工業(yè)機器人綜述

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上工業(yè)機器人綜述學(xué)院：機械工程學(xué)院學(xué)號：XXXXXXXX 姓名; XXXXXX關(guān)鍵詞：機器人、發(fā)展、應(yīng)用、前景一、技術(shù)概述 工業(yè)機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 機器人技術(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機器人應(yīng)用情況，是一個

2、國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。 機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。 二、現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢 （1） 國外機器人領(lǐng)域發(fā)展應(yīng)用、及使用情況： 1工業(yè)機器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的103萬美元降至97年的65萬美元。 2機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化

3、發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。 3工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 4機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 5虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已

4、從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。 6當(dāng)代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進(jìn)入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。7機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。例如，日本安川電機于2001年底研制推出了世界上首臺弧焊專用機器人MOTOMAN-EA1400。EA1400機器人將焊槍電纜與焊

5、槍內(nèi)置在機器人臂中，避免了焊槍電纜和焊槍與周圍物體的相互干擾，使機器人示教過程變得更為簡單，同時大大增強了焊槍的可達(dá)性。該機器人一經(jīng)推出，便迅速在汽車車橋、消音器等排氣系統(tǒng)零部件以及座椅骨架等焊接領(lǐng)域受到了好評。多家焊槍生產(chǎn)企業(yè)都為該機器人研制了專用焊槍。目前除了空冷焊槍和伺服焊槍進(jìn)行焊接以外，還可以使用水冷焊槍實現(xiàn)較高電流的連續(xù)焊接。2007年初，MOTOMAN-SSA2000型機器人問市。SSA2000在保持EA1400結(jié)構(gòu)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上大幅提高了軸動作速度，單軸速度同比最大提高40%，焊接速度最大可同比提高15%，成為世界最快的弧焊機器人之一。2008年底，安川公司又推出了新一代機器人控制

6、器DX100，同時將SSA2000機器人進(jìn)化為世界第一臺7軸弧焊專用機器人MOTOMAN-VA1400。VA1400在傳統(tǒng)工業(yè)機器人第一俯仰臂上增加了1個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，具有冗余的自由度，使機器人本體的機動性和可達(dá)性提升到了前所未有的高度。在保持同一焊槍角度的情況下，其他手臂可以自由地采用多種姿態(tài)。焊接過程中不會因為本體和夾具的干涉而改變焊槍和工件的夾角。新的7軸機器人為焊接工裝設(shè)計、生產(chǎn)空間布局以及焊接姿態(tài)優(yōu)化增加了更多的優(yōu)化空間。MOTOMAN機器人不斷推出的領(lǐng)先技術(shù)，使其目前穩(wěn)居弧焊機器人世界年銷售量首位，是首鋼莫托曼在轎車排氣零部件焊接領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)。（2）國內(nèi)機器人領(lǐng)域的發(fā)展、生產(chǎn)

7、、及使用情況我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。下面以轎車排氣零部件的生產(chǎn)為例，簡單介紹首鋼莫托曼弧焊機器人系統(tǒng)的功能和特點。排氣系統(tǒng)是排放和消聲的重要部分，主要由歧管、催化凈化器、波紋管、中消和后消等部件組成。主要功能是把發(fā)動機在燃燒過程中

8、產(chǎn)生的廢氣從多個氣缸內(nèi)收集、通過催化凈化器凈化并消聲后引到車后排放。按照主要功能模塊距離發(fā)動機的遠(yuǎn)近，排氣系統(tǒng)可劃分為熱端和冷端兩部分。熱端部分直接連接發(fā)動機排氣口，主要包括歧管、凈化器、波紋管、二級凈化器以及掛鉤法蘭等附屬部件。因其所處底盤位置空間緊湊，所以其部件外形變化較大，焊縫分布復(fù)雜。同時，因其主要功能為凈化尾氣，故焊縫密封性要求高。冷端部分承接熱端，主要包括中消、后消以及掛鉤法蘭等附屬部件。冷端總成通常尺寸較長，焊縫多為小直徑環(huán)縫。當(dāng)后消聲器包為焊接結(jié)構(gòu)時，通常要求壓裝焊接，其焊縫量較大。消聲器包進(jìn)出氣管處焊縫為三層薄板焊接，焊縫成形要求高。 此外我國的智能機器人和特種機器人在“86

9、3”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000米水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種；在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。 但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：機器人應(yīng)用工程起步較晚，在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大；應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約2

10、00臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模化設(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。三、未來國內(nèi)機器人發(fā)展的目標(biāo)及主要研究內(nèi)容 1目標(biāo) 根據(jù)國內(nèi)外機器人發(fā)展的經(jīng)驗、現(xiàn)狀及近幾年的動態(tài)，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的具體情況，“十五”期間機器人技術(shù)應(yīng)重點開展智能機器人、機器人化機械及其相關(guān)技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用；開展以機器人為

