工業(yè)機器人結(jié)課論文

1、 機械與#學院工業(yè)機器人結(jié)課論文（2013-2014學年第一學期） 論文題目：認識工業(yè)機器人姓名： 陳koujin學號： 班級： 機械電子工程18班指導老師：mayuanla老師時間：2013年01月28日成績： 摘要 近年來，高速發(fā)展的經(jīng)濟和工業(yè)技術(shù)，為我國工業(yè)機器人的發(fā)展提供了良好的條件，工業(yè)機器人也越來越受到重視，工業(yè)機器人的運用帶來了客觀的經(jīng)濟效益，國家經(jīng)濟的快速穩(wěn)定發(fā)展離不開工業(yè)化，離不開更加先進的工業(yè)機器人的運用。論文主要介紹了工業(yè)機器人的應用、發(fā)展和工業(yè)機器人的簡單知識，力爭對工業(yè)機器人有初步的正確的認識。關鍵詞： 工業(yè)技術(shù) ，工業(yè)化 ，工業(yè)機器人Abstract In rece

2、nt years，the high speed development of economy and industrial technology，for the development of our country industrial robot to provide a good conditions.industrial robot had taken more and more attention.the use of industrial robot have produced the objective economic benefits. The country's ec

3、onomic rapid and steady development cannot leave the industrialization,it also can not to leave the use of more advanced industrial robot.This paper introduce the use of industrial robot、the develop of industrial robot and simple knowledge about industrial robot，word hard for making right simple rec

4、ognize about industrial robot.Key words: technology industrialization industrial robot目錄摘要- 1 -Abstract- 1 -緒論- 2 -一： 工業(yè)機器人的應用和發(fā)展- 2 -1.1工業(yè)機器人的應用- 2 -1.2工業(yè)機器人的發(fā)展- 3 -二： 工業(yè)機器人的基本組成及技術(shù)參數(shù)- 3 -2.1 工業(yè)機器人的基本組成- 3 -2.2 工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)- 5 -三： 工業(yè)機器人的控制- 5 -3.1 工業(yè)機器人控制基礎- 5 -3.2 工業(yè)機器人的驅(qū)動器- 6 -四： 工業(yè)機器人的傳感器- 6 -4.1

5、工業(yè)機器人傳感器的分類及要求- 6 -4.2常用工業(yè)機器人傳感器- 7 -五： 結(jié)語- 8 -六： 參考文獻- 9 -緒論機器人英文名稱“Robot”，由最早的意義是像奴隸那樣進行勞動的機器。受到各種影視宣傳和科幻小說的影響，我們對機器人的印象很多是外貌和人相似的機器和電子裝備。但現(xiàn)實機器人并非如此，尤其這次要說的工業(yè)機器人，它與人的外貌沒有絲毫相似之處，在公寓應用場合經(jīng)常被稱為“機械手”。隨著時代的發(fā)展機器人的定義發(fā)生變化，但工業(yè)機器人的定義已經(jīng)基本確定，根據(jù)國家標準，工業(yè)機器人是“其操作機是自動控制的，可以重復編程的多用途的，并且可對3個以上軸進行編程?？梢允枪潭ㄊ交蛘咭苿邮健保渲胁僮鳈C

6、定義是“一種機器，其結(jié)構(gòu)通常由一系列互相鉸接或者相對滑動的構(gòu)件所組成，一般有幾個自由度，可以用以抓取或移動物體”。所以工業(yè)機器人可以認為是一種擬人手腕、手臂和手功能的機械電子裝置，可以把任一物體或者工具按要求進行空間位置的轉(zhuǎn)移，完成工業(yè)作業(yè)要求。如對汽車進行點焊或弧焊，夾持焊槍，給壓鑄機或成型機上下料，裝配機械零部件，甚至噴漆作業(yè)等等。 機器人自20世紀60年代問世以來，經(jīng)過40多年發(fā)展，現(xiàn)在以廣泛應用于各個領域，成為航空航天、深海探密，制造業(yè)生產(chǎn)自動化的主要機電一體化設備。一： 工業(yè)機器人的應用和發(fā)展1.1 工業(yè)機器人的應用機器人最早應用于汽車制造公業(yè)，用于焊接、噴漆、上下料和搬運。它可以代

