工業(yè)機(jī)器人裝備技術(shù)

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1、工業(yè)機(jī)器人裝備技術(shù)1、工業(yè)機(jī)器人的概念、工業(yè)機(jī)器人的概念2、工業(yè)機(jī)器人的誕生與發(fā)展、工業(yè)機(jī)器人的誕生與發(fā)展2.1、機(jī)器人的由來(lái)2.2、工業(yè)機(jī)器人的誕生2.3、示教再現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人2.4、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展3、工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)造、分類(lèi)及控制技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)造、分類(lèi)及控制技術(shù)3.1、工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)造3.2、工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)3.2、工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)4、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)特點(diǎn)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)特點(diǎn)4.1、技術(shù)先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人4.2、技術(shù)升級(jí)的工業(yè)機(jī)器人4.3、工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套設(shè)備5、工業(yè)機(jī)器人在世界各國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用、工業(yè)機(jī)器人在世界各國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用5.1、工業(yè)機(jī)器人在發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展與應(yīng)用5.2、工業(yè)機(jī)

2、器人在中國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用5.3、工業(yè)機(jī)器人的在不同領(lǐng)域的應(yīng)用5.4、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用舉例11、工業(yè)機(jī)器人的概念工業(yè)機(jī)器人的概念工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類(lèi)指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。圖01工業(yè)機(jī)器人22、工業(yè)機(jī)器人的誕生與發(fā)展2.1 機(jī)器人的由來(lái)機(jī)器人的由來(lái)1920年捷克作家卡雷爾查培克在其劇本羅薩姆的萬(wàn)能機(jī)器人中最早使用機(jī)器人一詞，劇中機(jī)器人“Robo

3、t”這個(gè)詞的本意是苦力苦力，即劇作家筆下的一個(gè)具有人的外表，特征和功能的機(jī)器，是一種人造的勞力。圖02羅薩姆的萬(wàn)能機(jī)器人3工業(yè)機(jī)器人的研究源于遙控機(jī)械手和數(shù)控機(jī)床遙控機(jī)械手和數(shù)控機(jī)床的研發(fā)。20世紀(jì)50年代以后，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始研究能搬運(yùn)核原料的遙控操縱機(jī)械手搬運(yùn)核原料的遙控操縱機(jī)械手，這是一種主從型控制系統(tǒng)，主機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)中加入力反饋力反饋，可使操作者獲知施加力的大小，主從機(jī)械手之間有防護(hù)墻隔開(kāi)，操作者可通過(guò)觀察窗或閉路電視對(duì)從機(jī)械手操作機(jī)進(jìn)行有效的監(jiān)視，主從機(jī)械手系統(tǒng)的出現(xiàn)為機(jī)器人的產(chǎn)生為近代機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制造作了鋪墊。2.2 工業(yè)機(jī)器人的誕生工業(yè)機(jī)器人的誕生4與此同時(shí)，出于

4、高效研制和生產(chǎn)新型軍用飛機(jī)的需要，美國(guó)發(fā)起的對(duì)數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床的研制。這項(xiàng)研究工作把當(dāng)時(shí)成熟的伺服技術(shù)伺服技術(shù)與當(dāng)時(shí)新興發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái)。1954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專(zhuān)利。1959年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在美國(guó)誕生（Unimation），開(kāi)創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。圖03機(jī)械手52.3 示教再現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人示教再現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人戴沃爾提出的工業(yè)機(jī)器人有以下特點(diǎn):將數(shù)控的伺服軸與遙控操縱器的連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)接在一起，預(yù)先設(shè)定的機(jī)械手動(dòng)作經(jīng)編程輸入后，系統(tǒng)就可以離開(kāi)人的輔助而獨(dú)立運(yùn)行。這種機(jī)器人還可以接受示教而完成各種簡(jiǎn)單的重復(fù)動(dòng)作，示教過(guò)程中，機(jī)械手可依次通過(guò)工作任務(wù)的各個(gè)位

5、置，這些位置序列全部記錄在存儲(chǔ)器內(nèi)，任務(wù)的執(zhí)行過(guò)程中，機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)在伺服驅(qū)動(dòng)下依次再現(xiàn)上述位置，故這種機(jī)器人的主要技術(shù)功能被稱(chēng)為“可編程可編程”和和“示教再現(xiàn)示教再現(xiàn)”。現(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。1962年美國(guó)推出的一些工業(yè)機(jī)器人的控制方式與數(shù)控機(jī)床大致相似，但外形主要由類(lèi)似人的手和臂組成。62.4 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展可分為三代：第一代為示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人有部分電腦化控制能力，但人為工業(yè)機(jī)器人做決策。（尤曼特）第二代為感覺(jué)工業(yè)機(jī)器人，人發(fā)出任務(wù)指令后，工業(yè)機(jī)器人發(fā)揮自己的智慧完成工作，不用實(shí)時(shí)跟蹤指導(dǎo)。（如有視覺(jué)傳感器的、能識(shí)別與定位

