工業(yè)機(jī)器人報(bào)告

1、燕 山 大 學(xué)課程研究項(xiàng)目報(bào)告工業(yè)機(jī)器人學(xué)院：年級(jí)專業(yè)：課程名稱：組號(hào)：學(xué)生姓名：組內(nèi)分工：指導(dǎo)教師：日 期：2015.10摘要在機(jī)器人發(fā)展火熱的現(xiàn)狀下，本文針對(duì)工業(yè)機(jī)器人做了研究與討論，主要針對(duì)什么是工業(yè)機(jī)器人以及工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成，工業(yè)做工特點(diǎn)，技術(shù)原理和工業(yè)機(jī)器人的主要種類進(jìn)行分析。工業(yè)機(jī)器人主要組成為3大部分6個(gè)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行人機(jī)、環(huán)境之間的工作。此外，對(duì)工業(yè)機(jī)器人按照作業(yè)要求不同進(jìn)行了分類解析并對(duì)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展前景進(jìn)行展望。關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人 結(jié)構(gòu) 特點(diǎn) 分類目錄摘要I第1章 工業(yè)機(jī)器人的基本概念11.1 工業(yè)機(jī)器人的定義11.2 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用11.3 工業(yè)機(jī)器人及生產(chǎn)

2、線典例1第2章 工業(yè)機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)12.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)12.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)22.3 感受系統(tǒng)22.4 機(jī)器人與環(huán)境交互系統(tǒng)22.5 人機(jī)交互系統(tǒng)22.6 控制系統(tǒng)2第3章 工業(yè)機(jī)器人的主要特點(diǎn)33.1 可編程33.2 擬人化33.3 通用性33.4 涉及廣3第4章 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)原理34.1 開(kāi)放性模塊化的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)34.2 模塊化層次化的控制器軟件系統(tǒng)44.3 機(jī)器人的故障診斷與安全維護(hù)技術(shù)44.4 網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器技術(shù)4第5章 工業(yè)機(jī)器人種類簡(jiǎn)介45.1 移動(dòng)機(jī)器人（AGV）45.2 焊接機(jī)器人55.3 激光加工機(jī)器人55.4 潔凈機(jī)器人6心得體會(huì)7參考文獻(xiàn)8第1章 工業(yè)機(jī)器人

3、的基本概念1.1 工業(yè)機(jī)器人的定義工業(yè)機(jī)器人按照ISO定義，是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。1.2 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用包括焊接、刷漆、組裝、采集和放置（例如包裝、碼垛和 SMT）、產(chǎn)品檢測(cè)和測(cè)試等；所有的工作的完成都具有高效性、持久性、速度和準(zhǔn)確性。1.3 工業(yè)機(jī)器人及生產(chǎn)線典例圖1.3(a) 機(jī)械手 圖1.3(b) 裝配機(jī)器人第2章 工業(yè)機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)

4、器人由機(jī)械部分、傳感部分、控制部分三大部分組成。這三大部分可分成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機(jī)器人環(huán)境交互系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)六個(gè)子系統(tǒng)。2.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要使機(jī)器人運(yùn)行起來(lái)，需要給各個(gè)關(guān)節(jié)即每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度安置傳動(dòng)裝置，這就是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有36個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部通常有13個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。2.3 感受系統(tǒng)它由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。智能傳感器的使用提高了機(jī)器人的機(jī)

5、動(dòng)性、適應(yīng)性和智能化的水準(zhǔn)。人類的感受系統(tǒng)對(duì)感知外部世界信息是極其靈巧的，然而，對(duì)于一些特殊的信息，傳感器比人類的感受系統(tǒng)更有效。2.4 機(jī)器人與環(huán)境交互系統(tǒng)機(jī)器人與環(huán)境交互系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。機(jī)器人與外部設(shè)備集成為一個(gè)功能單元，如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等。2.5 人機(jī)交互系統(tǒng)人機(jī)交互系統(tǒng)是人與機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)系和參與機(jī)器人控制的裝置：指令給定裝置和信息顯示裝置。2.6 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào)，并進(jìn)行控制?？刂葡到y(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來(lái)的信號(hào)，支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和

6、功能。如果機(jī)器人不具備信息反饋特征，則為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)；具備信息反饋特征，則為閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)控制原理可分為程序控制系統(tǒng)，適應(yīng)性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng)。根據(jù)控制運(yùn)動(dòng)的形式可分為點(diǎn)控制和連續(xù)軌跡控制。第3章 工業(yè)機(jī)器人的主要特點(diǎn)3.1 可編程生產(chǎn)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性啟動(dòng)化。工業(yè)機(jī)器人可隨其工作環(huán)境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過(guò)程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。3.2 擬人化工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類似人的行走、腰轉(zhuǎn)、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。此外，智能化工業(yè)機(jī)器人還有許多類似人類的“生物傳感器”，如皮膚型接觸

7、傳感器、力傳感器、負(fù)載傳感器、視覺(jué)傳感器、聲覺(jué)傳感器、語(yǔ)言功能等。傳感器提高了工業(yè)機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境的自適應(yīng)能力。3.3 通用性除了專門設(shè)計(jì)的專用的工業(yè)機(jī)器人外，一般工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時(shí)具有較好的通用性。比如，更換工業(yè)機(jī)器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。3.4 涉及廣工業(yè)機(jī)器技術(shù)涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛，歸納起來(lái)是機(jī)械學(xué)和微電子學(xué)的結(jié)合-機(jī)電一體化技術(shù)。第三代智能機(jī)器人不僅具有獲取外部環(huán)境信息的各種傳感器，而且還具有記憶能力、語(yǔ)言理解能力、圖像識(shí)別能力、推理判斷能力等人工智能，這些都是微電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。第4章 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)原理機(jī)器

