先進制造技術——工業(yè)機器人

1、工業(yè)機器人工業(yè)機器人 19201920年，捷克斯洛伐克小說家、劇作家恰年，捷克斯洛伐克小說家、劇作家恰佩克在他寫的科學幻想戲劇佩克在他寫的科學幻想戲劇羅素姆萬能機羅素姆萬能機器人器人中，塑造了只會勞動不會思維的機器中，塑造了只會勞動不會思維的機器人形象，捷克語中的人形象，捷克語中的Robota Robota 意為意為“苦力苦力”、 “勞役勞役”，是一種人造勞動者。英語，是一種人造勞動者。英語RobotRobot由由此衍生而來。此后該詞被歐洲各國語言所吸此衍生而來。此后該詞被歐洲各國語言所吸收而成為專有名詞。收而成為專有名詞。機器人三原則與機器人學Isaac Asimov 在在Im Robot中

2、提出了中提出了“機器人三原則機器人三原則” ： 第一條：機器人不得傷害人類，或無故使人類受到傷害。 第二條：機器人必須服從人類的命令，除非這條命令與第一條相矛盾。 第三條：機器人必須保護自己，除非這種保護與以上兩條相矛盾。 并首次出現(xiàn)了并首次出現(xiàn)了“機器人學機器人學Robotics”的概的概念念什么是機器人學？ 機器人學是人們設計和應用機器人的技機器人學是人們設計和應用機器人的技術和知識。術和知識。 機器人系統(tǒng)不僅由機器人組成，還需要機器人系統(tǒng)不僅由機器人組成，還需要其他裝置和系統(tǒng)連同機器人一起來共同其他裝置和系統(tǒng)連同機器人一起來共同完成必需的任務。完成必需的任務。 機器人學是一門交叉學科，它

3、得益于機機器人學是一門交叉學科，它得益于機械工程、電氣與電子工程、計算機科學、械工程、電氣與電子工程、計算機科學、生物學以及其他許多學科。生物學以及其他許多學科。 我國科學家對機器人的定義是：我國科學家對機器人的定義是：“機器人是一種自機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器化機器”。 19871987年國際標準化組織對工業(yè)機器人進行了定義：年國際標準化

4、組織對工業(yè)機器人進行了定義：“工業(yè)機器人是一種具有自動控制操作和移動功能，工業(yè)機器人是一種具有自動控制操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機能完成各種作業(yè)的可編程操作機?！?” 什么是機器人？機器人的四大特征 仿生特征：模仿人的肢體動作仿生特征：模仿人的肢體動作 柔性特征：對作業(yè)具有廣泛適應性柔性特征：對作業(yè)具有廣泛適應性 智能特征：具有對外界的感知能力智能特征：具有對外界的感知能力 自動特征：自動完成作業(yè)任務自動特征：自動完成作業(yè)任務 工業(yè)機器人工業(yè)機器人( (通用及專用通用及專用) )一般指用于機械制一般指用于機械制造業(yè)中代替人完成具有大批量、高質量要求造業(yè)中代替人完成具有大批量、高

5、質量要求的工作，如汽車制造、摩托車制造、艦船制的工作，如汽車制造、摩托車制造、艦船制造，某些家電產品造，某些家電產品( (電視機、電冰箱、洗衣電視機、電冰箱、洗衣機機) )、化工等行業(yè)自動化生產線中的點焊、弧、化工等行業(yè)自動化生產線中的點焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配，以及物流系統(tǒng)焊、噴漆、切割、電子裝配，以及物流系統(tǒng)的搬運、包裝、碼垛等作業(yè)的機器人。的搬運、包裝、碼垛等作業(yè)的機器人。機器人機器人(a) (a) 搬運機器人；搬運機器人；(b) (b) 涂料機器人；涂料機器人；(c) (c) 焊接機器人焊接機器人 工業(yè)機器人的組成工業(yè)機器人的組成 工業(yè)機器人一般由執(zhí)行機構、控制系統(tǒng)、工業(yè)機器人一

