先進(jìn)制造技術(shù)——工業(yè)機(jī)器人

1、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人 19201920年，捷克斯洛伐克小說家、劇作家恰年，捷克斯洛伐克小說家、劇作家恰佩克在他寫的科學(xué)幻想戲劇佩克在他寫的科學(xué)幻想戲劇羅素姆萬能機(jī)羅素姆萬能機(jī)器人器人中，塑造了只會(huì)勞動(dòng)不會(huì)思維的機(jī)器中，塑造了只會(huì)勞動(dòng)不會(huì)思維的機(jī)器人形象，捷克語中的人形象，捷克語中的Robota Robota 意為意為“苦力苦力”、 “勞役勞役”，是一種人造勞動(dòng)者。英語，是一種人造勞動(dòng)者。英語RobotRobot由由此衍生而來。此后該詞被歐洲各國語言所吸此衍生而來。此后該詞被歐洲各國語言所吸收而成為專有名詞。收而成為專有名詞。機(jī)器人三原則與機(jī)器人學(xué)Isaac Asimov 在在Im Robot中

2、提出了中提出了“機(jī)器人三原則機(jī)器人三原則” ： 第一條：機(jī)器人不得傷害人類，或無故使人類受到傷害。 第二條：機(jī)器人必須服從人類的命令，除非這條命令與第一條相矛盾。 第三條：機(jī)器人必須保護(hù)自己，除非這種保護(hù)與以上兩條相矛盾。 并首次出現(xiàn)了并首次出現(xiàn)了“機(jī)器人學(xué)機(jī)器人學(xué)Robotics”的概的概念念什么是機(jī)器人學(xué)？ 機(jī)器人學(xué)是人們設(shè)計(jì)和應(yīng)用機(jī)器人的技機(jī)器人學(xué)是人們設(shè)計(jì)和應(yīng)用機(jī)器人的技術(shù)和知識。術(shù)和知識。 機(jī)器人系統(tǒng)不僅由機(jī)器人組成，還需要機(jī)器人系統(tǒng)不僅由機(jī)器人組成，還需要其他裝置和系統(tǒng)連同機(jī)器人一起來共同其他裝置和系統(tǒng)連同機(jī)器人一起來共同完成必需的任務(wù)。完成必需的任務(wù)。 機(jī)器人學(xué)是一門交叉學(xué)科，它

3、得益于機(jī)機(jī)器人學(xué)是一門交叉學(xué)科，它得益于機(jī)械工程、電氣與電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、械工程、電氣與電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物學(xué)以及其他許多學(xué)科。生物學(xué)以及其他許多學(xué)科。 我國科學(xué)家對機(jī)器人的定義是：我國科學(xué)家對機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器化機(jī)器”。 19871987年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了定義：年國際標(biāo)準(zhǔn)化

4、組織對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了定義：“工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動(dòng)控制操作和移動(dòng)功能，工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動(dòng)控制操作和移動(dòng)功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)?！?” 什么是機(jī)器人？機(jī)器人的四大特征 仿生特征：模仿人的肢體動(dòng)作仿生特征：模仿人的肢體動(dòng)作 柔性特征：對作業(yè)具有廣泛適應(yīng)性柔性特征：對作業(yè)具有廣泛適應(yīng)性 智能特征：具有對外界的感知能力智能特征：具有對外界的感知能力 自動(dòng)特征：自動(dòng)完成作業(yè)任務(wù)自動(dòng)特征：自動(dòng)完成作業(yè)任務(wù) 工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人( (通用及專用通用及專用) )一般指用于機(jī)械制一般指用于機(jī)械制造業(yè)中代替人完成具有大批量、高質(zhì)量要求造業(yè)中代替人完成具有大批量、高