6、的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。）第三代為智能工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人具有意識(shí)，幾乎不必由人來(lái)控制。當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正逐漸向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強(qiáng)的對(duì)作業(yè)環(huán)境的自適應(yīng)能力的方向發(fā)展73、工業(yè)機(jī)器人構(gòu)造與分類(lèi)、工業(yè)機(jī)器人構(gòu)造與分類(lèi) 3.1 工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)造工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)造工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有36個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部通常有13個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào)，并進(jìn)行控制。3

7、.2 工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)工業(yè)機(jī)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(lèi)。83.3 工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素。工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的主要任務(wù)就是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等。具有編程簡(jiǎn)單、軟件菜單操作、友好的人機(jī)交互界面、在線操作提示和使用方便等特點(diǎn)。關(guān)鍵技術(shù)包括：1.開(kāi)放性模塊化的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)2.模塊化層次化的控制器軟件系統(tǒng)3.機(jī)器人的故障診斷與安全維護(hù)技術(shù)4.網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器技術(shù)94、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)特點(diǎn)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)特點(diǎn) 4.1 技術(shù)先進(jìn)的工業(yè)機(jī)

8、器人技術(shù)先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)先進(jìn)工業(yè)機(jī)器人集精密化、柔性化、智能化、軟件應(yīng)用開(kāi)發(fā)等先進(jìn)制造技術(shù)于一體，通過(guò)對(duì)過(guò)程實(shí)施檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，實(shí)現(xiàn)增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本、減少資源消耗和環(huán)境污染，是工業(yè)自動(dòng)化水平的最高體現(xiàn)。4.2 技術(shù)升級(jí)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)升級(jí)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)升級(jí)工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套裝備具備精細(xì)制造、精細(xì)加工以及柔性生產(chǎn)等技術(shù)特點(diǎn)，是繼動(dòng)力機(jī)械、計(jì)算機(jī)之后，出現(xiàn)的全面延伸人的體力和智力的新一代生產(chǎn)工具，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)字化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化以及智能化的重要手段。10 4.3 工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套設(shè)備工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域廣泛工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套裝備是生產(chǎn)過(guò)

9、程的關(guān)鍵設(shè)備，可用于制造、安裝、檢測(cè)、物流等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并廣泛應(yīng)用于汽車(chē)整車(chē)及汽車(chē)零部件、工程機(jī)械、軌道交通、低壓電器、電力、IC裝備、軍工、煙草、金融、醫(yī)藥、冶金及印刷出版等眾多行業(yè)，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。技術(shù)綜合性強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套技術(shù)，集中并融合了多項(xiàng)學(xué)科，涉及多項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域，包括工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)及仿真、機(jī)器人構(gòu)建有限元分析、激光加工技術(shù)、模塊化程序設(shè)計(jì)、智能測(cè)量、建模加工一體化、工廠自動(dòng)化以及精細(xì)物流等先進(jìn)制造技術(shù)，技術(shù)綜合性強(qiáng)。115、工業(yè)機(jī)器人在世界各國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用、工業(yè)機(jī)器人在世界各國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用 5.1、工業(yè)機(jī)器人在發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展與應(yīng)用、工業(yè)機(jī)器人在發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展

10、與應(yīng)用80年代起，在主要工業(yè)國(guó)家，工業(yè)機(jī)器人已成為一種相對(duì)成熟的技術(shù)。工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品在工業(yè)中開(kāi)始普及應(yīng)用。目前，在發(fā)達(dá)國(guó)家中，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動(dòng)化裝備的主流及未來(lái)的發(fā)展方向。國(guó)外汽車(chē)行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機(jī)械等行業(yè)已經(jīng)大量使用工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)避免了大量的工傷事故。全球諸多國(guó)家近半個(gè)世紀(jì)的工業(yè)機(jī)器人的使用實(shí)踐表明，工業(yè)機(jī)器人的普及是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高社會(huì)生產(chǎn)效率，推動(dòng)企業(yè)和社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。12 5.2、工業(yè)機(jī)器人在中國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用、工業(yè)機(jī)器人在中國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用和有著“機(jī)器人王國(guó)”之稱(chēng)的日本相比，我國(guó)有著截然不同的基本國(guó)

11、情，那就是人口多，勞動(dòng)力過(guò)剩。刺激日本發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的根本動(dòng)力就在于要解決勞動(dòng)力嚴(yán)重短缺的問(wèn)題。所以，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步晚發(fā)展緩。但是正如前所述，廣泛使用機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化，提高社會(huì)生產(chǎn)效率的一種十分重要的途徑。我國(guó)正在努力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，引進(jìn)國(guó)外技術(shù)和設(shè)備，培養(yǎng)人才，打開(kāi)市場(chǎng)。日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的輝煌得益于本國(guó)政府的鼓勵(lì)政策，我國(guó)在十一五綱要中也體現(xiàn)出了對(duì)發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的大力支持。中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進(jìn)步中，但和國(guó)際同行相比，差距依舊明顯。從市場(chǎng)占有率來(lái)說(shuō)，更無(wú)法相提并論。工業(yè)機(jī)器人很多核心技術(shù)，目前我們尚未掌握，這是影響我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。13 5.3、工業(yè)機(jī)

