工業(yè)機(jī)器人技術(shù)論文

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1、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)論文 機(jī)器人一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人的問世都是近幾十年的事。然而在西周時期，我國的能工巧匠偃師就研制出了能歌善舞的伶人，這是我國最早記載的機(jī)器人。進(jìn)入20世紀(jì)后，機(jī)器人的研究與開發(fā)得到了更多人的關(guān)心與支持，一些適用化的機(jī)器人相繼問世。1959年第一臺工業(yè)機(jī)器人在美國誕生，開創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品已成為柔性制造系統(tǒng)( FMS) 、自動化工廠( FA) 、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動化工具。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人,不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量,

2、而且保障人身安全、改善勞動環(huán)境、減輕勞動強(qiáng)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。工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活的方式。 機(jī)器人是一個在三維空間，具有角度自由度的并能實(shí)現(xiàn)眾擬人動作和功能的機(jī)器；工業(yè)機(jī)器人是能模擬人手臂.手腕和手功能的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它可以把任意物體或工具按空間位置的識辨要求進(jìn)行移動可實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的要求。它們通常配備有機(jī)械手、刀具或其他可裝配的加工工具，以及能夠執(zhí)行搬運(yùn)操作與加工制造的任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成。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)。驅(qū)動系統(tǒng)包

3、括動力裝置和傳動機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號，并進(jìn)行控制。 機(jī)器人控制系統(tǒng)通常包括控制計算機(jī)、示教盒、操作面板、存儲器檢測、傳感器輸入輸出接口、通信接口等組成部分。由于機(jī)器人的類型較多控制系統(tǒng)的形式也是多種多樣的；（1）按照控制回路的不同可將機(jī)器人控制系統(tǒng)分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。（2）按照控制系統(tǒng)的硬件分有機(jī)械控制、液壓控制、順序控制、計算機(jī)控制等。（3）按自動化控制程度分為順序控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)。（4）按編程方式分為物理設(shè)置編程控制系統(tǒng)、示教編程控制系統(tǒng)、離線編程控制系統(tǒng)（5）按機(jī)器人末端運(yùn)動

4、控制軌跡分為有點(diǎn)位控制和連續(xù)輪廓控制。 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。編程輸入型是以穿孔卡、穿孔帶或磁帶等信息載體，輸入已編好的程序。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(qū)動系統(tǒng)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動作順序和運(yùn)動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領(lǐng)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按要求的動作順序和運(yùn)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(jī)器人自動工作時，控制系統(tǒng)從程序存儲器中檢出相應(yīng)信息，將指令信號傳給驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)再現(xiàn)示教的各種動作。示教輸入程序的工業(yè)機(jī)器人稱為示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人。 具有觸覺

5、或簡單的視覺的工業(yè)機(jī)器人，能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作；如具有識別功能或更進(jìn)一步增加自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能，即成為智能型工業(yè)機(jī)器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應(yīng)環(huán)境，并自動完成更為復(fù)雜的工作。 20世紀(jì)80年代以來，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)逐漸成熟，并很快得到推廣，目前已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。在工業(yè)機(jī)器人逐漸得到推廣和普及的過程中，下面三個方面的技術(shù)進(jìn)步起著非常重要的作用。 1.驅(qū)動方式的改變20世紀(jì)70年代后期，日本安川電動機(jī)公司研制開發(fā)出了第一臺全電動的工業(yè)機(jī)器人，而此前的工業(yè)機(jī)器人基本上采用液壓驅(qū)動方式。與采用液壓驅(qū)動的機(jī)器人相比，采用伺服電動機(jī)驅(qū)動的機(jī)器人在響應(yīng)速度、精度、

6、靈活性等方面都有很大提高，因此，也逐步代替了采用液壓驅(qū)動的機(jī)器人，成為工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動方式的主流。在此過程中，諧波減速器、RV減速器等高性能減速機(jī)構(gòu)的發(fā)展也功不可沒。近年來，交流伺服驅(qū)動已經(jīng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服驅(qū)動方式，直線電動機(jī)等新型驅(qū)動方式在許多應(yīng)用領(lǐng)域也有了長足發(fā)展。 2.信息處理速度的提高 機(jī)器人的動作通常是通過機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動電動機(jī)的運(yùn)動而實(shí)現(xiàn)的。為了使機(jī)器人完成各種復(fù)雜動作，機(jī)器人控制器需要進(jìn)行大量計算，并在此基礎(chǔ)上向機(jī)器人的各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動電動機(jī)發(fā)出必要的控制指令。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，CPU的計算能力有了很大提高，機(jī)器人控制器的性能也有了很大提高，高性能機(jī)器人控制器甚至

