自動化專業(yè)前沿課論文

1、工業(yè)機(jī)器人自動化專業(yè)前沿課論文電氣工程與自動化學(xué)院自動化.班工業(yè)機(jī)器人是20世紀(jì)重大高科技成果之一，機(jī)器人產(chǎn)品已在社會的許多領(lǐng)域得到 廣泛應(yīng)用，為提高世界工業(yè)自動化水平發(fā)揮了重要作用。 從機(jī)器人誕生到現(xiàn)在，機(jī)器人 技術(shù)經(jīng)歷了一個長期緩慢的發(fā)展過程。 隨著計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快 速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)代表了機(jī)電一體化技術(shù)的最高研究 成果，涉及機(jī)械工程、電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制理論及人工智能等多門學(xué)科， 是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。工業(yè)機(jī)器人是一種能自動控制、可重復(fù)編程、 多功能、多自由度的操作機(jī)。它們通常配有機(jī)械手、刀具或其它可裝配的加工具，

2、能夠 搬運材料、工件，完成各種作業(yè)，是一種柔性自動化設(shè)備。一、工業(yè)機(jī)器人簡介工業(yè)機(jī)器人是指在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用的機(jī)器人， 是一種能自動控制的，可重復(fù)編程的、 多功能的、多自由的、多用途的操作機(jī)，是集機(jī)械、電子、控制、計算機(jī)、傳感器、人 工智能等多學(xué)科先進(jìn)金屬于一體的重要現(xiàn)代化制造業(yè)自動化裝備。工業(yè)機(jī)器人已成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）、工廠自動化（FA）、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動工具。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實用機(jī)型是 1962年美國AMF公司推的“ VERSTRAN”和 UNIMATION公司推出的“UNIMATE 這些工業(yè)機(jī)器人的控制方式與數(shù)控機(jī)床大致相 似，但外形特征迥異，主要由類似人的

3、手和臂組成。如今，國際上工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用范圍越來越廣泛，現(xiàn)已從傳統(tǒng)制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到諸如采礦、建筑、農(nóng)業(yè)、災(zāi)難救災(zāi)等各種非制造行。二、工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及工作原理1、結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)包括機(jī)身，臂部，手腕，末端操作器和行走機(jī)構(gòu)等部分組成， 每一部分都有若干自由度的機(jī)械系統(tǒng)。止匕外，有的機(jī)器人還具有行走機(jī)構(gòu)，若具有行走 機(jī)構(gòu)則構(gòu)成行走機(jī)器人，若沒有則構(gòu)成單機(jī)器人手臂。工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械機(jī)械系統(tǒng)相當(dāng) 于人的身體（骨骼，手，臂，腿等）。驅(qū)動系統(tǒng)主要是指驅(qū)動機(jī)械系統(tǒng)動作的驅(qū)動裝置。這部分的作用相當(dāng)于人的肌肉。根據(jù)驅(qū)動源的不同，驅(qū)動系統(tǒng)分為電氣，液壓，氣壓以及把它們結(jié)合起來應(yīng)

4、用的綜合系 統(tǒng)。電氣驅(qū)動在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用的最為廣泛， 主要分為步進(jìn)電動機(jī)，直流伺服電機(jī)和 交流伺服電機(jī)三種。液壓驅(qū)動運動平穩(wěn)，且負(fù)載能力大，對于重載的搬運和零件加工機(jī) 器人，采用液壓驅(qū)動比較合理。但液壓驅(qū)動管道復(fù)雜，清潔困難，因此限制了在裝配作 業(yè)中的作用。無論電氣還是液壓驅(qū)動的機(jī)器人，其手爪的開合都采用氣動形式。控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序及從傳感器反饋回來的信號，控制機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其完成規(guī)定的運動和功能。如果機(jī)器人不具備信息反饋特征，則該 控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)；如果機(jī)器人具備信息反饋特征，則還控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控 制系統(tǒng)。該部分主要由計算機(jī)硬件和控制軟件組成。軟件主要