11、基礎(chǔ)的重組裝配系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)的開發(fā)研究及加強多傳感器融合及決策、控制一體化技術(shù)及應(yīng)用的研究。重點解決我國已研制應(yīng)用多年的示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人的產(chǎn)業(yè)化前期關(guān)鍵技術(shù)，大力推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，力爭在“十五”末期實現(xiàn)噴涂、焊接、裝配等機器人的產(chǎn)業(yè)化。 2主要研究內(nèi)容 （1）示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究 關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計。 柔性仿形噴涂機器人開發(fā)：柔性仿形復(fù)合機構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)，整機安全防爆、防護(hù)技術(shù)開發(fā)，高速噴杯噴涂工藝研究。 焊接機器人（把弧焊與點焊機器人作為負(fù)載不同的一個系列機器人，可兼作弧焊、點焊、搬

12、運、裝配、切割作業(yè)）產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計。 弧焊機器人用激光視覺焊縫跟蹤裝置的開發(fā)：激光發(fā)射器的選用，CCD成象系統(tǒng)，視覺圖象處理技術(shù)，視覺跟蹤與機器人協(xié)調(diào)控制。 焊接機器人的離線示教編程及工作站系統(tǒng)動態(tài)仿真。 電子行業(yè)用裝配機器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計。 批量生產(chǎn)機器人所需的專用制造、裝配、測試設(shè)備和工具的研究開發(fā)。 （2）智能機器人開發(fā)研究 遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成和控制策略研究 包括建模遙控機器人模型，人行為模型，人控制動態(tài)建模，圖形仿真建模，虛擬工具和虛擬傳感器建模；以人為主體的人機共享規(guī)劃與控制；局部自治控制；多傳感融合技術(shù)；雙向力反應(yīng)控制；知識庫的

13、建立，學(xué)習(xí)與推理方法；人機交互的高級控制技術(shù)；虛擬現(xiàn)實（VR）控制與真實世界控制的相互關(guān)系；監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 智能移動機器人的導(dǎo)航和定位技術(shù)研究 包括導(dǎo)航和定位系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；在結(jié)構(gòu)環(huán)境或非結(jié)構(gòu)環(huán)境中導(dǎo)航和定位方法研究；感知系統(tǒng)的傳感器和信息處理系統(tǒng)的構(gòu)成；根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)建立環(huán)境模型的方法；模糊邏輯的推理方法用于移動機器人導(dǎo)航的研究。 面向遙控機器人的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 包括人機交互圖形生成及其程序設(shè)計；遙控機器人（載體和機械手）幾何動態(tài)圖形建模；遙控操作環(huán)境圖形建模；遙控機器人操作與數(shù)據(jù)的獲取；虛擬傳感器及基于虛擬傳感器的雙向力反應(yīng)、反饋控制；面向任務(wù)的虛擬工具；基于虛擬現(xiàn)實的遙控操作的理論與方法

14、；基于VR模型操作和真實世界操作的可切換、相容性和可交換性；VR監(jiān)控系統(tǒng)。 人機交互環(huán)境建模系統(tǒng) 包括CAD建模中的人機交互技術(shù)；求知模型工件的反示過程中的交互技術(shù)；機器人與環(huán)境的布局及功能驗證中的交互技術(shù)；傳感器數(shù)據(jù)處理中的交互技術(shù)；機器人標(biāo)定、運動學(xué)建模、動力學(xué)建模中的交互技術(shù)。 基于計算機屏幕的多機器人遙控技術(shù) 包括三維立體視覺建模；模型的計算機顯示；遙控機器人模型的控制；人機接口；網(wǎng)絡(luò)通訊。 （3）機器人化機械研究開發(fā) 并聯(lián)機構(gòu)機床（VMT）與機器人化加工中心（RMC）開發(fā)研究 包括VMT與RMC智能化結(jié)構(gòu)實現(xiàn)技術(shù)；VMT與RMC關(guān)鍵傳動實現(xiàn)技術(shù)；VMT與RMC加工、裝配、擺放、涂膠、

15、檢測作業(yè)技術(shù)；VMT與RMC監(jiān)控檢測技術(shù)開發(fā)；VMT與MRC智能化開式CMC控制系統(tǒng)開發(fā)；系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件開發(fā)；智能化機構(gòu)、材料機電一體化技術(shù)；作業(yè)狀態(tài)變量智能化傳感技術(shù)；機電一體化的多功能及靈巧作業(yè)終端；通用智能化開式CNC控制硬軟件系統(tǒng)；并聯(lián)機構(gòu)運動學(xué)及動力學(xué)理論；RMC智能控制理論；VMT與RMC典型應(yīng)用工程開發(fā)。 機器人化無人值守和具有自適應(yīng)能力的多機遙控操作的大型散料輸送設(shè)備 包括散料輸送系統(tǒng)監(jiān)控和遙控操作的傳感器融合和配置技術(shù)；采用智能傳感器的現(xiàn)場總線技術(shù)；機器人運動規(guī)劃在等量堆取料、自主操作中的應(yīng)用；基于廣域網(wǎng)的遠(yuǎn)程實時通訊；具有監(jiān)測和管理功能的故障診斷系統(tǒng)。 （4）以機器人為

