资料--机器人与柔性制造系统.doc

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机器人与柔性制造系统（高等学校教材）的目录介绍

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第一章　绪论

　第一节　工业机器人与柔性制造系统

　第二节　工业机器人分类及性能简介

　思考题

第二章　机器人机构数学基础

　第一节　坐标投影

　第二节　坐标变换

　第三节　影响系数矩阵

　思考题

第三章　串联式机器人

　第一节　单开链机器人机构的结构分析

　第二节　单开链串联式机器人机构的运动学研究

　第三节　单开链串联式机器人机构的工作空间及奇异位置分析

　第四节　单开链串联式机器人机构的动力学简介

　第五节　机器人轨迹规划

　思考题

第四章　并联式机器人

　第一节　并联式机器人的应用与研究

　第二节　并联式机器人机构的结构分析

　第三节　并联式机器人机构的运动学研究

　思考题

第五章　工业机器人常用零部件

　第一节　分类与要求

　第二节　滚珠丝杠螺旋副

　第三节　导轨

　第四节　谐波齿轮减速器

　思考题

第六章　工业机器人的驱动

　第一节　步进电动机及其驱动

　第二节　直流伺服电动机及其驱动

　第三节　交流（AC）伺服电动机及其驱动

　第四节　其他驱动装置

　思考题

第七章　工业机器人各类传感器简介

　第一节　概述

　第二节　工业机器人系统中常用传感器

　思考题

第八章　柔性制造技术概述

　第一节　柔性制造技术产生的历史背景

　第二节　柔性制造的基本概念和特点

　第三节　柔性制造系统的组成及工作原理

　第四节　柔性制造技术的发展

　思考题

第九章　柔性制造中的加工系统

　第一节　柔性制造系统中加工设备的要求及其配置

　第二节　柔性制造系统中的自动化加工设备

　第三节　自动化加工设备在FMS中的集成与控制

　思考题

第十章　柔性制造中的物流系统

　第一节　物流系统的功能与组成

　第二节　工件流支持系统

　第三节　刀具流支持系统

　第四节　物料运储设备

　思考题

第十一章　柔性制造中的信息流系统

　第一节　FMS的信息流模型及特征

　第二节　FMS中的信息流网络通信

　第三节　FMS实时调度与控制决策

　第四节　FMS的计算机仿真

　思考题

第十二章　柔性制造中的质量控制系统

　第一节　集成质量控制系统的概念

　第二节　FMS中的质量检测

　第三节　工件清洗与去毛刺设备

　第四节　切屑处理及冷却液处理系统

　思考题

第十三章　工业机器人在柔性制造中的应用

　第一节　机器人自动喷涂线

　第二节　焊接机器人及其应用

　第三节　搬运机器人的应用

　第四节　装配机器人应用实例

　第五节　冲压机器人应用

　第六节　并联式机器人的应用

　思考题

参考文献

柔性制造系统FMS

2005年07月17日机床技术

柔性制造系统FMS（FlexibleManufacturingSystem）是由数控加工设备，物料运储装置，计算机控制系统等组成的自动化制造系统。

它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产的变化迅速进行调整，适用于多品种中、小批量生产。

柔性制造系统主要由以下部分组成：

1.加工子系统，它是FMS的基本制造单元，由CNC机床、FMC及工具等组成，一般CNC机床均需安装自动托盘交换器（APC）。

2.物料储运子系统，包括自动化仓库、中央刀具库、无人运输小车、输送带及搬运机器人等。

自动化仓库包括平面仓库和立体仓库。

物料自动搬运可以选用无人运输小车、搬运机器人或传送带等。

无人运输小车可以有轨，也可以无轨。

搬运机器人可自动进行上、下料操作，对以车削中心组成的FMS常常由悬挂式机械手作为物料搬运工具。

对于物流单向流动的FMS，可选用传送带作为物料搬运系统。

随行夹具及随行工作台系统，用于传送零件及定位夹紧的载体。

3.运行控制子系统，它接收来自工厂或车间主计算机的指令并对整个FMS实行监控，实现单元层对上级（车间或其它）及下层（工作站层）的内部通信传递，对每一个标准的数控机床或制造单元的加工实行控制，对夹具及刀具等实行集中管理和控制，协调各控制装置之间的动作。

另外，该子系统还要实现单元层信息流故障诊断与处理，实时动态监控系统状态变化。

4.刀具子系统，涉及刀具的订购、计划、准备、存储及管理。

包括刀具室存储装置、对刀仪、刀具搬运装置、刀具组装装置及刀具控制管理计算机子系统等。

5.质量检测及监控子系统，实现在线和离线质量检测和监控。

一般包括三座标测量机、测量机器人等。

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FMS的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产（即具有“柔性”），并能及时地改变产品以满足市场需求。

FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。

FMS的工艺范围正在不断扩大，可以包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等。

80年代中期投入使用的FMS，大都用于切削加工，也有用于冲压和焊接的。

采用FMS的主要技术经济效果是：

能按装配作业配套需要，及时安排所需零件的加工，实现及时生产，从而减少毛坯和在制品的库存量，及相应的流动资金占用量，缩短生产周期；提高设备的利用率，减少设备数量和厂房面积；减少直接劳动力，在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续“无人化生产”；提高产品质量的一致性。

1967年，英国莫林斯公司首次根据威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系统24”。

其主要设备是六台模块化结构的多工序数控机床，目标是在无人看管条件下，实现昼夜24小时连续加工，但最终由于经济和技术上的困难而未全部建成。

同年，美国的怀特·森斯特兰公司建成OmnilineI系统，它由八台加工中心和两台多轴钻床组成，工件被装在托盘上的夹具中，按固定顺序以一定节拍在各机床间传送和进行加工。

