《智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用》3 (1).3 工業(yè)機(jī)器人

智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用高等職業(yè)教育“十三五”規(guī)劃教材

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)

第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)第二節(jié)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)第三節(jié)工業(yè)機(jī)器人第四節(jié)3D打印技術(shù)第五節(jié)RFID射頻技術(shù)第六節(jié)云計(jì)算與大數(shù)據(jù)第七節(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)與人工智能技術(shù)第一節(jié)概述第八節(jié)智能制造的信息安全技術(shù)工業(yè)機(jī)器人3第三節(jié)

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)一、

工業(yè)機(jī)器人定義及特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它能自動(dòng)執(zhí)行工作，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。

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人最顯著的特點(diǎn)有以下幾個(gè)：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產(chǎn)品，特別是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。2．?dāng)M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。

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)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)。4．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)。

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)

當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正逐漸向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強(qiáng)的對(duì)作業(yè)環(huán)境的自適應(yīng)能力的方向發(fā)展。1．技術(shù)先進(jìn)。工業(yè)機(jī)器人集精密化、柔性化、智能化、軟件應(yīng)用開發(fā)等先進(jìn)制造技術(shù)于一體。通過(guò)對(duì)過(guò)程實(shí)施檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，實(shí)現(xiàn)增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本、減少資源消耗和環(huán)境污染，是工業(yè)自動(dòng)化水平的最高體現(xiàn)。2．技術(shù)升級(jí)。工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套裝備具備精細(xì)制造、精細(xì)加工以及柔性生產(chǎn)等技術(shù)特點(diǎn)，是繼動(dòng)力機(jī)械、計(jì)算機(jī)之后，出現(xiàn)的全面延伸人的體力和智力的新一代生產(chǎn)工具，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)字化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化以及智能化的重要手段。

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)3．應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套裝備是生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵設(shè)備，可用于制造、安裝、檢測(cè)、物流等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并廣泛應(yīng)用于汽車整車及汽車零部件、工程機(jī)械、軌道交通、低壓電器、電力、IC裝備、軍工、煙草、金融、醫(yī)藥、冶金及印刷出版等眾多行業(yè)，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。4．技術(shù)綜合性強(qiáng)。工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套技術(shù)，集中并融合了多項(xiàng)學(xué)科，涉及多項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域，包括工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)及仿真、機(jī)器人構(gòu)建有限元分析、激光加工技術(shù)、模塊化程序設(shè)計(jì)、智能測(cè)量、建模加工一體化、工廠自動(dòng)化以及精細(xì)物流等先進(jìn)制造技術(shù)，技術(shù)綜合性強(qiáng)。

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)二、

工業(yè)機(jī)器人種類工業(yè)機(jī)器人的種類主要包括以下幾種：1．移動(dòng)機(jī)器人（AGV）2．點(diǎn)焊機(jī)器人3．弧焊機(jī)器人4．激光加工機(jī)器人5．真空機(jī)器人6．潔凈機(jī)器人

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)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、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)）。

移動(dòng)機(jī)器人是物流技術(shù)的核心技術(shù)和設(shè)備，用現(xiàn)代物流技術(shù)配合、支撐、改造、提升傳統(tǒng)生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)存取的高架箱儲(chǔ)、作業(yè)和搬運(yùn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、柔性化、信息化，縮短物流流程，降低物料損耗，減少占地面積，降低建設(shè)投資。

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)移動(dòng)機(jī)器人AGV

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)2．點(diǎn)焊機(jī)器人

焊接機(jī)器人具有性能穩(wěn)定、工作空間大、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。

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)焊機(jī)器人主要用于汽車整車的焊接工作，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，焊接生產(chǎn)線要求焊鉗一體化，重量越來(lái)越大，165公斤點(diǎn)焊機(jī)器人是當(dāng)前汽車焊接中最常用的一種機(jī)器人。2008年9月，我國(guó)機(jī)器人研究所研制完成國(guó)內(nèi)首臺(tái)165公斤級(jí)點(diǎn)焊機(jī)器人，并成功應(yīng)用于奇瑞汽車焊接車間。2009年9月，經(jīng)過(guò)優(yōu)化和性能提升的第二臺(tái)機(jī)器人完成并順利通過(guò)驗(yàn)收，使得我國(guó)焊接機(jī)器人整體技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國(guó)外同類機(jī)器人水平。