7、替人從事危險、有毒、有害、低溫和高熱等惡劣環(huán)境的工作；代替人完成單調(diào)、繁重的重復勞動，提高了勞動生存率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。例如在壓鑄車間及核工業(yè)等領域作業(yè)對人體健康有害或危及生命不適宜人進行作業(yè)、火山探險、深海探險、極地探索及空間探索等領域?qū)θ祟悂碚f力所不能的特殊作業(yè)場所、自動化生產(chǎn)領域（單調(diào)重復）、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事應用。所有這些我們都可以看出機器人的應用有：減少勞動力費用、提高生存率、增加制作過程柔性、改進產(chǎn)品質(zhì)量、減少材料浪費、降低生產(chǎn)成本、控制和加快庫存周轉(zhuǎn)、消除危險和惡劣的勞動崗位等各種好處。1.2 工業(yè)機器人的發(fā)展1954年，美國人George C. Devol 在他申請的專利“Prog

8、rammed article transfer”中，首次提成“示教再現(xiàn)機器人的概念”。1958年，“工業(yè)機器人之父”Joseph F. Engel Berger 創(chuàng)建了世界上第一個機器人公司，并參加設計了第一臺Unimate機器人。1970年在伊利諾斯工學院召開了全美第一屆工業(yè)機器人會議，此時的美國已經(jīng)有200余臺工業(yè)機器人工作在自動化生產(chǎn)線上了。日本機器人的發(fā)展則經(jīng)過了20世紀60年代的搖籃曲、70年代的實用化時期、80年代的普及、提高期三個階段。1967年，日本東京機械貿(mào)易公司首次從美國AMF公司引進了Versatran機器人。1968年，日本川琦重公業(yè)公司又從美國Unimation 公司

9、引進Unimation 機器人，1970年實現(xiàn)了國產(chǎn)化。從此日本進入了開發(fā)和運用機器人技術(shù)的時期。幾年后，美國反而要從日本進口機器人。1983年，美國從日本進口的機器人達到進口機器人的78%.日本的工業(yè)機器人制造技術(shù)現(xiàn)在依然處于領先水平，日本的專業(yè)和業(yè)余機器人愛好者的比例也為世界之首。我國工業(yè)機器人起步于20世紀70年代初期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，大致可以分為三個階段：70年代的萌芽期、80年代的開發(fā)期、90年代的適用化期。目前，我國研制的工業(yè)機器人已經(jīng)達到工業(yè)運用水平，國家也對工業(yè)機器人的發(fā)展很重視，越來越多的企業(yè)和科研人員投入到機器人的開發(fā)和研究中。隨著人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)及先進制造業(yè)技

10、術(shù)的飛速發(fā)展，機器人在技術(shù)層次和功能上也有了很大的提高，移動機器人（水下游泳機器人、飛行機器人）和機器人的視覺和觸覺等就是先進技術(shù)的代表。當前，與信息技術(shù)的融合和交互產(chǎn)生了“軟件機器人”“網(wǎng)絡機器人”，這些充分說明了機器人技術(shù)始終代表最流行最前沿的技術(shù)。二： 工業(yè)機器人的基本組成及技術(shù)參數(shù)2.1 工業(yè)機器人的基本組成工業(yè)機器人由六個子系統(tǒng)三大部分組成。三大部分是：傳感部分、控制部分、機械部分。六個子系統(tǒng)是：機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)，如圖1.21所示。六個子系統(tǒng)的作用分述如下： 圖1.21 機器人系統(tǒng)組成（1） 機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)工業(yè)機器人的機械結(jié)