5、質(zhì)量要求的工作，如汽車制造、摩托車制造、艦船制的工作，如汽車制造、摩托車制造、艦船制造，某些家電產(chǎn)品造，某些家電產(chǎn)品( (電視機(jī)、電冰箱、洗衣電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)機(jī)) )、化工等行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中的點(diǎn)焊、弧、化工等行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中的點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配，以及物流系統(tǒng)焊、噴漆、切割、電子裝配，以及物流系統(tǒng)的搬運(yùn)、包裝、碼垛等作業(yè)的機(jī)器人。的搬運(yùn)、包裝、碼垛等作業(yè)的機(jī)器人。機(jī)器人機(jī)器人(a) (a) 搬運(yùn)機(jī)器人；搬運(yùn)機(jī)器人；(b) (b) 涂料機(jī)器人；涂料機(jī)器人；(c) (c) 焊接機(jī)器人焊接機(jī)器人 工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人的組成 工業(yè)機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人一

6、般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及位置檢測機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分組成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及位置檢測機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分組成。 (1) (1) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種具有和人手相似的動(dòng)作功能，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種具有和人手相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體或執(zhí)行其它操作的機(jī)械裝可在空間抓放物體或執(zhí)行其它操作的機(jī)械裝置，通常包括如下一些部件：置，通常包括如下一些部件： 手部：又稱抓取機(jī)構(gòu)或夾持器，用于直接手部：又稱抓取機(jī)構(gòu)或夾持器，用于直接抓取工件或工具。此外，在手部安裝的某些抓取工件或工具。此外，在手部安裝的某些專用工具，如焊槍、噴槍、電鉆、螺釘螺帽專用工具，如焊槍、噴槍、電鉆、螺釘螺帽擰緊器等，可視為專用的特殊

7、手部。擰緊器等，可視為專用的特殊手部。 腕部：腕部：是連接手部和手臂的部件，用以調(diào)整是連接手部和手臂的部件，用以調(diào)整手部的姿態(tài)和方位。手部的姿態(tài)和方位。 手臂：手臂：是支承手腕和手部的部件，由動(dòng)力關(guān)是支承手腕和手部的部件，由動(dòng)力關(guān)節(jié)和連桿組成，用以承受工件或工具的負(fù)荷，節(jié)和連桿組成，用以承受工件或工具的負(fù)荷，改變工件或工具的空間位置，并將它們送至改變工件或工具的空間位置，并將它們送至預(yù)定的位置。預(yù)定的位置。 機(jī)座：機(jī)座：包括立柱，是整個(gè)工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)包括立柱，是整個(gè)工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)部件，起著支承和連接的作用。部件，起著支承和連接的作用。 (2) (2) 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大

8、腦，?？刂葡到y(tǒng)是機(jī)器人的大腦，支配著機(jī)器人按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人支配著機(jī)器人按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予的指令信息們給予的指令信息( (如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度等運(yùn)動(dòng)速度等) )，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出執(zhí)行指令。行機(jī)構(gòu)發(fā)出執(zhí)行指令。 (3) (3) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是按照控制系統(tǒng)發(fā)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是按照控制系統(tǒng)發(fā)來的控制指令進(jìn)行信息放大，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來的控制指令進(jìn)行信息放大，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，常用的有液壓、氣壓、電運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，常用的有液壓、氣壓、電氣和機(jī)械等四種傳動(dòng)形式。氣和機(jī)械等四種傳動(dòng)形式。 (

9、4) (4) 位置檢測裝置位置檢測裝置 位置檢測裝置通過力、位置、觸覺、視覺等位置檢測裝置通過力、位置、觸覺、視覺等傳感器檢測機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)位置和工作狀態(tài)，傳感器檢測機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)位置和工作狀態(tài)，并隨時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，以便使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以并隨時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，以便使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定的位置。一定的精度達(dá)到設(shè)定的位置。工業(yè)機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人的分類 1) 1) 按系統(tǒng)功能分類按系統(tǒng)功能分類 (1) (1) 專用機(jī)器人專用機(jī)器人：在固定地點(diǎn)以固定程序工作：在固定地點(diǎn)以固定程序工作的機(jī)器人。其結(jié)構(gòu)簡單，無獨(dú)立控制系統(tǒng)，的機(jī)器人。其結(jié)構(gòu)簡單，無獨(dú)立控制系統(tǒng)，造價(jià)低廉，如附設(shè)在加工中心機(jī)床上的自動(dòng)造