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)3．弧焊機(jī)器人

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)。關(guān)鍵技術(shù)包括：(1)弧焊機(jī)器人系統(tǒng)優(yōu)化集成技術(shù)：弧焊機(jī)器人采用交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及高精度、高剛性的RV減速機(jī)和諧波減速器，具有良好的低速穩(wěn)定性和高速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)功能。(2)協(xié)調(diào)控制技術(shù)：控制多機(jī)器人及變位機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，既能保持焊槍和工件的相對(duì)姿態(tài)以滿足焊接工藝的要求，又能避免焊槍和工件的碰撞。

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)(3)精確焊縫軌跡跟蹤技術(shù)：結(jié)合激光傳感器和視覺(jué)傳感器離線工作方式的優(yōu)點(diǎn)，采用激光傳感器實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中的焊縫跟蹤，提升焊接機(jī)器人對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行焊接的柔性和適應(yīng)性，結(jié)合視覺(jué)傳感器離線觀察獲得焊縫跟蹤的殘余偏差，基于偏差統(tǒng)計(jì)獲得補(bǔ)償數(shù)據(jù)并進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的修正，在各種工況下都能獲得最佳的焊接質(zhì)量。

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)4．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)。激光加工機(jī)器人可以通過(guò)示教盒進(jìn)行在線操作，也可通過(guò)離線方式進(jìn)行編程。

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)5．真空機(jī)器人

真空機(jī)器人是一種在真空環(huán)境下工作的機(jī)器人，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)中，實(shí)現(xiàn)晶圓在真空腔室內(nèi)的傳輸。真空機(jī)械手難進(jìn)口、受限制、用量大、通用性強(qiáng)，是制約半導(dǎo)體裝備整機(jī)的研發(fā)進(jìn)度和整機(jī)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵部件。

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)6．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。

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三、

典型機(jī)器人系統(tǒng)案例1.輸送線系統(tǒng)一機(jī)三線自動(dòng)碼垛系統(tǒng)輸送線應(yīng)用領(lǐng)域：機(jī)器人及輸送線物流自動(dòng)化系統(tǒng)可應(yīng)用于建材、家電、電子、化纖、汽車、食品等行業(yè)。

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)2.機(jī)器人涂膠工作站

機(jī)器人涂膠工作站主要包括機(jī)器人、供膠系統(tǒng)、涂膠工作臺(tái)、工作站控制系統(tǒng)及其它周邊配套設(shè)備。工作站自動(dòng)化程度高，適用于多品種、大批量生產(chǎn)，可廣泛地應(yīng)用于汽車風(fēng)擋、汽車摩托車車燈、建材門窗、太陽(yáng)能光伏電池涂膠等行業(yè)。

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第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)3.焊接系統(tǒng)

應(yīng)用領(lǐng)域：

自動(dòng)機(jī)器人焊接工作站可廣泛地應(yīng)用于鐵路、航空航天、軍工、冶金、汽車、電器等各個(gè)行業(yè)。

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優(yōu)點(diǎn)：⑴穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量；⑵提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；⑶改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度，機(jī)器人可在有害環(huán)境下工作；⑷降低了對(duì)工人操作技術(shù)的要求；⑸縮短了產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期（只需修改軟件和必要的夾具即可），減少相應(yīng)的設(shè)備投資。因此，在各行各業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用。該系統(tǒng)一般多采用熔化極氣體保護(hù)焊（MIG、MAG、CO2焊）或非熔化極氣體保護(hù)焊（TIG、等離子弧焊）方法。設(shè)備一般包括：焊接電源、焊槍和送絲機(jī)構(gòu)、焊接機(jī)器人系統(tǒng)及相應(yīng)的焊接軟件及其它輔助設(shè)備等。

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四、

自動(dòng)裝箱系統(tǒng)機(jī)器人自動(dòng)裝箱、碼垛工作站是一種集成化的系統(tǒng)，它包括工業(yè)機(jī)器人、控制器、編程器、機(jī)器人手爪、自動(dòng)拆疊盤機(jī)、托盤輸送及定位設(shè)備和碼垛模式軟件等。它還配置自動(dòng)稱重、貼標(biāo)