11、構(gòu)系統(tǒng)由手臂、手腕、末端操作器、機身四大件組成，每一大件都有若干自由度，構(gòu)成了一個多自由度的機械系統(tǒng)。手臂一般由手腕、上臂、下臂組成。末端操作器是直接裝在手腕上的重要部件，可以是二手指或多手指的手爪，也可以是噴漆槍、焊具等作業(yè)工具。（2） 感受系統(tǒng)感受系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器和外部傳感器組成，獲取有意義的內(nèi)部和外部信息。也可以運用智能傳感器提高機器人的機動性、智能化的水平和適應性。人類的感受系統(tǒng)對感知外部世界信息極其靈敏。而對于一些特殊信息機器人的傳感器比人類的感受系統(tǒng)更有效、更準確。（3） 驅(qū)動系統(tǒng)使機器人運行起來需要各個關節(jié)安置傳動裝置，這就是驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)可以是氣壓、液壓或電動的，也可以是把

12、它們結(jié)合一起應用的綜合系統(tǒng)?？梢允侵苯域?qū)動或者通過同步帶、輪系、鏈條、諧波齒輪等機械傳動機構(gòu)進行間接驅(qū)動。（4） 機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)機器人環(huán)境交互系統(tǒng)實現(xiàn)了工業(yè)機器人與外部環(huán)境中的設備互相聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。工業(yè)機器人與外部設備集成為一個功能單元。當然也可以是多臺機器人、多個零件存儲裝置、多臺機床或設備等集成一個去執(zhí)行復雜任務的功能單元。（5） 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的任務是根據(jù)機器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來的信號支配機器人的執(zhí)行機構(gòu)完成規(guī)定的功能和運動。（6） 人機交互系統(tǒng) 人機交互系統(tǒng)是使操作人員參與機器人交互進行的裝置，可分為兩大類：信息顯示裝置，如顯示器等；指令給定裝置，如示教盒

13、、觸摸屏等。2.2 工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)是各工業(yè)機器人制造商在產(chǎn)品供貨時所提供的技術(shù)數(shù)據(jù)，也是工業(yè)機器人性能的主要表現(xiàn)。工業(yè)機器人的主要技術(shù)參數(shù)一般應包括自由度、工作范圍、重復定位精度、最大工作速度、承受能力等自由度是指機器人所具有的獨立坐標軸運動的數(shù)目，不包括手爪（末端操作器）的開合自由度。從運動學的觀點，在完成某一特定作業(yè)時具有多余自由度的機器人叫做冗余自由度機器人。冗余自由度可以增加機器人的靈活性，躲避障礙物和改善動力性能。無論工業(yè)機器人的自由度有多少，在運動形式上分直線運動（P）和旋轉(zhuǎn)運動（R），如RPRR表示有四個運動自由度，從基座到臂端，關節(jié)的運動方式旋轉(zhuǎn)-直線

14、-旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)。工作范圍是機器人手臂末端或者手腕中心所能到達的所有點的集合。工作范圍的大小和形狀是很重要的，機器人在執(zhí)行作業(yè)時可能會因為作業(yè)死區(qū)（手部不能到達）而不能完成任務。工業(yè)機器人的精度是指定位精度和重復定位精度。定位精度指機器人手部實際到達位置同目標位置的差異。重復定位精度是機器人重復定位其手部于同一目標位置的能力。工業(yè)機器人的速度和加速度是衡量機器人運動特性的主要指標。承載能力指機器人在工作范圍內(nèi)所能承受的最大質(zhì)量。承載能力既取決于負載的質(zhì)量，也跟機器人運行速度和加速度的大小和方向有關。三： 工業(yè)機器人的控制3.1 工業(yè)機器人控制基礎工業(yè)機器人的控制技術(shù)是在傳統(tǒng)機械系統(tǒng)的控制技術(shù)的基礎