10、價(jià)低廉，如附設(shè)在加工中心機(jī)床上的自動(dòng)換刀機(jī)械手。換刀機(jī)械手。 (2) (2) 通用機(jī)器人：通用機(jī)器人： 具有獨(dú)立控制系統(tǒng)，通過改變控制程序能完具有獨(dú)立控制系統(tǒng)，通過改變控制程序能完成多種作業(yè)的機(jī)器人。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作范成多種作業(yè)的機(jī)器人。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，適用于不斷圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的柔性制造系統(tǒng)。變換生產(chǎn)品種的柔性制造系統(tǒng)。 (3) (3) 示教再現(xiàn)式機(jī)器人：示教再現(xiàn)式機(jī)器人： 具有記憶功能，在操作者的示教操作后，能具有記憶功能，在操作者的示教操作后，能按示教的順序、位置、條件與其他信息反復(fù)按示教的順序、位置、條件與其他信息反復(fù)重現(xiàn)

11、示教作業(yè)。重現(xiàn)示教作業(yè)。 (4) (4) 智能機(jī)器人：智能機(jī)器人： 采用計(jì)算機(jī)控制，具有視覺、聽覺、觸覺等采用計(jì)算機(jī)控制，具有視覺、聽覺、觸覺等多種感覺功能和識別功能機(jī)器人，通過比較多種感覺功能和識別功能機(jī)器人，通過比較和識別，能自主作出決策和規(guī)劃，自動(dòng)進(jìn)行和識別，能自主作出決策和規(guī)劃，自動(dòng)進(jìn)行信息反饋，完成預(yù)定的動(dòng)作。信息反饋，完成預(yù)定的動(dòng)作。 2) 2) 按驅(qū)動(dòng)方式分類按驅(qū)動(dòng)方式分類 (1) (1) 氣壓傳動(dòng)機(jī)器人氣壓傳動(dòng)機(jī)器人：以壓縮空氣作為動(dòng)力源：以壓縮空氣作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，具有動(dòng)作迅速、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，具有動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的特點(diǎn)，適用于高速輕載

12、、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的特點(diǎn)，適用于高速輕載、高溫和粉塵大的作業(yè)環(huán)境。高溫和粉塵大的作業(yè)環(huán)境。 (2) (2) 液壓傳動(dòng)機(jī)器人液壓傳動(dòng)機(jī)器人：采用液壓元器件驅(qū)動(dòng)，：采用液壓元器件驅(qū)動(dòng)，具有負(fù)載能力強(qiáng)、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作具有負(fù)載能力強(qiáng)、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏的特點(diǎn)，適用于重載或低速驅(qū)動(dòng)場合。靈敏的特點(diǎn)，適用于重載或低速驅(qū)動(dòng)場合。 (3) (3) 電氣傳動(dòng)機(jī)器人電氣傳動(dòng)機(jī)器人：用交流或直流伺服電：用交流或直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人，不需要中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人，不需要中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快，控制精度高，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快，控制精度高，是近年來常用的機(jī)器人傳動(dòng)