7、可以同時控制20多個關(guān)節(jié)。機(jī)器人控制器性能的提高也進(jìn)一步促進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人本身性能的提高，并擴(kuò)大了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍。近年來，隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了多臺機(jī)器人通過網(wǎng)絡(luò)共享信息，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的技術(shù)趨勢。 3. 傳感器技術(shù)的發(fā)展 機(jī)器人技術(shù)發(fā)展初期，工業(yè)機(jī)器人只具備檢測自身位置、角度和速度的內(nèi)部傳感器。近年來，隨著信息處理技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，觸覺、力覺、視覺等外部傳感器已經(jīng)在工業(yè)機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用。各種新型傳感器的使用不但提高了工業(yè)機(jī)器人的智能程度，也進(jìn)一步拓寬了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍。 工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入人類歷史舞臺從事生產(chǎn)活動已近半個世紀(jì)，經(jīng)歷了示教再現(xiàn)

8、型機(jī)器人、具有感覺功能的第二代機(jī)器人和智能型第三代機(jī)器人的發(fā)展過程，已從機(jī)械制造領(lǐng)域擴(kuò)展到電子電器、冶金、化工、輕工、建筑、電力、郵電、軍事、海洋、醫(yī)療、家庭及服務(wù)等行業(yè)。 （1）20世紀(jì)50年代——萌芽期，1954年美國發(fā)表《通用重復(fù)性機(jī)器人》專利論文，第一次提出“工業(yè)機(jī)器人”和“示教再現(xiàn)”的概念；1959年推出第一臺工業(yè)機(jī)器人。 （2）20世紀(jì)60年代——黎明期，1962年美國機(jī)床鑄造公司生產(chǎn)出圓柱坐標(biāo)機(jī)器人，稍后又有公司推出球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)機(jī)器人。1967年日本率先引進(jìn) 用于制造業(yè)。 （3）20世紀(jì)70年代——實(shí)用化期，到70年代末全世界已擁有萬臺以上機(jī)器人，日本已成為擁有機(jī)器人最多的國

9、家。 （4）20世紀(jì)80年代——普及期，隨著制造業(yè)的發(fā)展，使工業(yè)機(jī)器人再發(fā)達(dá)國家走向普及，并向高速、高精度、輕量化、成套系統(tǒng)化和智能化發(fā)展，以滿足多品種少批量的需要。 （5）20世紀(jì)90年代——擴(kuò)展?jié)B透期，隨著計算機(jī)技術(shù)、智能技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，第二代具有一定感覺功能的機(jī)器人已經(jīng)實(shí)用化并開始推廣，具有視覺、觸覺、高靈巧手指、能行走的第三代機(jī)器人相繼出現(xiàn)并開始走向應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域從制造業(yè)向非制造業(yè)發(fā)展，其應(yīng)用地域也從發(fā)達(dá)國家向發(fā)展中國家擴(kuò)展?jié)B透。 中國工業(yè)機(jī)器人經(jīng)過“七五”攻關(guān)計劃、“九五”攻關(guān)計劃和863計劃的支持已經(jīng)取得了較大進(jìn)展,工業(yè)機(jī)器人市場也已經(jīng)成熟,應(yīng)用上已經(jīng)遍及各行各業(yè)

