光电工程师社区

标题: 工业机器人 [打印本页]

作者: 乏味 时间: 2003-3-14 19:23
标题: 工业机器人
  工业机器人是能模仿人体某些器官的功能(主要是动作功能)、有独立的控制系统、可以改变工作程序和编程的多用途自动操作装置。

  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。

  “机器人”一词出自捷克文，意为劳役或苦工。1920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《罗素姆万能机器人》中第一次使用了机器人一词。此后被欧洲各国语言所吸收而成为专门名词。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。编程输入型是以穿孔卡、穿孔带或磁带等信息载体，输入已编好的程序。

  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。

  具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。

作者: CTVIP 时间: 2003-3-19 18:12
标题: 工业机器人

这里转载一些焊接事例

帕萨特后桥焊接机器人系统(照片1)

这是一套帕萨特轿车后桥机器人焊接系统。作为该车的支撑用重要保护安全部品对焊接品质、精度的要求非常高。我们对应此要求在50天的短交货期内完成，得到了德国大众检查技术人员的高度好评。系统包括1轴垂直旋转装置和机器人协调动作，在最佳的焊接姿势下高速焊接。夹具构造达到了德国大众要求的高水平设计。

帕萨特后桥焊接机器人系统(照片2)

这是2台机器人和1台1轴垂直旋转装置协调运作，实现了左右同时焊接。在该后桥焊接的最后工序的焊接，达到精度和焊接品质，这里面包含众多的系统决窍。

别克汽车自动变速器外壳连接块焊接机器人系统

别克汽车自动变速器外壳连接块焊接机器人系统：
自动变速机已经在90%的高级轿车上采用
松下机器人焊接系统在此零件的焊接方面在日本有丰富的经验
根据焊接工艺及品质要求，该系统采用特配电源，使用药芯焊丝
工件装夹在2轴变位装置上，气动夹紧，2轴变位实现最佳姿势的焊接

•
帕萨特汽车仪表盘基架机器人焊接系统

帕萨特汽车仪表盘基架机器人焊接系统
工件形状复杂、板薄易产生焊接变形、焊接位置较多、焊接品质要求高
分2道工序焊接，2种夹具，分别采用1轴垂直旋转装置
因为夹具复杂且配置有很多的电器检测及空气配管部品，为防止电线、气管在重复旋转中不被切、拉断，采用了远程通讯方式

帕萨特汽车仪表盘机器人焊接系统

帕萨特汽车仪表盘基架机器人焊接系统
工件形状复杂、板薄易产生焊接变形、焊接位置较多、焊接品质要求高
分2道工序焊接，2种夹具，分别采用1轴垂直旋转装置
因为夹具复杂且配置有很多的电器检测及空气配管部品，为防止电线、气管在重复旋转中不被切、拉断，采用了远程通讯方式

帕萨特汽车仪表盘机器人焊接系统

帕萨特汽车仪表盘基架机器人焊接系统
工件形状复杂、板薄易产生焊接变形、焊接位置较多、焊接品质要求高
分2道工序焊接，2种夹具，分别采用1轴垂直旋转装置
因为夹具复杂且配置有很多的电器检测及空气配管部品，为防止电线、气管在重复旋转中不被切、拉断，采用了远程通讯方式

神龙富康汽车转向柱机器人焊接系统

神龙富康汽车转向柱机器人焊接系统
是汽车的重要安全保护部品，要求焊接品质高、部品间相互位置精度严格，所以采用机器人焊接
四工位焊接，机器人可长期处于工作状态，生产效率非常高
摩托车架弧焊机器人系统

摩托车架弧焊机器人系统－－－左、右侧车架的焊接
2个1轴垂直旋转装置及其保证焊接品质的高精度专用夹具的交互工作使机器人的使用率非常高
操作盘采用触摸屏式的液晶显示装置，具备监视功能，非常方便

摩托车架弧焊机器人系统

摩托车架弧焊机器人系统－－－本体车架的焊接
2套夹具水平移动交互工作，2台机器人同时焊接
达到了年产10万台的生产能力

该系统有两大特点：
根据不同直径的水管，通过平移和复制等功能扩大圆弧轨迹，短时间内完成程序的编辑，大大的提高工效
采用了接触传感器，对大型工件的定位偏差进行补偿，确保焊接品质的提高
制冷机换热器装置机器人焊接系统

　
发电设备部品工件TIG填丝焊接


发电设备部品TIG填丝焊接机器人系统


金属家具机器人焊接系统


开关盒焊接机器人系统

日本松下产业机器人事例介绍

汽车行业
排气管、净化器的焊接组装机器人系统


汽车行业
汽车座椅架的焊接机器人系统

　
汽车行业
汽车后桥的机器人焊接系统

　
汽车行业
汽车后桥的焊接机器人系统

　
汽车行业
汽车座椅的焊接机器人系统

　
汽车行业
卡车后车厢机器人焊接系统

　
汽车行业
汽车缓冲器的焊接机器人系统

　
造船行业
钢材的焊接机器人系统

　
造船行业
钢材的焊接机器人系统

　
石油行业
石油槽的角壁焊接机器人系统

　
电力行业
大型电力变压器外壳的切割机器人系统

　
电力行业
大型电力变压器外壳的焊接机器人系统

　
电力行业
电力设备开关不锈钢的TIG填丝机器人系统

　

