(蔡捷欢)工业机器人在现代化生产中的应用和发展趋势讲解

1、成人高等教育综合实践题 目工业机器人在现代化生产中的应用和发展趋势 学 院 自动化学院 专 业 电气自动化技术 年 级 2014级 姓 名 蔡捷欢 指导教师 钟映春 （2016年 6月）广东工业大学继续教育学院制7广东工业大学成人高等教育综合实践摘 要随着计算机科学技术的不断发展,工业机器人应用领域也随之不断扩展和深化。工业 机器人已成为一种高新技术产业,正为工业自动化发挥着巨大作用。本文简要介绍了国内外 工业机器人的主要应用及发展现状 。指出了我国工业机器人产业化发展的影响因素和实施 策略 ,阐述了工业机器人技术的发展趋势提出若干面向产业化的机器人技术发展建议。 关键词：工业机器人 自动化

2、产业化 发展趋势 Abstractwith continuousdevelopment computerscience technology,industrial robots applications has been expanding deepening.Industrial robot has become hightechnology industries, play importantrole industrialautomation. paperbriefly introduces mainapplication currentsituation industrialr

3、obots abroad.Industrial robots pointedout influencefactors industrialdevelopment implementationstrategy elaborated developmenttrend industrialrobot technology puts forward some robot technology development Suggestions industrialization.Keywords:industrial robot automation industrial development tren

4、d 绪论机器人学是一门综合性的新兴学科,它是综合了机械工程技术、电子工程技术、信息传感 器技术、控制理论、机构学、人工智能学、仿生学等多学科而形成的高新技术。在国外工业 机器人技术日趋成熟, 其己经成为一种标准设备而在工业自动化行业广泛应用,它代表了机 电一体化的最高成就。随着科学技术的不断发展,工业机器人技术的发展水平也成为一个国 家工业自动化水平的重要标志。工业机器人是机器人学的一个分支,工业机器人已成为柔性 制造系统( FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统( CIMS) 的自动化工具。广泛采用 工业机器人,不仅可提高产品的质量与数量,而且对保障人身安全,改善劳动环境

5、,减轻劳动 强度,提高劳动生产率,节约原材料消耗以及降低生产成本,对促进我国制造业的崛起,有着 十分重要的意义。一、 机器人发展现状1.1国内发展现状工业机器人指的是能在人的控制下智能工作，并能完美替代人力在生产线上工作的多关节机械手或多自由度的机器装置。与人力相比，工业机器人具备低成本、高效率以及24小时工作的特点。近年，随着国内经济不断发展，劳动力成本随之上涨，我国制造业人力优势不再，在制造业升级的大背景下，“机器换人”提高制造业智能化程度成为新的潮流。我国现已是全球最大的工业机器人消费市场，工业机器人已在汽车制造、电子、橡胶塑料、军工、航空制造、食品工业、医药设备与金属制品等领域得到应用

6、，其中汽车工业的应用最多，比例达38%。广东、江苏、上海、北京等地是我国工业机器人产业主要集中的地区，拥有的工业机器人数量占据全国工业机器人市场的半壁江山，包括中科院沈阳自动化设备有限公司、哈尔滨博时自动化设备有限公司、北京工业自动化研究所机器人开发中心等。不过，工业机器人在国内不断得到应用的同时，工业机器人产业发展尴尬现状不容忽视。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

7、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。目前由于核心技术缺乏，我国工业机器人消费严重依赖国外企业，尤其在减速机、伺服电机、控制器等核心零部件上，我国机器人企业受制于人，只能购买高昂的国外设备，这需要引起产业重视，也亟待国产工业机器人厂商不断提高技术，加大研发水平，早日摆脱国外企业。1.2全球工业机器人核心部件的竞争格局世界机器人的竞争格局 世界工业机器人 40年形成了约160万台套的装机量，2012年世界新装机器人182000 台，主机市 场 80-1200 亿美元， 并带动3倍左右软件集成、配套设备

8、、系统工程等系统集成市场， 总计 260-330亿美元，其中焊接和搬运机器人占了70%的市场份额。2008-2013年期间，世界工业机器人销量年平 均增长率为9%。其中，日本和欧洲是全球工业机器人市场的两大主角，并实现了传感器、控制器、精密减速机等核心零部件完全自主化。日本60年代末从美国引进机器人技术后，已经成为机器人生产第一大国， 日本的工业机器人约占全球的60%市场份额， 代表企业有发那科、安川、那智不二越等。欧洲占全球工业机器人的30%市场份额，代表企业有瑞士的ABB、德国的库卡、意大利的柯马。全球工业机器人主要国家技术分布 日本韩国欧洲美国机器人本体极为突出一般很突出一般系

9、统集成极为突出突出一般很突出个人/家用机器人极为突出很突出一般一般服务机器人突出很突出突出突出医疗机器人一般一般很突出很突出国防机器人一般不突出突出极为突出四大品牌工业机器人的优势对比发那科ABB安川电机库卡1）、非常便捷的工艺控制，可以实现对喷涂参数的无级调整，在生产过程中也可修改喷涂参数手腕动作灵活，高加速度，对提高小型工件喷涂节拍非常高效 2)、和同类型机器人相比，FANUC 机器人底座尺寸小，为客户采用更小的喷房提供了更好的解决方案； 3）、发那科机器人的空心手腕可以让油管，气管布置更加便捷，大幅减少了喷房保洁工量，为生产赢得时间；4）、发那科机器人独有的手臂设计，让机器人可以靠近喷房

