先进制造技术——工业机器人

1、工业机器人工业机器人 19201920年，捷克斯洛伐克小说家、剧作家恰年，捷克斯洛伐克小说家、剧作家恰佩克在他写的科学幻想戏剧佩克在他写的科学幻想戏剧罗素姆万能机罗素姆万能机器人器人中，塑造了只会劳动不会思维的机器中，塑造了只会劳动不会思维的机器人形象，捷克语中的人形象，捷克语中的RobotaRobota 意为意为“苦力苦力”、 “劳役劳役”，是一种人造劳动者。英语，是一种人造劳动者。英语RobotRobot由由此衍生而来。此后该词被欧洲各国语言所吸此衍生而来。此后该词被欧洲各国语言所吸收而成为专有名词。收而成为专有名词。机器人三原则与机器人学Isaac Asimov 在在Im Robot中提

2、出了中提出了“机器人三原则机器人三原则” ： 第一条：机器人不得伤害人类，或无故使人类受到伤害。 第二条：机器人必须服从人类的命令，除非这条命令与第一条相矛盾。 第三条：机器人必须保护自己，除非这种保护与以上两条相矛盾。 并首次出现了并首次出现了“机器人学机器人学Robotics”的概的概念念什么是机器人学？ 机器人学是人们设计和应用机器人的技机器人学是人们设计和应用机器人的技术和知识。术和知识。 机器人系统不仅由机器人组成，还需要机器人系统不仅由机器人组成，还需要其他装置和系统连同机器人一起来共同其他装置和系统连同机器人一起来共同完成必需的任务。完成必需的任务。 机器人学是一门交叉学科，它得

3、益于机机器人学是一门交叉学科，它得益于机械工程、电气与电子工程、计算机科学、械工程、电气与电子工程、计算机科学、生物学以及其他许多学科。生物学以及其他许多学科。 我国科学家对机器人的定义是：我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器化机器”。 19871987年国际标准化组织对工业机器人进行了定义：年国际标准化组

4、织对工业机器人进行了定义：“工业机器人是一种具有自动控制操作和移动功能，工业机器人是一种具有自动控制操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机能完成各种作业的可编程操作机。” ” 什么是机器人？机器人的四大特征 仿生特征：模仿人的肢体动作仿生特征：模仿人的肢体动作 柔性特征：对作业具有广泛适应性柔性特征：对作业具有广泛适应性 智能特征：具有对外界的感知能力智能特征：具有对外界的感知能力 自动特征：自动完成作业任务自动特征：自动完成作业任务 工业机器人工业机器人( (通用及专用通用及专用) )一般指用于机械制一般指用于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求造业中代替人完成具有大批量、高质

5、量要求的工作，如汽车制造、摩托车制造、舰船制的工作，如汽车制造、摩托车制造、舰船制造，某些家电产品造，某些家电产品( (电视机、电冰箱、洗衣电视机、电冰箱、洗衣机机) )、化工等行业自动化生产线中的点焊、弧、化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配，以及物流系统焊、喷漆、切割、电子装配，以及物流系统的搬运、包装、码垛等作业的机器人。的搬运、包装、码垛等作业的机器人。机器人机器人(a) (a) 搬运机器人；搬运机器人；(b) (b) 涂料机器人；涂料机器人；(c) (c) 焊接机器人焊接机器人 工业机器人的组成工业机器人的组成 工业机器人一般由执行机构、控制系统、工业机器人一般

6、由执行机构、控制系统、驱动系统以及位置检测机构等几个部分组成。驱动系统以及位置检测机构等几个部分组成。 (1) (1) 执行机构执行机构 执行机构是一种具有和人手相似的动作功能，执行机构是一种具有和人手相似的动作功能，可在空间抓放物体或执行其它操作的机械装可在空间抓放物体或执行其它操作的机械装置，通常包括如下一些部件：置，通常包括如下一些部件： 手部：又称抓取机构或夹持器，用于直接手部：又称抓取机构或夹持器，用于直接抓取工件或工具。此外，在手部安装的某些抓取工件或工具。此外，在手部安装的某些专用工具，如焊枪、喷枪、电钻、螺钉螺帽专用工具，如焊枪、喷枪、电钻、螺钉螺帽拧紧器等，可视为专用的特殊手

7、部。拧紧器等，可视为专用的特殊手部。 腕部：腕部：是连接手部和手臂的部件，用以调整是连接手部和手臂的部件，用以调整手部的姿态和方位。手部的姿态和方位。 手臂：手臂：是支承手腕和手部的部件，由动力关是支承手腕和手部的部件，由动力关节和连杆组成，用以承受工件或工具的负荷，节和连杆组成，用以承受工件或工具的负荷，改变工件或工具的空间位置，并将它们送至改变工件或工具的空间位置，并将它们送至预定的位置。预定的位置。 机座：机座：包括立柱，是整个工业机器人的基础包括立柱，是整个工业机器人的基础部件，起着支承和连接的作用。部件，起着支承和连接的作用。 (2) (2) 控制系统控制系统。控制系统是机器人的大脑