8、人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素。工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的主要任務(wù)就是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等。具有編程簡(jiǎn)單、軟件菜單操作、友好的人機(jī)交互界面、在線操作提示和使用方便等特點(diǎn)。4.1 開(kāi)放性模塊化的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)采用分布式CPU計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，分為機(jī)器人控制器(RC)，運(yùn)動(dòng)控制器(MC)，光電隔離I/O控制板、傳感器處理板和編程示教盒等。機(jī)器人控制器(RC)和編程示教盒通過(guò)串口/CAN總線進(jìn)行通訊。機(jī)器人控制器(RC)的主計(jì)算機(jī)完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、插補(bǔ)和位置伺服以及主控邏輯、數(shù)字I/O、傳感器處理等功能，而編程示教盒完成信息的

9、顯示和按鍵的輸入。4.2 模塊化層次化的控制器軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)建立在基于開(kāi)源的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)Linux上，采用分層和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的開(kāi)放性。整個(gè)控制器軟件系統(tǒng)分為三個(gè)層次：硬件驅(qū)動(dòng)層、核心層和應(yīng)用層。三個(gè)層次分別面對(duì)不同的功能需求，對(duì)應(yīng)不同層次的開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)中各個(gè)層次內(nèi)部由若干個(gè)功能相對(duì)對(duì)立的模塊組成，這些功能模塊相互協(xié)作共同實(shí)現(xiàn)該層次所提供的功能。4.3 機(jī)器人的故障診斷與安全維護(hù)技術(shù)通過(guò)各種信息，對(duì)機(jī)器人故障進(jìn)行診斷，并進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)，是保證機(jī)器人安全性的關(guān)鍵技術(shù)。4.4 網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器技術(shù)當(dāng)前機(jī)器人的應(yīng)用工程由單臺(tái)機(jī)器人工作站向機(jī)器人生產(chǎn)線發(fā)展，機(jī)器人控制器的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

10、變得越來(lái)越重要。控制器上具有串口、現(xiàn)場(chǎng)總線及以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)功能?？捎糜跈C(jī)器人控制器之間和機(jī)器人控制器同上位機(jī)的通訊，便于對(duì)機(jī)器人生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控、診斷和管理。第5章 工業(yè)機(jī)器人種類簡(jiǎn)介5.1 移動(dòng)機(jī)器人（AGV）移動(dòng)機(jī)器人（AGV）是工業(yè)機(jī)器人的一種類型，它由計(jì)算機(jī)控制，具有移動(dòng)、自動(dòng)導(dǎo)航、多傳感器控制、網(wǎng)絡(luò)交互等功能，它可廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、紡織、卷煙、醫(yī)療、食品、造紙等行業(yè)的柔性搬運(yùn)、傳輸?shù)裙δ?，也用于自?dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)（以AGV作為活動(dòng)裝配平臺(tái)）；同時(shí)可在車站、機(jī)場(chǎng)、郵局的物品分撿中作為運(yùn)輸工具。圖5.1 移動(dòng)機(jī)器人5.2 焊接機(jī)器人焊接機(jī)器人具有性能穩(wěn)定、工作空間

11、大、運(yùn)動(dòng)速度快和負(fù)荷能力強(qiáng)等特點(diǎn)，焊接質(zhì)量明顯優(yōu)于人工焊接，大大提高了點(diǎn)焊作業(yè)的生產(chǎn)率。點(diǎn)焊機(jī)器人主要用于汽車整車的焊接工作，生產(chǎn)過(guò)程由各大汽車主機(jī)廠負(fù)責(zé)完成。國(guó)際工業(yè)機(jī)器人企業(yè)憑借與各大汽車企業(yè)的長(zhǎng)期合作關(guān)系，向各大型汽車生產(chǎn)企業(yè)提供各類點(diǎn)焊機(jī)器人單元產(chǎn)品并以焊接機(jī)器人與整車生產(chǎn)線配套形式進(jìn)入中國(guó)，在該領(lǐng)域占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。弧焊機(jī)器人主要應(yīng)用于各類汽車零部件的焊接生產(chǎn)。在該領(lǐng)域，國(guó)際大型工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)主要以向成套裝備供應(yīng)商提供單元產(chǎn)品為主。圖5.2 焊接機(jī)器人5.3 激光加工機(jī)器人激光加工機(jī)器人是將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于激光加工中，通過(guò)高精度工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)更加柔性的激光加工作業(yè)。本系統(tǒng)通過(guò)示教

12、盒進(jìn)行在線操作，也可通過(guò)離線方式進(jìn)行編程。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)加工工件的自動(dòng)檢測(cè)，產(chǎn)生加工件的模型，繼而生成加工曲線，也可以利用CAD數(shù)據(jù)直接加工?？捎糜诠ぜ募す獗砻嫣幚怼⒋蚩?、焊接和模具修復(fù)等。圖5.3 激光切割5.4 潔凈機(jī)器人潔凈機(jī)器人是一種在潔凈環(huán)境中使用的工業(yè)機(jī)器人。隨著生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高，其對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的要求也日益苛刻，很多現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)都要求在潔凈環(huán)境進(jìn)行，潔凈機(jī)器人是潔凈環(huán)境下生產(chǎn)需要的關(guān)鍵設(shè)備。心得體會(huì)機(jī)器人的運(yùn)用范圍越來(lái)越廣泛，即使在很多的傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域中人們也在努力使機(jī)器人代替人類工作，在食品工業(yè)中的情況也是如此。人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的食品工業(yè)機(jī)器人有包裝罐頭機(jī)器人、自動(dòng)午餐機(jī)器人和切割牛肉機(jī)器人等，機(jī)器人在食品加工領(lǐng)域應(yīng)用得如魚水