作者: CTVIP 时间: 2003-3-19 22:09
标题: 工业机器人
（转贴）点焊机器人工作站在轿车悬架横梁制造中的应用(图)

孙文彬，岳超

(丹东曙光车桥股份有限公司技术中心，辽宁　丹东　118001)

摘要：点焊机器人的应用是一门自动化程度较高的焊接技术，正在不断得到推广应用。主要介绍了点焊机器人工作站的工作原理、系统组成及焊接应用，阐述了点焊机器人工作站在焊接应用方面的优越性。

关键词：点焊；示教；机器人；工作站；系统

前言
　为了满足沈阳华晨公司开发的“中华轿车”项目悬架部分的配套生产，针对该悬架产品的界各特点和质量要求，我公司建成了一条机器人焊接生产线，机器人型号选用UP130（由日本安川生产），现已成功地应用于焊接生产，现已为华晨公司批量提供悬架产品。在此就点焊机器人工作站在轿车悬架横梁制造中地应用作如下介绍。

1 中华轿车悬架横梁的结构
　该悬架产品的结构特点为：由冲压成形的悬架本体与多个冲压成形的加强件进行组焊构成，整体结构为冲压焊接结构。点焊焊点较多。板材选用的型号为：Ste285,板厚为1.5－3mm。

　2 点焊机器人工作站的布置
　点焊机器人工作站的布置如图1所示。

3　工作原理介绍

3.1 系统工作原理图
　　系统工作原如图2所示

　　焊接控制箱是控制点焊钳的点焊、空打、加压、大开、小开等动作，并要保持与机器人控制箱的信息交流；机器人控制箱控制机器人动作、工件焊接；系统控制箱控制焊接起始与终止、夹具的动作、变位机的到位及锁紧、防护门的安全锁、操作按钮及急停按钮等，并协调各动作及安全互锁；操作方式采用触摸屏控制，触摸屏与可编程控制器之间的信息交流采用通讯方式，这样大大提高了系统的可靠性与柔性。

3.2 操作程序
　　首先接通机器人变压器、焊接变压器、系统控制箱、机器人控制箱各部分电源，再开启水、气总阀。并要保证调出示教编程器内的主程序，将触摸屏上的开关旋至“自动”档。然后就可以对工作站系统做“傻瓜式”的操作了。

A 工位由人工装件，按A工位操作盒的“夹紧”按钮，则焊接夹具气动夹紧工件，按A工位操作盒的“完工”按钮，则A工位变位机沿着移动滑轨将工件及夹具移到焊接位置，并锁紧定位，利用已经编好的机器人程序，机器人自动焊接A工位工件。同时B工位人工装件并气动夹紧后，按“完工”按钮，B工位变位机将工件及夹具移到焊接位置，并锁紧定位待焊，机器人焊完A工位工件，移至B工位焊接，同时A工位变位机沿移动滑轨将工件及夹具移到装卸件位置，人工卸件，并重复装件等动作。

4 焊接工艺

4.1 焊前准备
　将冲压件放入浸蚀溶液中室温下浸蚀2－10分钟，去除冲压件表面氧化膜，浸蚀溶液配方为：w(H2SO4)为5％－10％、w(HCl)为2％－10％水溶液，加质量分数为2％的碘化亚纳（缓蚀剂）。然后用清水漂洗干净烘干待焊。

4.2 点焊规范
　　经焊接工艺试验，获得点焊机器人焊接工艺参数，见表1。按表中所给的参数焊接的多个试件，焊点经外观检验及力学性能试验，各项指标均满足设计要求。

5　应用效果

A 与传统焊接方式相比，具有简单易操作性，大幅度提高了生产效率，降低了劳动强度；
B　焊接质量稳定，焊点成形美观。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

作者: 楚韵风 时间: 2003-4-15 08:26
标题: 工业机器人
再贴一篇
工业机器人技术

赖维德
一、技术概述

  工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
  机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
  机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。

  二、现状及国内外发展趋势

  国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：
  1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97年的6．5万美元。
  2．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。
  3．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
  4．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
  5．虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
  6．当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。
  7．机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。
  我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，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上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。
  我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。