8、，。控制系统是机器人的大脑，支配着机器人按规定的程序运动，并记忆人支配着机器人按规定的程序运动，并记忆人们给予的指令信息们给予的指令信息( (如动作顺序、运动轨迹、如动作顺序、运动轨迹、运动速度等运动速度等) )，同时按其控制系统的信息对执，同时按其控制系统的信息对执行机构发出执行指令。行机构发出执行指令。 (3) (3) 驱动系统驱动系统。驱动系统是按照控制系统发。驱动系统是按照控制系统发来的控制指令进行信息放大，驱动执行机构来的控制指令进行信息放大，驱动执行机构运动的传动装置，常用的有液压、气压、电运动的传动装置，常用的有液压、气压、电气和机械等四种传动形式。气和机械等四种传动形式。 (4

9、) (4) 位置检测装置位置检测装置 位置检测装置通过力、位置、触觉、视觉等位置检测装置通过力、位置、触觉、视觉等传感器检测机器人的运动位置和工作状态，传感器检测机器人的运动位置和工作状态，并随时反馈给控制系统，以便使执行机构以并随时反馈给控制系统，以便使执行机构以一定的精度达到设定的位置。一定的精度达到设定的位置。工业机器人的分类工业机器人的分类 1) 1) 按系统功能分类按系统功能分类 (1) (1) 专用机器人专用机器人：在固定地点以固定程序工作：在固定地点以固定程序工作的机器人。其结构简单，无独立控制系统，的机器人。其结构简单，无独立控制系统，造价低廉，如附设在加工中心机床上的自动造价

10、低廉，如附设在加工中心机床上的自动换刀机械手。换刀机械手。 (2) (2) 通用机器人：通用机器人： 具有独立控制系统，通过改变控制程序能完具有独立控制系统，通过改变控制程序能完成多种作业的机器人。其结构复杂，工作范成多种作业的机器人。其结构复杂，工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于不断围大，定位精度高，通用性强，适用于不断变换生产品种的柔性制造系统。变换生产品种的柔性制造系统。 (3) (3) 示教再现式机器人：示教再现式机器人： 具有记忆功能，在操作者的示教操作后，能具有记忆功能，在操作者的示教操作后，能按示教的顺序、位置、条件与其他信息反复按示教的顺序、位置、条件与其他信息反复重现示

11、教作业。重现示教作业。 (4) (4) 智能机器人：智能机器人： 采用计算机控制，具有视觉、听觉、触觉等采用计算机控制，具有视觉、听觉、触觉等多种感觉功能和识别功能机器人，通过比较多种感觉功能和识别功能机器人，通过比较和识别，能自主作出决策和规划，自动进行和识别，能自主作出决策和规划，自动进行信息反馈，完成预定的动作。信息反馈，完成预定的动作。 2) 2) 按驱动方式分类按驱动方式分类 (1) (1) 气压传动机器人气压传动机器人：以压缩空气作为动力源：以压缩空气作为动力源驱动执行机构运动的机器人，具有动作迅速、驱动执行机构运动的机器人，具有动作迅速、结构简单、成本低廉的特点，适用于高速轻载、

12、结构简单、成本低廉的特点，适用于高速轻载、高温和粉尘大的作业环境。高温和粉尘大的作业环境。 (2) (2) 液压传动机器人液压传动机器人：采用液压元器件驱动，：采用液压元器件驱动，具有负载能力强、传动平稳、结构紧凑、动作具有负载能力强、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏的特点，适用于重载或低速驱动场合。灵敏的特点，适用于重载或低速驱动场合。 (3) (3) 电气传动机器人电气传动机器人：用交流或直流伺服电：用交流或直流伺服电动机驱动的机器人，不需要中间转换机构，动机驱动的机器人，不需要中间转换机构，机械结构简单，响应速度快，控制精度高，机械结构简单，响应速度快，控制精度高，是近年来常用的机器人传动方

13、式。是近年来常用的机器人传动方式。直角坐标机器人直角坐标机器人结构简单；结构简单；定位精度高；定位精度高；空间因数低；空间因数低；用于印刷电路基用于印刷电路基板的元件插入、板的元件插入、紧固螺丝等。紧固螺丝等。3）按操作机的位置机构形式分类：圆柱坐标型圆柱坐标型结构简单；结构简单；刚性好；刚性好；空间利用率低；空间利用率低；用于重物的装卸和搬用于重物的装卸和搬运，例如运，例如Versatran机器人机器人极坐标、球坐标型极坐标、球坐标型结构紧凑，所结构紧凑，所占空间较小。占空间较小。水平多关节型水平多关节型垂直方向上的垂直方向上的刚性好，适于刚性好，适于装配工作装配工作垂直多关节垂直多关节动作