15、上發(fā)展起來的，因此兩者之間十分相似，但工業(yè)機器人控制系統(tǒng)也有許多特殊之處。其特點如下： （1）工業(yè)機器人有若干關節(jié)，典型工業(yè)機器人有五到六個關節(jié)，每個關節(jié)由一個伺服系統(tǒng)控制，多個關節(jié)的運動要求各個伺服系統(tǒng)協(xié)同工作。（2）工業(yè)機器人的工作任務是要求操作機的手部進行空間點位運動或連續(xù)軌跡運動，對工業(yè)機器人的運動控制，需要進行復雜的坐標變換運算，以及矩陣函數(shù)的逆運算。（3）工業(yè)機器人的數(shù)學模型是一個多變量、非線性和變參數(shù)的復雜模型，各變量之間還存在著耦合，因此工業(yè)機器人的控制中經(jīng)常使用前饋、補償、解耦和自適應等復雜控制技術(shù)。 （4）較高級的工業(yè)機器人要求對環(huán)境條件、控制指令進行測定和分析，采用計算機

16、建立龐大的信息庫，用人工智能的方法進行控制、決策、管理和操作，按照給定的要求，自動選擇最佳控制規(guī)律。 總而言之機器人控制系統(tǒng)是一個與運動學和動力學原理密切相關的、非線性的、耦合的多變量控制系統(tǒng)。3.2 工業(yè)機器人的驅(qū)動器驅(qū)動器是把從動力源獲得的能量變換成機械能，從而機器人各關節(jié)工作的裝置，驅(qū)動器一般有步進電機驅(qū)動器、氣壓驅(qū)動器、液壓驅(qū)動器、直流電機驅(qū)動器、交流電機驅(qū)動器，還有一些特殊的新型驅(qū)動器。步進電機驅(qū)動器是一種將輸入脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應角位移的旋轉(zhuǎn)電機，能實習高精度的角度控制。步進電機驅(qū)動器可以對數(shù)字信號直接進行控制，所以能夠很容易地與微型計算機相連接，是位置控制中不可或缺的執(zhí)行裝置。步進

17、電機無需反饋控制，電路簡單，可以用微型計算機控制，停止時能保持轉(zhuǎn)矩，維護簡單，但工作效率低，有時出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，容易引起失步。氣壓驅(qū)動器是把壓縮的空氣的能量轉(zhuǎn)變成直線、旋轉(zhuǎn)或者擺動等運動來驅(qū)動機械做功。氣動驅(qū)動器結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜且體積??；對使用環(huán)境無特殊要求；力和運動轉(zhuǎn)換簡單，維護簡單，組成系統(tǒng)容易。液壓驅(qū)動器可以把液壓能轉(zhuǎn)化成直線運動、旋轉(zhuǎn)運動或擺動運動的機械能，從而帶動機械做功的裝置。直流電機驅(qū)動器。我們知道使用直流電源的電機叫做直流電機。直流電機使用簡單，只要把直流電機的端連接到直流電源上就可以運轉(zhuǎn)。直流電機是一種具有優(yōu)良控制特性的電機。交流伺服電機的最大特點就是免維護，交流伺服電機沒有

18、直流伺服電機的機械接觸部分，因此可以免維護。新型驅(qū)動器隨著材料科學和制造技術(shù)的發(fā)展會越來越多，這些驅(qū)動器有的已經(jīng)運用于機器人，例如超聲波驅(qū)動器、形狀記憶金屬驅(qū)動器、磁致伸縮驅(qū)動器、靜電驅(qū)動器。四： 工業(yè)機器人的傳感器4.1 工業(yè)機器人傳感器的分類及要求工業(yè)機器人根據(jù)所完成的任務不同，一般配置的傳感器類型和規(guī)格不同，一般分為外部信息傳感器和內(nèi)部信息傳感器。外部信息傳感器主要用來采集機器人和外部環(huán)境以及工作對象之間相互作用的信息；內(nèi)部信息傳感器主要用來采集機器人本體、手爪和關節(jié)的速度、加速度和位移。對工業(yè)機器人傳感器的一般要求如下：（1）精度高、重復性好。傳感器的精度直接影響機器人的工作質(zhì)量。機器