  三、“十五”目标及主要研究内容

  1．目标
  根据国内外机器人发展的经验、现状及近几年的动态，结合当前国内经济发展的具体情况，“十五”期间机器人技术应重点开展智能机器人、机器人化机械及其相关技术的开发及应用；开展以机器人为基础的重组装配系统及其相关技术的开发研究及加强多传感器融合及决策、控制一体化技术及应用的研究。重点解决我国已研制应用多年的示教再现型工业机器人的产业化前期关键技术，大力推进其产业化进程，力争在“十五”末期实现喷涂、焊接、装配等机器人的产业化。
  2．主要研究内容
  （1）示教再现型工业机器人产业化技术研究
  ①关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计。
  ②柔性仿形喷涂机器人开发：柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发，整机安全防爆、防护技术开发，高速喷杯喷涂工艺研究。
  ③焊接机器人（把弧焊与点焊机器人作为负载不同的一个系列机器人，可兼作弧焊、点焊、搬运、装配、切割作业）产品的标准化、通用化、模块化、系列化设计。
  ④弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置的开发：激光发射器的选用，CCD成象系统，视觉图象处理技术，视觉跟踪与机器人协调控制。
  ⑤焊接机器人的离线示教编程及工作站系统动态仿真。
  ⑥电子行业用装配机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计。
  ⑦批量生产机器人所需的专用制造、装配、测试设备和工具的研究开发。
  （2）智能机器人开发研究
  ①遥控加局部自主系统构成和控制策略研究
  包括建模－遥控机器人模型，人行为模型，人控制动态建模，图形仿真建模，虚拟工具和虚拟传感器建模；以人为主体的人机共享规划与控制；局部自治控制；多传感融合技术；双向力反应控制；知识库的建立，学习与推理方法；人机交互的高级控制技术；虚拟现实（VR）控制与真实世界控制的相互关系；监控系统的结构。
  ②智能移动机器人的导航和定位技术研究
  包括导航和定位系统的系统结构；在结构环境或非结构环境中导航和定位方法研究；感知系统的传感器和信息处理系统的构成；根据传感器数据建立环境模型的方法；模糊逻辑的推理方法用于移动机器人导航的研究。
  ③面向遥控机器人的虚拟现实系统
  包括人机交互图形生成及其程序设计；遥控机器人（载体和机械手）几何动态图形建模；遥控操作环境图形建模；遥控机器人操作与数据的获取；虚拟传感器及基于虚拟传感器的双向力反应、反馈控制；面向任务的虚拟工具；基于虚拟现实的遥控操作的理论与方法；基于VR模型操作和真实世界操作的可切换、相容性和可交换性；VR监控系统。
  ④人机交互环境建模系统
  包括CAD建模中的人机交互技术；求知模型工件的反示过程中的交互技术；机器人与环境的布局及功能验证中的交互技术；传感器数据处理中的交互技术；机器人标定、运动学建模、动力学建模中的交互技术。
  ⑤基于计算机屏幕的多机器人遥控技术
  包括三维立体视觉建模；模型的计算机显示；遥控机器人模型的控制；人机接口；网络通讯。
  （3）机器人化机械研究开发
  ①并联机构机床（VMT）与机器人化加工中心（RMC）开发研究
  包括VMT与RMC智能化结构实现技术；VMT与RMC关键传动实现技术；VMT与RMC加工、装配、摆放、涂胶、检测作业技术；VMT与RMC监控检测技术开发；VMT与MRC智能化开式CMC控制系统开发；系统软件和应用软件开发；智能化机构、材料机电一体化技术；作业状态变量智能化传感技术；机电一体化的多功能及灵巧作业终端；通用智能化开式CNC控制硬软件系统；并联机构运动学及动力学理论；RMC智能控制理论；VMT与RMC典型应用工程开发。
  ②机器人化无人值守和具有自适应能力的多机遥控操作的大型散料输送设备
  包括散料输送系统监控和遥控操作的传感器融合和配置技术；采用智能传感器的现场总线技术；机器人运动规划在等量堆取料、自主操作中的应用；基于广域网的远程实时通讯；具有监测和管理功能的故障诊断系统。
  （4）以机器人为基础的重组装配系统
  ①开放式模块化装配机器人
  包括通用要素的提取；专用件标准化；装配机器人模块CAD设计；通用主流计算机构造的控制器；人机界面方式；网络功能。
  ②面向机器人装配的设计技术
  包括数字化装配与CAD集成技术；产品机器人化装配规划生成技术；产品可装配性模糊评价。
  ③机器人柔性装配系统设计技术
  其中单元技术：供料系统智能化设计、末端执行器快速执行、物流传输及其控制与通讯；集成技术：柔性装配线仿真软件、管理系统。
  ④可重构机器人柔性装配系统设计技术
  开展基于任务和环境的动态重构机器人柔性装配系统理论研究；系统基于自治体（Agent）的分布式控制技术及系统各单元体间的协作规划。
  ⑤装配力觉、视觉技术
  包括高精度、高集成化六维腕力传感技术；视觉识别与定位技术。
  ⑥智能装配策略及其控制
  包括装配状态实时检测和监控；装配顺序和路径智能规划及控制技术。
  （5）多传感器信息融合与配置技术
  ①机器人的传感器配置和融合技术在水泥生产过程控制和污水处理自动控制系统中的应用
  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。
  ②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、实现检测和清污的自主运动；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。

欢迎光临光电工程师社区 (http://bbs.oecr.com/)