14、范围宽；动作范围宽；结构刚度低；结构刚度低；精度较低；精度较低；装配、搬运、装配、搬运、弧焊、喷涂、弧焊、喷涂、点焊等点焊等4）按照机器人的用途分类：）按照机器人的用途分类： 工业机器人：工业机器人： 焊接、喷漆、码垛、装配、搬运焊接、喷漆、码垛、装配、搬运 农业机器人：农业机器人： 耕种、施肥、喷药、嫁接、移载、收获、灌溉、养殖耕种、施肥、喷药、嫁接、移载、收获、灌溉、养殖 探索机器人：探索机器人： 水下、太空、空间、危险环境水下、太空、空间、危险环境 服务机器人：服务机器人： 清洁、护理、救援、娱乐、保安清洁、护理、救援、娱乐、保安 其它机器人：其它机器人：医疗、福利、林业、渔业、建筑等医

15、疗、福利、林业、渔业、建筑等工业机器人的应用工业机器人的应用 1) 1) 在摩托车行业中的应用在摩托车行业中的应用 海南新大洲摩托车厂用海南新大洲摩托车厂用4 4台弧焊机器人工作站台弧焊机器人工作站完成新大洲完成新大洲5050系列摩托车的车架焊接。该生系列摩托车的车架焊接。该生产线自产线自19981998年年3 3月投入运行以来，运行良好，月投入运行以来，运行良好，性能稳定。性能稳定。 南京金城机械有限公司在其南京金城机械有限公司在其125-7D125-7D车架的生车架的生产线上使用了产线上使用了7 7台机器人用于焊接和切割，提台机器人用于焊接和切割，提高了产品的一致性。高了产品的一致性。 2

16、) 2) 在电子、家电行业中的应用在电子、家电行业中的应用 机器人的应用改变了韵声集团八音琴全靠手机器人的应用改变了韵声集团八音琴全靠手工装配的历史，提高了企业形象，积累了经工装配的历史，提高了企业形象，积累了经验，培养了人才，为企业的下一步发展打下验，培养了人才，为企业的下一步发展打下了基础。了基础。3) 3) 在石化行业中的应用在石化行业中的应用 哈工大博实公司自主开发的哈工大博实公司自主开发的“自动包装机器自动包装机器人码垛生产线人码垛生产线”应用于大庆石化公司应用于大庆石化公司1010万吨万吨/ /年聚丙烯生产装置，年聚丙烯生产装置，全线实现了自动运行，全线实现了自动运行， 动作平稳可

17、靠，运行速度快，称重精度高，动作平稳可靠，运行速度快，称重精度高，缝口位置准确，码垛垛形整齐。缝口位置准确，码垛垛形整齐。 4) 4) 在采矿业中的应用在采矿业中的应用 (1) (1) 特殊煤层采掘机器人特殊煤层采掘机器人 目前，一般煤矿都用综合机械化采煤机采煤，目前，一般煤矿都用综合机械化采煤机采煤，但对于薄煤层这类特殊情况，但对于薄煤层这类特殊情况， 运用综合机械化采煤机采煤就很不方便，有运用综合机械化采煤机采煤就很不方便，有时甚至是不可能的，而人工采煤作业又十分艰时甚至是不可能的，而人工采煤作业又十分艰苦和危险，但如果舍弃薄煤层，又会造成资源苦和危险，但如果舍弃薄煤层，又会造成资源的极大

18、浪费。因此，的极大浪费。因此，采用遥控机器人进行特殊采用遥控机器人进行特殊煤层的采掘是最佳的方法。煤层的采掘是最佳的方法。这种采掘机器人应这种采掘机器人应该能拿起各种工具，比如高速转机、电动机和该能拿起各种工具，比如高速转机、电动机和其它采爆器械等，并且能操作这些工具。这种其它采爆器械等，并且能操作这些工具。这种机器人的肩部应装有强光源和视觉传感器，这机器人的肩部应装有强光源和视觉传感器，这样能及时将采区前方的情况传样能及时将采区前方的情况传 送给操作人员。送给操作人员。 (2) (2) 凿岩机器人凿岩机器人。这种机器人可以利用传感。这种机器人可以利用传感器来确定巷道的上缘，这样就可以自动瞄准器来确定巷道的上缘，这样就可以自动瞄准巷道缝，然后把钻头按规定的间隔布置好，巷道缝，然后把钻头按规定的间隔布置好，钻孔过程用微机控制，钻孔过程用微机控制，随时根据岩石硬度调随时根据岩石硬度调整钻头的转速、力的大小以及钻孔的形状整钻头的转速、力的大小以及钻孔的形状，这样可以大大提高生产率，人只要在安全的