10、壁安装，机器人保证高度灵活生产的条件下也不会与喷房壁干涉。ABB重视运动控制技术，早在1994 年，就推出了新一代具有TrueMove和QuickMove 功能的机器人。TrueMove 可确保机器人的运动路径与编程路径严格相符，而不论其运行速度及路径几何形状如何。QuickMove 则是一种独具特色的自动优化型运动控制功能，可确保机器人动作任何时候都达到最高的速度和加速度，从而最大程度缩短周期时间。 ABB 机器人在单方面来说不一定是最好的，但就整体性来说是很突出的。 安川是以系统工程开始起家的，是从系统产品发展起来的。安川拥有先进的系统工程技术，可以满足大规模的车间及公共事业设备

11、的时代需求， 以“提供解决方案”为概念，不断生机勃勃前进着的安川电机机器人产品系列在重视客户间交流对话的同时，针对更宽广的需求和多种多样的问题提供最为合适的解决方案。库卡产品广泛应用于汽车、冶金、食品和塑料成形等行业。KUKA 的机器人产品最通用的应用范围包括工厂焊接、操作、码垛、包装、加工或其它自动化作业，同时还适用于医院，比如脑外科及放射造影。KUKA 码垛机器人的显著特点是速度快，因为机器人的手臂采用高分子碳素纤维材料制造而成，既满足机器人手臂在高速运行过程中对刚度的特殊需求，又可以大幅度提高机器人本身的动惯性能以及加速能力。机器人控制器采用和标准机器人完全相同的标准，另外，码垛专用的软

12、件功能包括KUKAPalletLayout，KUKAPalletPro，KUKAPalletTech 可以根据客户要求提供非常轻松的码垛应用和编程环境。二、现代工业机器人的特点工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基础部分组成。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 36个运动自由度其中腕部通常有13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。 工业机器人最显著的特点有以下几个：（1）可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化

13、的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用是柔性制造系统中的一个重要组成部分。 （2）拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分在控制上有电脑。此外智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。 （3）通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如更换工业机器人手部末端操作器手爪、工具等便可执行不同的作业任务。 （4）工业机器技术涉及的学科相

14、当广泛归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能这些都是微电子技术的应用特别是计算机技术的应用密切相关。因此机器人技术的发展必将带动其他技术的发展机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。当今工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。图2-1 焊接工作站三、工业机器人的发展技术动向在普及第一代工业机器人的基础上第二代工业机器人已经推广成为主流安装机型第三代智能机器人已占有一定比

15、重。随着计算机技术的不断向智能化方向发展机器人应用领域的不断扩展和深化以及在系统FMS、CIMS中的群体应用工业机器人也在不断向智能化方向发展，以适应“敏捷制造”满足多样化、个性化的需要，并适应多变的非结构环境作业向非制造领域进军。 1. 感觉功能 感觉功能方面将实现多传感器信息的融合，以检测多变的外部环境做出判断和决策。其实质类似于人的五官和身体的综合感觉功能，包括视觉、触觉、力觉、滑觉、接近觉、压觉、听觉、味觉、嗅觉、温觉等。研究包括各类传感信息的采集及融合处理、传感器与驱动器一体化技术、感觉功能继承模块等。 2. 控制智能化由引导向NC离线编程发展，进而发展到进一步应用。随着系统化、集成

16、化生产的需要，基于PC的开放式控制系统将机器人控制和车间一级控制的发展方向。 3. 移动功能的智能化为解决长距离搬运作业、大作业对象、多作业对象及极限作业等问题，需开发自主移动系统，包括滑动、滚动、行走、爬行、跳跃、飞行等 4. 系统应用与集成化 支持以人为核心的生产系统，实现生产系统中机器人群体协调功能、群智能和多机通讯协议，开发能理解人的意志的“同事机器人”。 5. 安全可靠性 由于大量不确定因素的存在，要实现智能化的安全可靠性，机器人必须对各种意外情况的应变能力，及时采取预防措施和安全对策，包括硬件级、软件级、应用级和人体系统级的自诊断和自修复故障。 6. 微型化 向微型化发展，开发毫米

17、级机器人。由于微加工、医学、宇宙和海洋开发等领域。就使用性和成本来看毫米级最可行。 7. 多传感器信息融合与配置技术 由于机器人的传感器配置和融合技术在水泥生产过程中控制和污水处理自动控制中的应用包括面向工艺过程的多传感器融合和配置技术，采用智能传感器的现场总线技术，面向工艺要求的新型传感器研制。机电一体化智能传感器，包括具有感知、自主运动、自清污、自调整、自适应的机电一体化传感器研究，面向工艺要求的运动机构设计、实现检测的清污的自主运动调节控制系统机器人机构和控制技术在传感器设计中的应用。 智能机器人具有广阔的发展前景，尽管国内外对智能机器人的研究已经取得了很多成果，但是智能化水平还不是非常的高。因此还必须加快智能机器人的发展机。智能机器人的作业环境是相当复杂的，要想机器人有比较好的发展，需解决现在面临的许多问题。通过对自然界生物的学习、模仿、复制和再造的过程中，发现相关的理论和技术方法应用到机器人中，使得机器人在功能和技术水平上不断的有所突破。从而生产出更先进、更智能的机器人。 我国的智能机器人发展水平还落后于世界先进水平，所以我国在智能机器人领域要认清当今的情势，明确我们的发展目标，采取与我国的实力相符合的对策，慢慢缩小与发达国家之间的差距，提升我国智能机器人的发展水平。结 论我国工业机器人应用前景十分乐观。但是其核心技术被垄断，特别是利润最高的