13、方式。是近年來常用的機(jī)器人傳動(dòng)方式。直角坐標(biāo)機(jī)器人直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單；結(jié)構(gòu)簡單；定位精度高；定位精度高；空間因數(shù)低；空間因數(shù)低；用于印刷電路基用于印刷電路基板的元件插入、板的元件插入、緊固螺絲等。緊固螺絲等。3）按操作機(jī)的位置機(jī)構(gòu)形式分類：圓柱坐標(biāo)型圓柱坐標(biāo)型結(jié)構(gòu)簡單；結(jié)構(gòu)簡單；剛性好；剛性好；空間利用率低；空間利用率低；用于重物的裝卸和搬用于重物的裝卸和搬運(yùn)，例如運(yùn)，例如Versatran機(jī)器人機(jī)器人極坐標(biāo)、球坐標(biāo)型極坐標(biāo)、球坐標(biāo)型結(jié)構(gòu)緊湊，所結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間較小。占空間較小。水平多關(guān)節(jié)型水平多關(guān)節(jié)型垂直方向上的垂直方向上的剛性好，適于剛性好，適于裝配工作裝配工作垂直多關(guān)節(jié)垂直多關(guān)節(jié)動(dòng)

14、作范圍寬；動(dòng)作范圍寬；結(jié)構(gòu)剛度低；結(jié)構(gòu)剛度低；精度較低；精度較低；裝配、搬運(yùn)、裝配、搬運(yùn)、弧焊、噴涂、弧焊、噴涂、點(diǎn)焊等點(diǎn)焊等4）按照機(jī)器人的用途分類：）按照機(jī)器人的用途分類： 工業(yè)機(jī)器人：工業(yè)機(jī)器人： 焊接、噴漆、碼垛、裝配、搬運(yùn)焊接、噴漆、碼垛、裝配、搬運(yùn) 農(nóng)業(yè)機(jī)器人：農(nóng)業(yè)機(jī)器人： 耕種、施肥、噴藥、嫁接、移載、收獲、灌溉、養(yǎng)殖耕種、施肥、噴藥、嫁接、移載、收獲、灌溉、養(yǎng)殖 探索機(jī)器人：探索機(jī)器人： 水下、太空、空間、危險(xiǎn)環(huán)境水下、太空、空間、危險(xiǎn)環(huán)境 服務(wù)機(jī)器人：服務(wù)機(jī)器人： 清潔、護(hù)理、救援、娛樂、保安清潔、護(hù)理、救援、娛樂、保安 其它機(jī)器人：其它機(jī)器人：醫(yī)療、福利、林業(yè)、漁業(yè)、建筑等

15、醫(yī)療、福利、林業(yè)、漁業(yè)、建筑等工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用 1) 1) 在摩托車行業(yè)中的應(yīng)用在摩托車行業(yè)中的應(yīng)用 海南新大洲摩托車廠用海南新大洲摩托車廠用4 4臺弧焊機(jī)器人工作站臺弧焊機(jī)器人工作站完成新大洲完成新大洲5050系列摩托車的車架焊接。該生系列摩托車的車架焊接。該生產(chǎn)線自產(chǎn)線自19981998年年3 3月投入運(yùn)行以來，運(yùn)行良好，月投入運(yùn)行以來，運(yùn)行良好，性能穩(wěn)定。性能穩(wěn)定。 南京金城機(jī)械有限公司在其南京金城機(jī)械有限公司在其125-7D125-7D車架的生車架的生產(chǎn)線上使用了產(chǎn)線上使用了7 7臺機(jī)器人用于焊接和切割，提臺機(jī)器人用于焊接和切割，提高了產(chǎn)品的一致性。高了產(chǎn)品的一致性。

