求工业机器人设计与切割编程的论文 题目是工业机器人设计与切割编程的论文
1 绪论 工业机器人技术是近年来新技术发展的重要领域之一,是以微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一种综合的高新技术。这一技术在工业、农业、国防、医疗卫生、办公自动化及生活服务等众多领域有着越来越多的应用。 工业机器人在提高产品质量、加快产品更新、提高生产效率、促进制造业的柔性化、增强企业和国家的竞争力等诸多方面具有举足轻重的地位,而且也成为广大工程技术人员迫切需要掌握的知识。
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...全部
1 绪论 工业机器人技术是近年来新技术发展的重要领域之一,是以微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一种综合的高新技术。这一技术在工业、农业、国防、医疗卫生、办公自动化及生活服务等众多领域有着越来越多的应用。
工业机器人在提高产品质量、加快产品更新、提高生产效率、促进制造业的柔性化、增强企业和国家的竞争力等诸多方面具有举足轻重的地位,而且也成为广大工程技术人员迫切需要掌握的知识。
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。
1。1工业机器人由来
1920年捷克作家卡雷尔·查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词,剧中机器人“Robot”这个词的本意是苦力,即剧作家笔下的一个具有人的外表,特征和功能的机器,是一种人造的劳力。
它是最早的工业机器人设想。 20世纪40年代中后期,机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。50年代以后,美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手,它是一种主从型控制系统,主机械手的运动。
系统中加入力反馈,可使操作者获知施加力的大小,主从机械手之间有防护墙隔开,操作者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的监视,主从机械手系统的出现为机器人的产生为近代机器人的设计与制造作了铺垫。
1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念,并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节,利用人手对机器人进行动作示教,机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。
现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1959年UNIMATION公司的第一台工业机器人在美国诞生,开创了机器人发展的新纪元。 1。2机器人的分类 机器人的分类方法很多,这里依据两个有代表性的分类方法列举机器人的分类。
1。21按照应用类型分类
机器人按应用类型可分为工业机器人、极限作业机器人和娱乐机器人。 (1)工业机器人。工业机器人有搬运、焊接、装配、喷漆、检查等机器人,主要用于现代化的工厂和柔性加工系统中。
(2)极限作业机器人。极限作业机器人主要是指在人们难以进入的核电站、海底、宇宙空间进行作业的机器人,也包括建筑机器人,农业机器人等。 (3)娱乐机器人。娱乐机器人包括弹奏乐器的机器人、舞蹈机器人、玩具机器人等(具有某种程度的通用性),也有根据环境儿改变动作的机器人。
1。22按照控制方式分类 机器人按控制方式可分为操作机器人、程序机器人、示教再现机器人、智能机器人和综合机器人。 (1)操作机器人。操作机器人的典型代表是在核电站处理放射性物质时远距离进行操作的机器人。
在这种场合,相当于人手操纵的部分成为主动机械手,而从动机械手基本上与主动机械手类似,只是从机械手要比主动机器手大一些,作业时的力量也更大。 (2)程序机器人。程序机器人按预先给定的程序、条件、位置进行作业,目前大部分机器人都采用这种控制方式工作。
(3)示教再现机器人。示教再现机器人同盒式磁带的录放一样,将所教的操作过程自动记录在磁盘、磁带等储存器中,当需要再现操作时,可重复所教过的过程。示教方法有手把手示教、有线示教和无线示教。 (4)智能机器人。
智能机器人不仅可以预先设定的动作,还可以按照工作环境的变化改变动作。 (5)综合机器人。综合机器人是由操作机器人、示教再现机器人、智能机器人组合而成的机器人,如火星机器人。 1。3 工业机器人构造分类 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。
(1)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。 (2)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,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。 (3)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。 (4)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。
1。4工业机器人控制技术 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。 1。41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。
1。42工业机器人技术特点