5、有人與機(jī)器人聯(lián)系的人機(jī) 交互系統(tǒng)和控制算法等組成。該部分的作用相當(dāng)于人的大腦。感知系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器和外部傳感器組成，其作用是獲取機(jī)器人內(nèi)部和外部環(huán)境信 息，并把這些信息反饋給控制系統(tǒng)。內(nèi)部狀態(tài)傳感器用于檢測各個關(guān)節(jié)的位置， 速度等 變量，為閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)提供反饋信息。外部狀態(tài)傳感器用于檢測機(jī)器人與周圍環(huán)境 之間的一些狀態(tài)變量，如距離，接近程度和接觸情況等，用于引導(dǎo)機(jī)器人，便于其實別 物體并作出相應(yīng)處理。該部分的作用相當(dāng)于人的五官。2、工作原理及應(yīng)用機(jī)器人系統(tǒng)實際上是一個典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)， 其工作原理為：控制系統(tǒng)發(fā)出動 作指令，控制驅(qū)動器動作，驅(qū)動器帶動機(jī)械系統(tǒng)運動，使末端操作器到達(dá)空間某

6、一位置 和實現(xiàn)某一姿態(tài)，實施一定的作業(yè)任務(wù)。末端操作器在空間的實時位姿由感知系統(tǒng)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)把實際位姿與目標(biāo)位姿相比較，發(fā)出下一個動作指令，如此循環(huán)， 直到完成作業(yè)任務(wù)為止。工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、 頻繁和重復(fù)的長時間作業(yè)，或是危 險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、 機(jī)械加工、金屬制品業(yè)和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體 有害物料的搬運或工藝操作。在日、美、西歐等一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中， 工業(yè)機(jī)器人得 到越來越廣泛的應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人功能和性能的不斷改善和提高， 機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域日益在 擴(kuò)大

7、，其應(yīng)用范圍已不限于工業(yè)，還用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通運輸業(yè)、原子能工業(yè)、醫(yī)療、 福利事業(yè)、海洋和深空探測等事業(yè)中。三、工業(yè)機(jī)器人最新進(jìn)展情況(1)機(jī)器人操作機(jī)：通過有限元分析、模態(tài)分析及仿真設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法的運用，機(jī)器人操作機(jī)已實現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計。以德國 KUKM司為代表的機(jī)器人公司，已將機(jī) 器人并聯(lián)平行四邊形結(jié)構(gòu)改為開鏈結(jié)構(gòu)， 拓展了機(jī)器人的工作范圍，加之輕質(zhì)鋁合金材 料的應(yīng)用，大大提高了機(jī)器人的性能。此外采用先進(jìn)的 RV減速器及交流伺服電機(jī)，使 機(jī)器人操作機(jī)幾乎成為免維護(hù)系統(tǒng)。(2)并聯(lián)機(jī)器人：采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，利用機(jī)器人技術(shù)，實現(xiàn)高精度測量及加工，這 是機(jī)器人技術(shù)向數(shù)控技術(shù)的拓展，為將來實現(xiàn)機(jī)器人

8、和數(shù)控技術(shù)一體化奠定了基礎(chǔ)。 意 大利COMAU司，日本FANUC?公司已開發(fā)出了此類產(chǎn)品。(3)控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高，已由過去控制標(biāo)準(zhǔn)的6軸機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制21軸甚至27軸，并且實現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。 人機(jī)界面更加 線編程已實現(xiàn)實用化。友好，基于圖形操作的界面也已問世編程方式仍以示教編程為主，但在某些領(lǐng)域的離(4)傳感系統(tǒng)：激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器在機(jī)器人系統(tǒng)中已得到成功應(yīng)用，并實現(xiàn)了焊縫自動跟蹤和自動化生產(chǎn)線上物體的自動定位以及精密裝配作業(yè)等，大大提高了機(jī)器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應(yīng)性。日本KAWASAKI YASKAWAFANUC：瑞典ABB德國KUKA REIS等公司皆推出了此類產(chǎn)品。(5)網(wǎng)絡(luò)通信功能：日本YASKAWA德國KUKA公司的最新機(jī)器人控制器已實現(xiàn)了 與Canbus Profibus總線及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，使機(jī)器人由過去的獨立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)