6、般由執(zhí)行機構、控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)以及位置檢測機構等幾個部分組成。驅動系統(tǒng)以及位置檢測機構等幾個部分組成。 (1) (1) 執(zhí)行機構執(zhí)行機構 執(zhí)行機構是一種具有和人手相似的動作功能，執(zhí)行機構是一種具有和人手相似的動作功能，可在空間抓放物體或執(zhí)行其它操作的機械裝可在空間抓放物體或執(zhí)行其它操作的機械裝置，通常包括如下一些部件：置，通常包括如下一些部件： 手部：又稱抓取機構或夾持器，用于直接手部：又稱抓取機構或夾持器，用于直接抓取工件或工具。此外，在手部安裝的某些抓取工件或工具。此外，在手部安裝的某些專用工具，如焊槍、噴槍、電鉆、螺釘螺帽專用工具，如焊槍、噴槍、電鉆、螺釘螺帽擰緊器等，可視為專用的特殊

7、手部。擰緊器等，可視為專用的特殊手部。 腕部：腕部：是連接手部和手臂的部件，用以調整是連接手部和手臂的部件，用以調整手部的姿態(tài)和方位。手部的姿態(tài)和方位。 手臂：手臂：是支承手腕和手部的部件，由動力關是支承手腕和手部的部件，由動力關節(jié)和連桿組成，用以承受工件或工具的負荷，節(jié)和連桿組成，用以承受工件或工具的負荷，改變工件或工具的空間位置，并將它們送至改變工件或工具的空間位置，并將它們送至預定的位置。預定的位置。 機座：機座：包括立柱，是整個工業(yè)機器人的基礎包括立柱，是整個工業(yè)機器人的基礎部件，起著支承和連接的作用。部件，起著支承和連接的作用。 (2) (2) 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是機器人的大

8、腦，?？刂葡到y(tǒng)是機器人的大腦，支配著機器人按規(guī)定的程序運動，并記憶人支配著機器人按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予的指令信息們給予的指令信息( (如動作順序、運動軌跡、如動作順序、運動軌跡、運動速度等運動速度等) )，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出執(zhí)行指令。行機構發(fā)出執(zhí)行指令。 (3) (3) 驅動系統(tǒng)驅動系統(tǒng)。驅動系統(tǒng)是按照控制系統(tǒng)發(fā)。驅動系統(tǒng)是按照控制系統(tǒng)發(fā)來的控制指令進行信息放大，驅動執(zhí)行機構來的控制指令進行信息放大，驅動執(zhí)行機構運動的傳動裝置，常用的有液壓、氣壓、電運動的傳動裝置，常用的有液壓、氣壓、電氣和機械等四種傳動形式。氣和機械等四種傳動形式。 (

9、4) (4) 位置檢測裝置位置檢測裝置 位置檢測裝置通過力、位置、觸覺、視覺等位置檢測裝置通過力、位置、觸覺、視覺等傳感器檢測機器人的運動位置和工作狀態(tài)，傳感器檢測機器人的運動位置和工作狀態(tài)，并隨時反饋給控制系統(tǒng)，以便使執(zhí)行機構以并隨時反饋給控制系統(tǒng)，以便使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定的位置。一定的精度達到設定的位置。工業(yè)機器人的分類工業(yè)機器人的分類 1) 1) 按系統(tǒng)功能分類按系統(tǒng)功能分類 (1) (1) 專用機器人專用機器人：在固定地點以固定程序工作：在固定地點以固定程序工作的機器人。其結構簡單，無獨立控制系統(tǒng)，的機器人。其結構簡單，無獨立控制系統(tǒng)，造價低廉，如附設在加工中心機床上的自動造

10、價低廉，如附設在加工中心機床上的自動換刀機械手。換刀機械手。 (2) (2) 通用機器人：通用機器人： 具有獨立控制系統(tǒng)，通過改變控制程序能完具有獨立控制系統(tǒng)，通過改變控制程序能完成多種作業(yè)的機器人。其結構復雜，工作范成多種作業(yè)的機器人。其結構復雜，工作范圍大，定位精度高，通用性強，適用于不斷圍大，定位精度高，通用性強，適用于不斷變換生產品種的柔性制造系統(tǒng)。變換生產品種的柔性制造系統(tǒng)。 (3) (3) 示教再現(xiàn)式機器人：示教再現(xiàn)式機器人： 具有記憶功能，在操作者的示教操作后，能具有記憶功能，在操作者的示教操作后，能按示教的順序、位置、條件與其他信息反復按示教的順序、位置、條件與其他信息反復重現(xiàn)

