第一篇漫谈篇-工业机械人世界漫游

第一篇漫谈篇——工业机械人世界漫游汤晓华、蒋正炎、陈永平2014年4月任务一了解工业机器人分类与应用

任务二了解工业机器人结构与组成任务三认识ABB工业机器人任务四认识更多的工业机器人第一篇漫谈篇——工业机械人世界漫游

任务一了解工业机器人分类与应用1．能了解工业机械手的分类、应用与结构组成；2．初步学会使用三菱工业机械手控制器和示教单元；3．了解工业机械手抓手和工装的选用。任务一了解工业机器人分类与应用1．能了解工业机械手的分类、应用与结构组成；2．初步学会使用三菱工业机械手控制器和示教单元；3．了解工业机械手抓手和工装的选用。任务一了解工业机器人分类与应用一、机器人发展历程

1939年，美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro；1954年，美国电子学家德沃尔研制出一种类似人手臂的可编程机械手；1958年，美国物理学家英格伯格与德沃尔联手，于1958年研制出世界上第一台真正实用的工业机器人，成立了世界上第一家机器人制造工厂“尤尼梅逊”公司，英格尔伯格因此被称为工业机器人之父；1962年，美国AMF公司生产出“VERSTRAN”（意思是万能搬运），成为真正商业化的机器人；1965年，约翰.霍普金斯大学研制出“有感觉”Beast机器人；20世纪末特种机器人的研究热潮；1997年，机器人足球世界杯赛横空出世；1997年7月自主式机器人车辆“索杰纳”登上火星的自主式机器人车辆；1997年IBM公司开发出来的"深蓝"战胜棋王卡斯帕罗夫，这是机器人发展的里程碑。二、机器人走进工业应用2010年7月29日，全球最大电子代工厂商富士康科技集团董事长郭台铭在深圳对媒体表示，目前富士康有1万台机器人，明年将达到30万台，三年后机器人的使用规模将达到100万台，未来富士康将增加生产线上的机器人数量。从世界范围看，汽车产业是工业机器人的最大购买者。在亚洲，电子电气工业对工业机器人的需求仅次于汽车工业排在第二位。在欧洲，橡胶及塑料工业则是仅次于汽车工业的第二大工业机器人需求来源。图1-1全球主要行业对工业机器人的需求分布

图1-2全球工业机器人应用类型及比例图1-3工业机器人机器人作为现代制造业主要的自动化装备，已广泛应用于汽车、摩托车、工程机械、电子信息、家电、化工等行业，进行焊接、装配、搬运、加工、喷涂、码垛等复杂作业。

图1-4装配机器人图1-5码垛机器人图1-6物流机器人目前，中国已开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人，其中有130多台/套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线。三、机器人在汽车生产线中的应用工业机器人是汽车生产中非常重要的设备，各个部件的生产都需要有工业机器人的参与。工业机器人在汽车生产线上工作主要有弧焊、点焊、装配、搬运、喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业。图1-7为工业机器人在汽车生产线上常见的4类工作。搬运机器人

焊接机器人

装配机器人

喷涂机器人

图1-7工业机器人在汽车制造业中的应用1.焊接机器人在汽车底盘焊接中的应用焊接机器人最适合于多品种高质量生产方式，目前已广泛应用在汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架、导轨、消声器以及液力变矩器等焊接件均使用了机器人焊接，尤其在汽车底盘焊接生产中得到了广泛的应用，如图1-8所示。

图1-8焊接机器人在汽车生产线上2．焊接机器人工作站的组成及动作设计焊接机器人系统主要由机架（底座、支撑座）、工作台浮动支撑、辅助支撑及夹具（2台变位器、2个工位）、机器人及其控制系统、气动系统、防护栏、遮光板、光幕、焊接电源、焊枪、电气系统及其它辅助装置组成。图1-92工位点焊机器人示意图焊接系统的运行时，首先系统初始化，并检测各个执行元件的状态。控制焊枪动作的焊接控制器中可存储多种焊接工艺参数，每组焊接参数对应1组焊接工艺。机器人向PLC发出焊接预约信号，PLC通过焊接控制器向焊枪输出需要的焊接工艺参数。