这种柔性自动化设备适于少品种、大批量生产中使用，在形式上与传统的自动生产线相似，所以也叫柔性自动线。

日本、前苏联、德国等也都在60年代末至70年代初，先后开展了FMS的研制工作。

1976年，日本发那科公司展出了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元（简称FMC），为发展FMS提供了重要的设备形式。

柔性制造单元（FMC）一般由1～2台数控机床与物料传送装置组成，有独立的工件储存站和单元控制系统，能在机床上自动装卸工件，甚至自动检测工件，可实现有限工序的连续生产，适于多品种小批量生产应用。

70年代末期，FMS在技术上和数量上都有较大发展，80年代初期已进入实用阶段，其中以由3～5台设备组成的FMS为最多，但也有规模更庞大的系统投入使用。

1982年，日本发那科公司建成自动化电机加工车间，由60个柔性制造单元（包括50个工业机器人）和一个立体仓库组成，另有两台自动引导台车传送毛坯和工件，此外还有一个无人化电机装配车间，它们都能连续24小时运转。

这种自动化和无人化车间，是向实现计算机集成的自动化工厂迈出的重要一步。

与此同时，还出现了若干仅具有FMS基本特征，但自动化程度不很完善的经济型FMS，使FMS的设计思想和技术成就得到普及应用。

典型的柔性制造系统由数字控制加工设备、物料储运系统和信息控……

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虚拟柔性制造系统仿真研究

作者：

丁国富

机械制造系统是一个复杂的系统，系统输入的是与制造有关的物料、设备、工具、能源、人员、制造理论、制造工艺和制造信息等，输出的是一个合格的具有一定功能的产品。

制造系统的复杂性表现在：

制造环境、制造产品和制造系统结构和制造过程的复杂性上。

面对如此复杂的系统，要使产品达到TQCS最优，需要严格控制制造的各个环节，得到局部最优乃至全局最优目标。

而这一切需要对整个制造过程进行建模，目前研究的热点之一就是虚拟制造技术。

柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem，简称FMS）是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统，它包括数控机床、加工中心、车削中心等，也可能是柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整。

要采用虚拟制造技术来正确模拟柔性制造系统的制造过程，主要开展两方面的工作，一是真实模拟该制造系统中加工设备的功能：

二是对整个柔性制造系统在“一”的基础上正确规划生产过程，以便获得对整个产品可制造性的全面评估。

“虚拟柔性制造系统系统仿真研究”项目从2003年5月～2005年5月得到西南交通大学科技发展基金的支持。

该项目以柔性制造系统为原型研究对象，从系统论的角度，按照复杂系统的观点对对虚拟柔性制造系统进行理论建模，对虚拟柔性制造系统仿真的关键技术进行研究。

重点研究加工过程的工艺信息建模，工艺系统几何建模、运动建模和物理效应建模，并对加工过程工序进行规划运动模拟、对NC代码进行检验和刀具轨迹模拟。

以此研究零件可加工性的评判因素和机理，建立工艺评价的优化模型。

其最终目的是建立一个能评价工艺方案和工艺参数的基于虚拟现实的直观制造评价体系，以解决制造系统与产品市场的矛盾关系。

经过两年的研究，该项目已取得预期的成果或可以认定的技术性能指标。

1提出基于组件的虚拟柔性制造系统建模理论及方法

柔性制造系统内部一般包括两类不同性质的运动，一类是系统的信息流，另一类是系统的物料流，物料流受信息流的控制。

FMS是在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化。

对柔性制造系统规划，首先要按照任务的分配，或者说是信息流的流向，对各种物理设备组成进行合理的规划和布置。

由于物理设备种类的多样性、可重用性和各物理设备间对加工信息流的交互性，使其更具有自然对象的特征，可以采用基于面向对象的组件来表达。

每个组件是一个对象的实例化，它们有自己的属性和行为，组件所能提供的与外界的交互行为过程就是各物理设备交互和传递信息流的过程。

在典型的柔性制造系统中，这些组件有：

数控车床对象、数控铣床对象、加工中心、机器人对象、堆垛机对象、立体仓库对象、搬运小车对象、输送装置对象等等。

每个对象按照各物理设备自身的行为和属性进行建模，包括三维建模、运动控制建模、属性建模等。

该研究采用自然的对象描述方法，从理论上规划了虚拟FMS系统中各组件之叫的关系，为后面的功能建模提供了方法学基础。

2提出基于三维模型的组件功能和行为建模方法

虚拟制造环境由相应的虚拟制造设备构成，每个虚拟设备相当于一个组件，该组件应能够较完整的反映物理设备的特性，如物理设备的几何特征、材料特征、运动信息等。

因此，必须根据真实的设备所具有的特征，对其进行数字化，建立虚拟设备模型。

虚拟设备模型是物理设备功能特征及形状特征的信息在虚拟环境中的映射。

物理设备的功能特殊性决定了虚拟设备模型的几何属性，因此在构建虚拟设备模型时，可以分别从几何模型和运动控制两个方而着手，对物理设备进行功能特性与几何特征分析，将虚拟设备模型划分为几何模型和运动控制模型两部分。

几何模型是对物理设备形状特征的描述，它表达了物理设备的基本形状信息，如机床的床身，工作台以及主轴等部件的形状，这些几何模型在运动控制模型的控制下，根据外部输入的控制数据做相应的运动，这些运动可以表示为物理设备的实际行为，如工作的进给、主轴的转动、机械手的行为以及物料小车的运动等。

对虚拟设备的几何建模首先采取Pro-E、UG或Solidworks等三维造型的形式，将各物理设备分解成功能模块部分，比如车床可分解为：

床身、刀架、主