11、示教作業(yè)。重現(xiàn)示教作業(yè)。 (4) (4) 智能機器人：智能機器人： 采用計算機控制，具有視覺、聽覺、觸覺等采用計算機控制，具有視覺、聽覺、觸覺等多種感覺功能和識別功能機器人，通過比較多種感覺功能和識別功能機器人，通過比較和識別，能自主作出決策和規(guī)劃，自動進行和識別，能自主作出決策和規(guī)劃，自動進行信息反饋，完成預定的動作。信息反饋，完成預定的動作。 2) 2) 按驅動方式分類按驅動方式分類 (1) (1) 氣壓傳動機器人氣壓傳動機器人：以壓縮空氣作為動力源：以壓縮空氣作為動力源驅動執(zhí)行機構運動的機器人，具有動作迅速、驅動執(zhí)行機構運動的機器人，具有動作迅速、結構簡單、成本低廉的特點，適用于高速輕載

12、、結構簡單、成本低廉的特點，適用于高速輕載、高溫和粉塵大的作業(yè)環(huán)境。高溫和粉塵大的作業(yè)環(huán)境。 (2) (2) 液壓傳動機器人液壓傳動機器人：采用液壓元器件驅動，：采用液壓元器件驅動，具有負載能力強、傳動平穩(wěn)、結構緊湊、動作具有負載能力強、傳動平穩(wěn)、結構緊湊、動作靈敏的特點，適用于重載或低速驅動場合。靈敏的特點，適用于重載或低速驅動場合。 (3) (3) 電氣傳動機器人電氣傳動機器人：用交流或直流伺服電：用交流或直流伺服電動機驅動的機器人，不需要中間轉換機構，動機驅動的機器人，不需要中間轉換機構，機械結構簡單，響應速度快，控制精度高，機械結構簡單，響應速度快，控制精度高，是近年來常用的機器人傳動

13、方式。是近年來常用的機器人傳動方式。直角坐標機器人直角坐標機器人結構簡單；結構簡單；定位精度高；定位精度高；空間因數(shù)低；空間因數(shù)低；用于印刷電路基用于印刷電路基板的元件插入、板的元件插入、緊固螺絲等。緊固螺絲等。3）按操作機的位置機構形式分類：圓柱坐標型圓柱坐標型結構簡單；結構簡單；剛性好；剛性好；空間利用率低；空間利用率低；用于重物的裝卸和搬用于重物的裝卸和搬運，例如運，例如Versatran機器人機器人極坐標、球坐標型極坐標、球坐標型結構緊湊，所結構緊湊，所占空間較小。占空間較小。水平多關節(jié)型水平多關節(jié)型垂直方向上的垂直方向上的剛性好，適于剛性好，適于裝配工作裝配工作垂直多關節(jié)垂直多關節(jié)動

14、作范圍寬；動作范圍寬；結構剛度低；結構剛度低；精度較低；精度較低；裝配、搬運、裝配、搬運、弧焊、噴涂、弧焊、噴涂、點焊等點焊等4）按照機器人的用途分類：）按照機器人的用途分類： 工業(yè)機器人：工業(yè)機器人： 焊接、噴漆、碼垛、裝配、搬運焊接、噴漆、碼垛、裝配、搬運 農業(yè)機器人：農業(yè)機器人： 耕種、施肥、噴藥、嫁接、移載、收獲、灌溉、養(yǎng)殖耕種、施肥、噴藥、嫁接、移載、收獲、灌溉、養(yǎng)殖 探索機器人：探索機器人： 水下、太空、空間、危險環(huán)境水下、太空、空間、危險環(huán)境 服務機器人：服務機器人： 清潔、護理、救援、娛樂、保安清潔、護理、救援、娛樂、保安 其它機器人：其它機器人：醫(yī)療、福利、林業(yè)、漁業(yè)、建筑等

