往异常火爆。富士康新员工招聘情况却变得非常冷清。业界猜测,这主要与富士康大规模启用工业机器人有关。
富士康掌门郭台铭在2011年宣布,未来三年内将在组装工厂生产线上累计部署100万台工业机器人,取代简单重复的人力劳动。虽然计划略显夸张,但也表明在人力成本上升的大背景下,工业机器人前景诱人。这也预示着这一现象很快会在其他制造业领域出现。

发展前景

中国到2014年将成为全球最大的工业机器人消费国。预计到2015年,中国机器人市场需求量将达3.5万台,占全球总量的16.9%,成为规模最大的机器人市场。专家表示,未来3年中国工业机器人市场复合增速可达30%,爆发性增长可期。
尽管各大企业面临着转型升级的阵痛,但不少具备实力、具有长远眼光的企业已经在此阵痛中寻找到了新的出路。山推作为国内大型工程机械生产厂家和推土机行业龙头企业,在自动化焊接设备的应用上应该说走到了国内同行的前列,其在20世纪90年代中期就开始应用焊接机器人和自动化焊接专机。这些举措不仅使企业的生产效率得到了有效提高,也转变了员工的传统观念。
引进机器人的裨益在三一重机的快速发展上也可窥一二。产业洞察网《中国工业机器人行业市场发展趋势及投资规划分析报告》显示2007年,两台机器人现身三一重机生产线。此后,企业销量突飞猛进,机器人队伍也随之壮大。在不久前投产的三一重机临港产业园中,就能看到200多台机器人各司其职,忙着切割、焊接、涂装或者涂胶等工作,个个都是以一当五的好手。[4
控制技术

机器人控制系统是机器人的大脑,是决定机器人功能和性能的主要因素。

  工业机器人技术
工业机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。
关键技术包括:
(1)开放性模块化的控制系统体系结构:采用分布式CPU计算机结构,分为机器人控制器(RC),运动控制器(MC),光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通讯。机器人控制器(RC)的主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能,而编程示教盒完成信息的显示和按键的输入。
(2)模块化层次化的控制器软件系统:软件系统建立在基于开源的实时多任务操作系统Linux上,采用分层和模块化结构设计,以实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三个层次:硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次分别面对不同的功能需求,对应不同层次的开发,系统中各个层次内部由若干个功能相对对立的模块组成,这些功能模块相互协作共同实现该层次所提供的功能。
(3)机器人的故障诊断与安全维护技术:通过各种信息,对机器人故障进行诊断,并进行相应维护,是保证机器人安全性的关键技术。
(4)网络化机器人控制器技术:当前机器人的应用工程由单台机器人工作站向机器人生产线发展,机器人控制器的联网技术变得越来越重要。控制器上具有串口、现场总线及以太网的联网功能。可用于机器人控制器之间和机器人控制器同上位机的通讯,便于对机器人生产线进行监控、诊断和管理。

技术特点

(1)技术先进工业机器人集精密化、柔性化、智能化、软件应用开发等先进制造技术于一体,通过对过程实施检测、控制、优化、调度、管理和决策,实现增加产量、提高质量、降低成本、减少资源消耗和环境污染,是工业自动化水平的最高体现。
(2)技术升级工业机器人与自动化成套装备具备精细制造、精细加工以及柔性生产等技术特点,是继动力机械、计算机之后,出现的全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具,是实现生产数字化、自动化、网络化以及智能化的重要手段。
(3)应用领域广泛工业机器人与自动化成套装备是生产过程的关键设备,可用于制造、安装、检测、物流等生产环节,并广泛应用于汽车整车及汽车零部件、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、医药、冶金及印刷出版等众多行业,应用领域非常广泛。
(4)技术综合性强工业机器人与自动化成套技术,集中并融合了多项学科,涉及多项技术领域,包括工业机器人控制技术、机器人动力学及仿真、机器人构建有限元分析、激光加工技术、模块化程序设计、智能测量、建模加工一体化、工厂自动化以及精细物流等先进制造技术,技术综合性强。

 

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