19、人能否準確無誤的正常工作，往往取決于傳感器的測量精度。（2）抗干擾能力強。工業(yè)機器人的工作環(huán)境都很惡劣，所以應當能夠承受強電磁干擾、強振動，能夠在高溫、高壓、高污染的環(huán)境中正常工作。（3）穩(wěn)定性好，可靠性高。保證機器人能夠長期穩(wěn)定的工作的必要條件就是傳感器的穩(wěn)定性和可靠性。機器人經(jīng)常在無人看管的環(huán)境下代替人勞動，如果工作過程出現(xiàn)錯誤，輕則生產(chǎn)無法繼續(xù)進行重則造成嚴重事故。所以穩(wěn)定性和可靠性至關重要。（4）價格便宜?？山档蜋C器人生產(chǎn)成本。（5）體積小、質(zhì)量輕、安裝方便。安裝在機器人手臂等運動部件上的傳感器質(zhì)量要小，否則會加大運動部件的慣性，影響運動性能。4.2常用工業(yè)機器人傳感器機器人的接觸覺，

20、為使機器人準確完成工作，需時刻檢測工業(yè)機器人與對象物體的配合關系，所以需要觸覺傳感器。機器人的觸覺可分為接觸覺、接近覺、力覺、壓覺和滑覺。接觸覺傳感器主要判斷機器人(主要指四肢)是否接觸到外界物體或測量被接觸物體的特征的傳感器。接觸覺傳感器有微動開關、含碳海綿、導電橡膠、碳素纖維、氣動復位式裝置等類型。微動開關：由彈簧和觸頭構(gòu)成。觸頭接觸外界物體后離開基板，造成信號通路斷開，從而測到與外界物體的接觸。微動開關的優(yōu)點是使用方便、結(jié)構(gòu)簡單，缺點是易產(chǎn)生機械振蕩和觸頭易氧化。含碳海綿式：它在基板上裝有海綿構(gòu)成的彈性體，在海綿中按陣列布以含碳海綿。接觸物體受壓后,含碳海綿的電阻減小,測量流經(jīng)含碳海綿電

21、流的大小，可確定受壓程度。這種傳感器也可用作壓力覺傳感器。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、彈性好。缺點是碳素分布均勻性直接影響測量結(jié)果和受壓后恢復能力較差。導電橡膠式：以導電橡膠為敏感元件。當觸頭接觸外界物體受壓后，壓迫導電橡膠，使它的電阻發(fā)生改變，從而使流經(jīng)導電橡膠的電流發(fā)生變化。這種傳感器的缺點是由于導電橡膠的材料配方存在差異，出現(xiàn)的漂移和滯后特性也不一致，優(yōu)點是具有柔性。碳素纖維式：以碳素纖維為上表層，下表層為基板，中間裝以氨基甲酸酯和金屬電極。接觸外界物體時碳素纖維受壓與電極接觸導電。優(yōu)點是柔性好，可裝于機械手臂曲面處，但滯后較大。氣動復位式：它有柔性絕緣表面，受壓時變形，脫離接觸時則由壓縮

22、空氣作為復位的動力。與外界物體接觸時其內(nèi)部的彈性圓泡(鈹銅箔)與下部觸點接觸而導電。優(yōu)點是柔性好、可靠性高，但需要壓縮空氣源。力覺傳感器用于測量機器人自身或與外界相互作用而產(chǎn)生的力或力矩的傳感器。它通常裝在機器人各關節(jié)處。剛體在空間的運動可以用 6個坐標來描述，例如用表示剛體質(zhì)心位置的三個直角坐標和分別繞三個直角坐標軸旋轉(zhuǎn)的角度坐標來描述?？梢杂枚喾N結(jié)構(gòu)的彈性敏感元件來敏感機器人關節(jié)所受的 6個自由度的力或力矩，再由粘貼其上的應變片，將力或力矩的各個分量轉(zhuǎn)換為相應的電信號。常用彈性敏感元件的形式有十字交叉式、三根豎立彈性梁式和八根彈性梁的橫豎混合結(jié)構(gòu)等。壓覺傳感器測量接觸外界物體時所受壓力和壓力分布的傳感器。它有助于機器人對接觸對象的幾何形狀和硬度的識別。