(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。
1。5工业机器人的应用
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。
1。6国内发展 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。
1。6发展前景
在发达国家中,工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流 1。61机器人发展前景 及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线,以保证产品质量,提高生产效率,同时避免了大量的工伤事故。
全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明,工业机器人的普及是实现自动化生产,提高社会生产效率,推动企业和社会生产力发展的有效手段。 机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域。国际电气电子工程师协会IEEE的科学家在对未来科技发展方向进行预测中提出了4个重点发展方向,机器人技术就是其中之一。
1990年10月,国际机器人工业人士在丹麦首都哥本哈根召开了一次工业机器人国际标准大会,并在这次大会上通过了一个文件,把工业机器人分为四类:⑴顺序型。这类机器人拥有规定的程序动作控制系统;⑵沿轨迹作业型。
这类机器人执行某种移动作业,如焊接。喷漆等;远距作业型。比如在月球上自动工作的机器人;⑷智能型。这类机器人具有感知、适应及思维和人机通信机能。 日本工业机器人产业早在上世纪90年代就已经普及了第一和第二类工业机器人,并达到了其工业机器人发展史的鼎盛时期。
而今已在第发展三、四类工业机器人的路上取得了举世瞩目的成就。日本下一代机器人发展重点有:低成本技术、高速化技术、小型和轻量化技术、提高可靠性技术、计算机控制技术、网络化技术、高精度化技术、视觉和触觉等传感器技术等。
根据日本政府2007年指定的一份计划,日本2050年工业机器人产业规模将达到1。4兆日元,拥有百万工业机器人。按照一个工业机器人等价于10个劳动力的标准,百万工业机器人相当于千万劳动力,是当前日本全部劳动人口的15%。
我国工业机器人起步于70年代初,其发展过程大致可分为三个阶段:70年代的萌芽期;80年代的开发期;
90年代的实用化期。而今经过20多年的发展已经初具规模。当前我国已生产出部分机器人关键元器件,开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。
一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上;一批机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术;工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术;机器人软件的设计和编程技术;运动学和轨迹规划技术;弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术等。
某些关键技术已达到或接近世界水平。 一个国家要引入高技术并将其转移为产业技术(产业化),必须具备5个要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。
和有着“机器人王国”之称的日本相比,我国有着截然不同的基本国情,那就是人口多,劳动力过剩。刺激日本发展工业机器人的根本动力就在于要解决劳动力严重短缺的问题。所以,我国工业机器人起步晚发展缓。但是正如前所述,广泛使用机器人是实现工业自动化,提高社会生产效率的一种十分重要的途径。
我国正在努力发展工业机器人产业,引进国外技术和设备,培养人才,打开市场。日本工业机器人产业的辉煌得益于本国政府的鼓励政策,我国在十一五纲要中也体现出了对发展工业机器人的大力支持。 1。62发展趋势 当前,国外已经研制和生产了各种不同的标准组件,而中国作为未来工业机器人的主要生产国,标准化的过程是发展趋势。
中国制造业面临着向高端转变,承接国际先进制造、参与国际分工的巨大挑战。加快工业机器人技术的研究开发与生产是中国抓住这个历史机遇的主要途径。因此我国工业机器人产业发展要进一步落实:第一,工业机器人技术是我国由制造大国向制造强国转变的主要手段和途径,政府要对国产工业机器人有更多的政策与经济支持,参考国外先进经验,加大技术投入与改造;第二,在国家的科技发展计划中,应该继续对智能机器人研究开发与应用给予大力支持,形成产品和自动化制
造装备同步协调的新局面;第三,部分国产工业机器人质量已经与国外相当,企业采购工业机器人时不要盲目进口,应该综合评估,立足国产。
智能化、仿生化是工业机器人的最高阶段,随着材料、控制等技术不断发展,实验室产品越来越多的产品化,逐步应用於各个场合。伴随移动互联网、物联网的发展,多传感器、分布式控制的精密型工业机器人将会越来越多,逐步渗透制造业的方方面面,并且由制造实施型向服务型转化。
工业机器人最先大规模使用的区域将会出如今发达地区。随着产业转移的进行,发达地区的制造业需要提升。基於工人成本不断增长的现实,工业机器人的应用成为最好替代方式。未来我国工业机器人的大范围应用将会集中在广东、江苏、上海、北京等地,其工业机器人拥有量将占全国一半以上。
日益增长的工业机器人市场以及巨大的市场潜力吸引世界着名机器人生产厂家的目光。当前,我国进口的工业机器人主要来自日本,但是随着诸如“机器人”类 似的具有自有知识产权的企业不断出现,越来越多的工业机器人将会由中国制造。
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