10、,但進(jìn)口機(jī)器人占了絕大多數(shù)。我國在某些關(guān)鍵技術(shù)上有所突破,但還缺乏整體核心技術(shù)的突破,具有中國知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人則很少。目前我國機(jī)器人技術(shù)相當(dāng)于國外發(fā)達(dá)國家20世紀(jì)80年代初的水平,特別是在制造工藝與裝備方面,不能生產(chǎn)高精密、高速與高效的關(guān)鍵部件。我國目前取得較大進(jìn)展的機(jī)器人技術(shù)有:數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)與裝備、隧道掘進(jìn)機(jī)器人相關(guān)技術(shù)、工程機(jī)械智能化機(jī)器人相關(guān)技術(shù)、裝配自動化機(jī)器人相關(guān)技術(shù)?，F(xiàn)已開發(fā)出金屬焊接、噴涂、澆鑄裝配、搬運(yùn)、包裝、激光加工、檢驗(yàn)、真空、自動導(dǎo)引車等的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品,主要應(yīng)用于汽車、摩托車、工程機(jī)械、家電等行業(yè)。 我國機(jī)器人技術(shù)主題發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)是:根據(jù)2l世紀(jì)初我國國

11、民經(jīng)濟(jì)對先進(jìn)制造及自動化技術(shù)的需求,瞄準(zhǔn)國際前沿高技術(shù)發(fā)展方向創(chuàng)新性地研究和開發(fā)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)、產(chǎn)品技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)。未來工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)有:第一,危險、惡劣環(huán)境作業(yè)機(jī)器人:主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測、油汽管道等機(jī)器人;第二,醫(yī)用機(jī)器人:主要有腦外科手術(shù)輔助機(jī)器人,遙控操作輔助正骨等;第三,仿生機(jī)器人:主要有移動機(jī)器人,網(wǎng)絡(luò)遙控操作機(jī)器人等。其發(fā)展趨勢是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。 目前，工業(yè)機(jī)器人有很大一部分應(yīng)用于制造業(yè)的物流搬運(yùn)中。極大的促進(jìn)物流自動化，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，搬運(yùn)機(jī)器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。氣動機(jī)械手大量的應(yīng)用到物流搬運(yùn)機(jī)器

12、人領(lǐng)域。在手爪的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面根據(jù)所應(yīng)用場合的不同以及對工件夾持的特殊要求，采取了多種形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)來完成對工件的夾緊和防止工件脫落的鎖緊措施。在針對同樣的目標(biāo)任務(wù)，采取多種運(yùn)動方式相結(jié)合的方式來達(dá)到預(yù)定的目的。驅(qū)動方面采用了一臺工業(yè)機(jī)器人多種驅(qū)動方式的情況，有液壓驅(qū)動，氣壓驅(qū)動，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，伺服電機(jī)驅(qū)動等等。愈來愈多的搬運(yùn)機(jī)器人是采用混合驅(qū)動系統(tǒng)的，這樣能夠更好的發(fā)揮各驅(qū)動方式的優(yōu)點(diǎn)，避免缺點(diǎn)。并且在它的控制精度方面和搬運(yùn)效率方面有了很大的提高。在搬運(yùn)機(jī)械手的控制方面，出現(xiàn)了多種控制方式。在物料搬運(yùn)方面近年來呈現(xiàn)出的趨勢就是系統(tǒng)化。無論是我國還是國外，物料搬運(yùn)的發(fā)展都是由單一設(shè)備走向成套設(shè)備

13、，由單機(jī)走向系統(tǒng)。在制造業(yè)方面，隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，對物料搬運(yùn)系統(tǒng)也提出了新的要求。其特點(diǎn)是力求減少庫存、壓縮等待和輔助時間，使多品種、少批量的物料準(zhǔn)時到達(dá)要求的地點(diǎn)。這一趨勢在機(jī)械工業(yè)方面得到了很大的應(yīng)用。其中采用了機(jī)器人等先進(jìn)的物料搬運(yùn)技術(shù)，促進(jìn)了機(jī)械工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)水平提高。 當(dāng)代工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展一方面表現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)城的擴(kuò)大和機(jī)器人種類的增多。另一方面表現(xiàn)在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)性能的提高和控制系統(tǒng)的智能化。前者是指應(yīng)用領(lǐng)域的橫向拓寬，后者是在性能及水平上的縱向提高。機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)城的拓寬和性能水平的提高二者相輔相承、相互促進(jìn)。應(yīng)用領(lǐng)城的擴(kuò)大對機(jī)器人不斷提出斷的要求，推動機(jī)器人技術(shù)水平的提高.反過來，機(jī)器人性能與智能水平的提高，又使擴(kuò)大機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域成為可能 陳紀(jì)榮 工業(yè)機(jī)器人安川1班。