16、基礎(chǔ)的重組裝配系統(tǒng) 開放式模塊化裝配機器人 包括通用要素的提取；專用件標(biāo)準(zhǔn)化；裝配機器人模塊CAD設(shè)計；通用主流計算機構(gòu)造的控制器；人機界面方式；網(wǎng)絡(luò)功能。 面向機器人裝配的設(shè)計技術(shù) 包括數(shù)字化裝配與CAD集成技術(shù)；產(chǎn)品機器人化裝配規(guī)劃生成技術(shù)；產(chǎn)品可裝配性模糊評價。 機器人柔性裝配系統(tǒng)設(shè)計技術(shù) 其中單元技術(shù)：供料系統(tǒng)智能化設(shè)計、末端執(zhí)行器快速執(zhí)行、物流傳輸及其控制與通訊；集成技術(shù)：柔性裝配線仿真軟件、管理系統(tǒng)。 可重構(gòu)機器人柔性裝配系統(tǒng)設(shè)計技術(shù) 開展基于任務(wù)和環(huán)境的動態(tài)重構(gòu)機器人柔性裝配系統(tǒng)理論研究；系統(tǒng)基于自治體（Agent）的分布式控制技術(shù)及系統(tǒng)各單元體間的協(xié)作規(guī)劃。 裝配力覺、視覺技術(shù)

17、 包括高精度、高集成化六維腕力傳感技術(shù)；視覺識別與定位技術(shù)。 智能裝配策略及其控制 包括裝配狀態(tài)實時檢測和監(jiān)控；裝配順序和路徑智能規(guī)劃及控制技術(shù)。 （5）多傳感器信息融合與配置技術(shù) 機器人的傳感器配置和融合技術(shù)在水泥生產(chǎn)過程控制和污水處理自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 包括面向工藝過程的多傳感器融合和配置技術(shù)；采用智能傳感器的現(xiàn)場總線技術(shù)；面向工藝要求的新型傳感器研制。 機電一體化智能傳感器 包括具有感知、自主運動、自清污（自調(diào)整、自適應(yīng)）的機電一體化傳感器研究；面向工藝要求的運動機構(gòu)設(shè)計、實現(xiàn)檢測和清污的自主運動；調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)；機器人機構(gòu)和控制技術(shù)在傳感器設(shè)計中的應(yīng)用。四總結(jié)隨著弧焊機器人在汽車工業(yè)的

18、廣泛應(yīng)用，越來越多的人們對它的優(yōu)越性也有了更深的了解?，F(xiàn)在，其他應(yīng)用領(lǐng)域?qū)『笝C器人的需求也越來越多，對弧焊機器人的功能也提出了更多的要求。因此，我們也會加強弧焊機器人系統(tǒng)開發(fā)的力度，逐步完善我們的產(chǎn)品，使其在更多的領(lǐng)域發(fā)揮其更大的優(yōu)勢。目前的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)正向大型、復(fù)雜、動態(tài)和開放的方向發(fā)展，為了解決傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)許多關(guān)鍵問題上遇到的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，便產(chǎn)生了一門新興的機器人技術(shù)領(lǐng)域-多智能體機器人系統(tǒng)。所以，隨著工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)向大型、復(fù)雜、動態(tài)和開放的方向發(fā)展，多智能體焊接機器人系統(tǒng)終將成為熱點的研究領(lǐng)域。而本文就是簡要介紹了機器人技術(shù)發(fā)展的歷程及我國機器人技術(shù)研究的現(xiàn)狀。論述了焊接機器人技術(shù)發(fā)展的趨勢

19、及研究的熱點問題，即隨著智能機器人技術(shù)和人工智能理論的進(jìn)一步發(fā)展，多智能體焊接系統(tǒng)、焊接機器人中基于PC的控制器和模糊邏輯與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的融合技術(shù)將成為研究的熱點問題?！緟⒖嘉墨I(xiàn) 】1 世界機器人最新統(tǒng)計數(shù)據(jù). 機器人技術(shù)與應(yīng)用, 2000(6)2 王彬. 中國焊接生產(chǎn)機械化自動化技術(shù)發(fā)展回顧. 焊接技術(shù),2000(3)：38-413 國產(chǎn)機器人走向?qū)嵱没?機器人技術(shù)的應(yīng)用，1999(11)：8-94 何方殿，王克爭，蘇勇.視覺傳感器焊接跟蹤系統(tǒng)的研究和發(fā)展.電焊機，1993(4)：8-135 黃石生，錢迎雪。基于ART人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的焊縫跟蹤檢測算法，機械工程學(xué)報，2000 93-976 陳丙森，計算機輔助焊接技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，19997 Jing zhao,jeremy