15、醫(yī)療、福利、林業(yè)、漁業(yè)、建筑等工業(yè)機器人的應用工業(yè)機器人的應用 1) 1) 在摩托車行業(yè)中的應用在摩托車行業(yè)中的應用 海南新大洲摩托車廠用海南新大洲摩托車廠用4 4臺弧焊機器人工作站臺弧焊機器人工作站完成新大洲完成新大洲5050系列摩托車的車架焊接。該生系列摩托車的車架焊接。該生產線自產線自19981998年年3 3月投入運行以來，運行良好，月投入運行以來，運行良好，性能穩(wěn)定。性能穩(wěn)定。 南京金城機械有限公司在其南京金城機械有限公司在其125-7D125-7D車架的生車架的生產線上使用了產線上使用了7 7臺機器人用于焊接和切割，提臺機器人用于焊接和切割，提高了產品的一致性。高了產品的一致性。

16、2) 2) 在電子、家電行業(yè)中的應用在電子、家電行業(yè)中的應用 機器人的應用改變了韻聲集團八音琴全靠手機器人的應用改變了韻聲集團八音琴全靠手工裝配的歷史，提高了企業(yè)形象，積累了經工裝配的歷史，提高了企業(yè)形象，積累了經驗，培養(yǎng)了人才，為企業(yè)的下一步發(fā)展打下驗，培養(yǎng)了人才，為企業(yè)的下一步發(fā)展打下了基礎。了基礎。3) 3) 在石化行業(yè)中的應用在石化行業(yè)中的應用 哈工大博實公司自主開發(fā)的哈工大博實公司自主開發(fā)的“自動包裝機器自動包裝機器人碼垛生產線人碼垛生產線”應用于大慶石化公司應用于大慶石化公司1010萬噸萬噸/ /年聚丙烯生產裝置，年聚丙烯生產裝置，全線實現(xiàn)了自動運行，全線實現(xiàn)了自動運行， 動作平穩(wěn)

17、可靠，運行速度快，稱重精度高，動作平穩(wěn)可靠，運行速度快，稱重精度高，縫口位置準確，碼垛垛形整齊?？p口位置準確，碼垛垛形整齊。 4) 4) 在采礦業(yè)中的應用在采礦業(yè)中的應用 (1) (1) 特殊煤層采掘機器人特殊煤層采掘機器人 目前，一般煤礦都用綜合機械化采煤機采煤，目前，一般煤礦都用綜合機械化采煤機采煤，但對于薄煤層這類特殊情況，但對于薄煤層這類特殊情況， 運用綜合機械化采煤機采煤就很不方便，有運用綜合機械化采煤機采煤就很不方便，有時甚至是不可能的，而人工采煤作業(yè)又十分艱時甚至是不可能的，而人工采煤作業(yè)又十分艱苦和危險，但如果舍棄薄煤層，又會造成資源苦和危險，但如果舍棄薄煤層，又會造成資源的極

18、大浪費。因此，的極大浪費。因此，采用遙控機器人進行特殊采用遙控機器人進行特殊煤層的采掘是最佳的方法。煤層的采掘是最佳的方法。這種采掘機器人應這種采掘機器人應該能拿起各種工具，比如高速轉機、電動機和該能拿起各種工具，比如高速轉機、電動機和其它采爆器械等，并且能操作這些工具。這種其它采爆器械等，并且能操作這些工具。這種機器人的肩部應裝有強光源和視覺傳感器，這機器人的肩部應裝有強光源和視覺傳感器，這樣能及時將采區(qū)前方的情況傳樣能及時將采區(qū)前方的情況傳 送給操作人員。送給操作人員。 (2) (2) 鑿巖機器人鑿巖機器人。這種機器人可以利用傳感。這種機器人可以利用傳感器來確定巷道的上緣，這樣就可以自動瞄準器來確定巷道的上緣，這樣就可以自動瞄準巷道縫，然后把鉆頭按規(guī)定的間隔布置好，巷道縫，然后把鉆頭按規(guī)定的間隔布置好，鉆孔過程用微機控制，鉆孔過程用微機控制，隨時根據(jù)巖石硬度調隨時根據(jù)巖石硬度調整鉆頭的轉速、力的大小以及鉆孔的形狀整鉆頭的轉速、力的大小以及鉆孔的形狀，這樣可以大大提高生產率，人只要在安全的