3．KUKA机器人在宝马汽车的应用

宝马公司为其在雷根斯堡的工厂寻找一种自动化解决方案用以传送宝马1系列及3系列车型的整个前后轴以及车门。

图1-11KUKA装配机器人在汽车生产线上图1-12KUKA装配机器人装配车门如图1-12所示，由于机器人重复精度高，就可以避免对车门及电动钢索吊产生损伤。由于对机器人可进行自由编程，因此整个设备也具有很高的灵活性。除此之外，库卡公司还可以满足宝马公司对夹持器的要求设计简单且安全可靠。四机器人在物流领域中的应用

1．码垛机器人

国内的物流行业已经进入了准高速增长阶段。传统的自动化生产设备可能已经不能满足企业日益增长的生产需求。目前欧、美、日的码垛机器人在码垛市场的占有率超过了90%，绝大数码垛作业由码垛机器人完成。码垛机器人能适应于纸箱、袋装、罐装、箱体、瓶装等各种形状的包装成品码垛作业，如图1-13所示。

图1-13码垛机器人在包装生产线上图1-14大型码垛机器人码垛机器人通过检测吸盘和平衡气缸内气体压力，能自动识别机械手臂上有无载荷，并经气动逻辑控制回路自动调整平衡气缸内的气压，达到自动平衡的目的。为充分利用托盘的面积和码堆物料的稳定性，机器人具有物料码垛顺序、排列设定器。可满足从低速到高速，从包装袋到纸箱，从码垛一种产品到码垛多种不同产品，应用于产品搬运、码垛等，如图1-14所示。

2．自动导引车

AGV是自动导引（AutomatedGuidedVehicle）的英文缩写，是指具有磁条，轨道或者激光等自动导引设备，沿规划好的路径行驶，以电池为动力，并且装备安全保护以及各种辅助机构（例如移载，装配机构）的无人驾驶的自动化车辆，如图1-15所示。通常多台AGV与控制计算机（控制台），导航设备，充电设备以及周边附属设备组成AGV系统。

图1-15自动导引车根据导航方式的不同，目前AGV产品可分为：磁导航AGV和激光导航AGV（又称LGV）。在物流领域里，根据工作方式的不同，AGV有叉车式运输型AGV、搬运型AGV、重载AGV、智能巡检AGV、特种AGV以及简易AGV（又称AGC）等。如图1-16所示。图1-16智能物流机器人五机器人在能源领域中的应用

能源装备自动化产业已经利用先进机器人及自动化技术，开发各种油田及其它能源行业自动化装备。例如：应用于海上和陆地油气田的井口管处理机器人系统，相修井作业管杆自动操作机、自动修井机、勘察船抓管机器人、钻台机器人、二层平台操作机器人等，还有像应用于发电厂和变电站的巡视机器人等。用于完成高劳动强度、环境恶劣的场合。1．折臂抓管机器人

折臂抓管机器人主要安装在船甲板或海洋钻井平台上，采用机器人自动化技术，与鹰爪机之间协调配合工作，将管场中水平放置的钻杆移运到井口，翻转为竖直状态；或者将井口上方拆卸下的竖直钻杆，翻转并移运到管场。

图1-17抓臂抓管机器人

2．发电厂、变电站的巡视机器人

图1-18自动巡视机器人

巡视机器人主要应用于室外变电站代替巡视人员进行巡视检查。该机器人系统可以携带红外热像仪、可见光CCD等有关的电站设备检测装置，以自主和遥控的方式，代替人对室外设备进行巡测，以便及时发现电力设备的内部热缺陷、外部机械或电气问题。如图1-18所示。工业监控机器人是集机电一体化技术、运动控制系统、视频采集、红外探测、稳定的无线传输技术于一体的复杂系统。采用完全自主或遥控方式，沿指定线路自主行走。携带的摄像机作为检测装置，用于检测输电设备的损伤情况，并将检测到的数据和图像信息经过无线传输发送到后台监控系统，后台可以接收、显示和存储机器人发回的数据和图像资料，并对机器人的运行状态具有远程控制和检测的能力。