12、器人在不同領(lǐng)域應(yīng)用、工業(yè)機(jī)器人在不同領(lǐng)域應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，或是危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè)業(yè)，或是危險(xiǎn)、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(jī)械加工和簡(jiǎn)單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門(mén)中，完成對(duì)人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作。60年代初，美國(guó)研制成功兩種工業(yè)機(jī)器人，并很快地在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用；1969年，美國(guó)通用汽車(chē)公司用21臺(tái)工業(yè)機(jī)器人組成了焊接轎車(chē)車(chē)身的自動(dòng)生產(chǎn)線。此后，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。由于工業(yè)機(jī)器人具有一定的通用性和適應(yīng)性

13、，能適應(yīng)多品種中、小批量的生產(chǎn)，70年代起，常與數(shù)控機(jī)床結(jié)合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統(tǒng)的組成部分。145.4、工業(yè)機(jī)器人在不同領(lǐng)域的應(yīng)用舉例、工業(yè)機(jī)器人在不同領(lǐng)域的應(yīng)用舉例點(diǎn)焊機(jī)器人點(diǎn)焊機(jī)器人焊接機(jī)器人具有性能穩(wěn)定、工作空間大、運(yùn)動(dòng)速度快和負(fù)荷能力強(qiáng)等特點(diǎn)，焊接質(zhì)量明顯優(yōu)于人工焊接，大大提高了點(diǎn)焊作業(yè)的生產(chǎn)率。點(diǎn)焊機(jī)器人主要用于汽車(chē)整車(chē)的焊接工作，生產(chǎn)過(guò)程由各大汽車(chē)主機(jī)廠負(fù)責(zé)完成。國(guó)際工業(yè)機(jī)器人企業(yè)憑借與各大汽車(chē)企業(yè)的長(zhǎng)期合作關(guān)系，向各大型汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)提供各類(lèi)點(diǎn)焊機(jī)器人單元產(chǎn)品并以焊接機(jī)器人與整車(chē)生產(chǎn)線配套形式進(jìn)入中國(guó)，在該領(lǐng)域占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。圖04點(diǎn)焊機(jī)器人流水線15弧焊機(jī)器人

14、弧焊機(jī)器人主要應(yīng)用于各類(lèi)汽車(chē)零部件的焊接生產(chǎn)。在該領(lǐng)域，國(guó)際大型工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)主要以向成套裝備供應(yīng)商提供單元產(chǎn)品為主。公司主要從事弧焊機(jī)器人成套裝備的生產(chǎn)，根據(jù)各類(lèi)項(xiàng)目的不同需求，自行生產(chǎn)成套裝備中的機(jī)器人單元產(chǎn)品，也可向大型工業(yè)機(jī)器人企業(yè)采購(gòu)并組成各類(lèi)弧焊機(jī)器人成套裝備。在該領(lǐng)域，公司與國(guó)際大型工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)既是競(jìng)爭(zhēng)亦是合作關(guān)系。圖05弧焊機(jī)器人16激光加工機(jī)器人激光加工機(jī)器人激光加工機(jī)器人是將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于激光加工中，通過(guò)高精度工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)更加柔性的激光加工作業(yè)。本系統(tǒng)通過(guò)示教盒進(jìn)行在線操作，也可通過(guò)離線方式進(jìn)行編程。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)加工工件的自動(dòng)檢測(cè)，產(chǎn)生加工件的模型，繼而生成加

15、工曲線，也可以利用CAD數(shù)據(jù)直接加工?？捎糜诠ぜ募す獗砻嫣幚怼⒋蚩?、焊接和模具修復(fù)等。圖06激光加工機(jī)器人17真空機(jī)器人真空機(jī)器人真空機(jī)器人是一種在真空環(huán)境下工作的機(jī)器人，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)中，實(shí)現(xiàn)晶圓在真空腔室內(nèi)的傳輸。真空機(jī)械手難進(jìn)口、受限制、用量大、通用性強(qiáng)，其成為制約了半導(dǎo)體裝備整機(jī)的研發(fā)進(jìn)度和整機(jī)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵技術(shù)。而且國(guó)外對(duì)中國(guó)買(mǎi)家嚴(yán)加審查，歸屬于禁運(yùn)產(chǎn)品目錄，真空機(jī)械手已成為嚴(yán)重制約我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備整機(jī)裝備制造的“卡脖子”問(wèn)題。直驅(qū)型真空機(jī)器人技術(shù)屬于原始創(chuàng)新技術(shù)。18機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例1富士康百萬(wàn)機(jī)器人3年取代流水線工人2沈陽(yáng)車(chē)床廠CAK3675機(jī)器人流水線3實(shí)驗(yàn)：從生產(chǎn)，庫(kù)存到運(yùn)輸，上標(biāo)，分銷(xiāo)，整個(gè)流程都交給LabVIEW和LEGONXT機(jī)器人4AldebaranRoboticsNao5HRP-4C機(jī)器人跳舞19