16、2) 2) 在電子、家電行業(yè)中的應(yīng)用在電子、家電行業(yè)中的應(yīng)用 機(jī)器人的應(yīng)用改變了韻聲集團(tuán)八音琴全靠手機(jī)器人的應(yīng)用改變了韻聲集團(tuán)八音琴全靠手工裝配的歷史，提高了企業(yè)形象，積累了經(jīng)工裝配的歷史，提高了企業(yè)形象，積累了經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)了人才，為企業(yè)的下一步發(fā)展打下驗(yàn)，培養(yǎng)了人才，為企業(yè)的下一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。了基礎(chǔ)。3) 3) 在石化行業(yè)中的應(yīng)用在石化行業(yè)中的應(yīng)用 哈工大博實(shí)公司自主開發(fā)的哈工大博實(shí)公司自主開發(fā)的“自動(dòng)包裝機(jī)器自動(dòng)包裝機(jī)器人碼垛生產(chǎn)線人碼垛生產(chǎn)線”應(yīng)用于大慶石化公司應(yīng)用于大慶石化公司1010萬噸萬噸/ /年聚丙烯生產(chǎn)裝置，年聚丙烯生產(chǎn)裝置，全線實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)運(yùn)行，全線實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)運(yùn)行， 動(dòng)作平穩(wěn)

17、可靠，運(yùn)行速度快，稱重精度高，動(dòng)作平穩(wěn)可靠，運(yùn)行速度快，稱重精度高，縫口位置準(zhǔn)確，碼垛垛形整齊。縫口位置準(zhǔn)確，碼垛垛形整齊。 4) 4) 在采礦業(yè)中的應(yīng)用在采礦業(yè)中的應(yīng)用 (1) (1) 特殊煤層采掘機(jī)器人特殊煤層采掘機(jī)器人 目前，一般煤礦都用綜合機(jī)械化采煤機(jī)采煤，目前，一般煤礦都用綜合機(jī)械化采煤機(jī)采煤，但對于薄煤層這類特殊情況，但對于薄煤層這類特殊情況， 運(yùn)用綜合機(jī)械化采煤機(jī)采煤就很不方便，有運(yùn)用綜合機(jī)械化采煤機(jī)采煤就很不方便，有時(shí)甚至是不可能的，而人工采煤作業(yè)又十分艱時(shí)甚至是不可能的，而人工采煤作業(yè)又十分艱苦和危險(xiǎn)，但如果舍棄薄煤層，又會(huì)造成資源苦和危險(xiǎn)，但如果舍棄薄煤層，又會(huì)造成資源的極

18、大浪費(fèi)。因此，的極大浪費(fèi)。因此，采用遙控機(jī)器人進(jìn)行特殊采用遙控機(jī)器人進(jìn)行特殊煤層的采掘是最佳的方法。煤層的采掘是最佳的方法。這種采掘機(jī)器人應(yīng)這種采掘機(jī)器人應(yīng)該能拿起各種工具，比如高速轉(zhuǎn)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和該能拿起各種工具，比如高速轉(zhuǎn)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和其它采爆器械等，并且能操作這些工具。這種其它采爆器械等，并且能操作這些工具。這種機(jī)器人的肩部應(yīng)裝有強(qiáng)光源和視覺傳感器，這機(jī)器人的肩部應(yīng)裝有強(qiáng)光源和視覺傳感器，這樣能及時(shí)將采區(qū)前方的情況傳樣能及時(shí)將采區(qū)前方的情況傳 送給操作人員。送給操作人員。 (2) (2) 鑿巖機(jī)器人鑿巖機(jī)器人。這種機(jī)器人可以利用傳感。這種機(jī)器人可以利用傳感器來確定巷道的上緣，這樣就可以自動(dòng)瞄準(zhǔn)器來確定巷道的上緣，這樣就可以自動(dòng)瞄準(zhǔn)巷道縫，然后把鉆頭按規(guī)定的間隔布置好，巷道縫，然后把鉆頭按規(guī)定的間隔布置好，鉆孔過程用微機(jī)控制，鉆孔過程用微機(jī)控制，隨時(shí)根據(jù)巖石硬度調(diào)隨時(shí)根據(jù)巖石硬度調(diào)整鉆頭的轉(zhuǎn)速、力的大小以及鉆孔的形狀整鉆頭的轉(zhuǎn)速、力的大小以及鉆孔的形狀，這樣可以大大提高生產(chǎn)率，人只要在安全的