图1-19自动巡视机器人爬台阶运动控制系统：主要实现机器人动力驱动，根据系统路径规划和遥控指令实现车体的运动控制，包括速度、位置控制。如图1-19所示，机器人在爬台阶。

六机器人在其他领域中的应用

1.太空机器人------智能型火星车漫游者火星车顶部桅杆式结构上，都装有全景照相机和微型热辐射分光计，它们的位置与人眼高度相当，可帮助确定火星上哪些岩石和土壤区域最有探测价值。车上还有一个末端装备了各种工具“手臂”：工具之一为显微镜，超近距离对火星岩石纹理进行审视；还有一个相当于小锤子的工具，能除去火星岩石表面历经岁月沧桑的岩层，为研究岩石内部提供方便，如图1-20所示。

图1-20太空机器人漫游者2.类人机器人------直立行走机器人

图1-21高级步行创新移动机器人ASIMO是世界上唯一可独立行走和爬楼梯的类人机器人。虽然世界上也有一些其他可行走的类人机器人，但它们均不具有ASIMO那样平稳流畅和逼真的步态。ASIMO除了可像人类那样行走外，它还懂得一些口头指令（目前只有日语），并能识别面孔。ASIMO有双臂和双手，可以做一些诸如开灯、开门、携物和推车之类的事情。本田公司并非要设计一种类似玩具的机器人，而是要研制出一种可成为人类助手的机器人，用来照看房子、帮助老人、帮助坐轮椅者或卧床不起的人。ASIM高1.2米，与坐在椅子上的人的高度基本持平，如图1-22所示。这使得ASIMO能够正常完成份内工作，而不会显得太大和吓人。ASIMO外表友善、个头适中，常被人称为像“穿着太空服的孩子”，非常适合本田的研究目的。

图1-22ASIMO的第一份工作图1-23ASIMO的感官系统ASIMO得到第一份工作就是在IBM日本分公司和位于东京的日本科学未来馆担任接待员，迎接客人并带领他们参观，如图1-23所示。

ASIMO有臀部、膝和足关节。机器人具有研究人员称为“自由度”的关节。单一的自由度允许关节左右或上下移动。ASIMO全身拥有26个自由度，使它能自由移动。ASIMO的身上还安装有速度传感器和陀螺仪传感器图1-24ASIMO行走自如传感器的工作方式与我们的内耳保持平衡和定位的方式相似。为了完成人类肌肉和皮肤在感测肌肉力量、压力和关节角度方面所做的工作，ASIMO还具有关节角度传感器和六轴压力传感器，如图1-24所示。

ASIMO行走功能的最重要部分是转身能力。ASIMO能够像人类一样倾斜和平稳流畅地转身，而不是必须一停一顿地拖行或慢吞吞地转向。ASIMO在被绊倒、推动或遇到改变其正常行走的东西时，还可自行调整步伐。要完成这项任务，ASIMO的工程师们必须设法处理行走时产生的惯性力。图1-25ASIMO视觉系统ASIMO的视觉系统包括用作眼睛的基本摄像机，位于头部。ASIMO使用专有的视觉算法，即使物体的方位和光线与其记忆数据库中的不同，它也可以看到、识别和避免碰撞物体。这些摄像机可察觉物体、识别程序化面孔，甚至理解手势。例如，当您向ASIMO举起手摆出“停”的姿势时，ASIMO即停住。它的面孔识别功能允许ASIMO向“熟悉”的人致意，如图1-25所示。图1-26ASIMO向我们走来

如同机器人技术领域中的大多数其他技术一样，ASIMO是由伺服马达提供动力的。它们是小而动力强大的马达，带有可移动四肢或表面转向特定角度的转轴，由控制器对角度进行控制。ASIMO机器人用于世界