工业机器人在汽车制造业应用论文设计.docx

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工业机器人在汽车制造业应用论文设计

机械电子工程研究生课程考核〔研究报告、论文等〕

题目：

关于工业机器人系统的研究与其子在汽车工业的应用

课程名称：

机器人技术

姓名：

学号：

院系：

专业：

时间：

课程成绩：

任课教师：

关于工业机器人系统的研究与其在汽车工业的应用

摘要：

本文介绍了先进制造自动化技术中的工业机器人的概念、根本原理，以与当今世界工业机器人技术的前沿，描述了工业机器人在汽车工业方面的应用情况、典型事例等开展现状，并展望了今后工业机器人技术的开展趋势。

关键词：

工业机器人；概况；组成；汽车工业；应用；开展趋势

引言

机器人的最初出现是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物。

工业机器人是集机械、材料、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备，它代表了机电一体化的最高成就，是当代科学技术开展最活跃的领域之一。

它的研究和应用水平一个国家的自动化的水平。

1961年，美国的ConsolidedControlCorp和AMF公司联合制造了第一台实用的示教再现型工业机器人，迄今为止，世界上对工业机器人的研究已经经历了四十余年的历程，日本、美国、法国、德国的机器人产业已日趋成熟和完善。

广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与数量,而且保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗以与降低生产本钱有着十分重要的意义。

和计算机、网络技术一样,工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。

20世纪80年代以来，工业机器人技术逐渐成熟，并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。

1工业机器人的简介

1.1工业机器人的概念

1.1.1“机器人〞一词的由来

1920年，捷克剧作家卡里洛·奇别克在其科幻剧本《罗萨姆万能机器人制造公司》（Rossum’sUniversalRobots）首次使用了ROBOT这个名词，意思是“人造的人〞。

现在已被人们作为机器人的专用名词。

关于机器人的定义，专家们仍在争议之中，至今还没有人能够提出一个令人信服的明确定义，美国机器人协会〔RIA〕对机器人的定义一是：

“所谓工业机器人，是为了完成不同的作业，根据种种程序化的运动来实现材料、零部件、工具货特殊装置的移动并可重新编程的多功能操作机。

〞

日本产业机器人协会〔JIRA〕的定义是:

“所谓工业机器人，是在三维空间具有类似人体上肢动作机能与其结构，并能完成复杂空间动作的多自由度的自动机械〞或“根据感觉机能或认识机能，能够自行决定行动的机器〔智能机器人〕。

〞

国际标准化组织（ISO）:

机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各类材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。

虽然工业机器人的定义不明确，但是有一点是可以明确的，那就是人们开发研究工业机器人的最终目标，在于要研制出一种能够综合人的所有动作特性—通用性、柔软性、灵活性的自动机械。

机器人集中了机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制原理以与人工智能等多学科的最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就，是当代科学技术开展最活跃的领域之一。

工程技术人员了解和学习机器人学具有重要的意义。

综上，工业机器人是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的机械装置，由计算机控制，是无人参与的自动化控制系统，是可编程、具有柔性的自动化系统。

它能复现人的动作和职能。

反复调整以执行不同的功能。

具有通用性、柔性和灵活性的自动机械。

已成为FMS和CIMS系统的重要设备。

工业机器人的问世，大约是在25年前，微处理机的诞生，大约是在15年前，正是由于微处理机的出现，以与各种LSI,VLSI的飞跃开展，才使得工业机器人控制系统的技能大幅度提高，从而使数百种不同结构、不同控制方法、不同用途的工业机器人终于在八十年代，真正进入了实用与普与的阶段，并发挥了令人难以置信的巨大威力与经济效益。

目前，工业机器人像计算机一样，可以按“代〞分类。

第一代工业机器人是指T/P方式〔Teaching/Playback方式〕，即示教/再现方式。

19世纪50、60年代，随着机构理论和伺服理论的开展，机器人进入了实用阶段。

1954年美国的G.C.Devol发表了“通用机器人〞专利；1960年美国AMF公司生产了柱坐标型Versatran机器人，可进展点位和轨迹控制，这是世界上第一种应用于工业生产的机器人。

70年代，随着计算机技术、现代控制技术、传感技术、人工智能技术的开展，机器人也得到了迅速的开展。

1974年CincinnatiMilacron公司成功开发了多关节机器人；1979年，Unimation公司又推出了PUMA机器人，它是一种多关节、全电机驱动、多CPU二级控制的机器人，采用VAL专用语言，可配视觉、触觉、力觉传感器，在当时是技术最先进的工业机器人。

现在的工业机器人在结构上大体都以此为根底。

这一时期的机器人属于“示教再现〞〔Teach-in/Playback〕型机器人，只具有记忆、存储能力，按相应程序重复作业，对周围环境根本没有感知与反响控制能力。

第二代工业机器人是具有一些简单智能、可行走的、能对周围环境做出反响的机器人，在机械、电子等生产领域得到了广泛的应用。

进入80年代，随着传感技术，包括视觉传感器、非视觉传感器〔力觉、触觉、接近觉等〕以与信息处理技术的开展，出现了第二代机器人——有感觉的机器人。

它能够获得作业环境和作业对象的局部相关信息，进展一定的实时处理，引导机器人进展作业。

第二代机器人已进入了使用化，在工业生产中得到了广泛应用。

第三代机器人称为智能机器人。

这种机器人不仅具有比第二代机器人更加完善的环境感知能力，视觉、触觉等智能，而且还具有像人一样的逻辑思维、逻辑判断机能，能推理、决策、自我规划、自我学习、有自立性。

可根据作业要求与环境信息自主地进展工作。

1.2.1机械本体

机器人的机械本体机构根本上分为两大类，一类是执行机构，即操作本体机构，它类似人的手臂和手腕，是一组具有与人手脚功能相似的机械机构；另一类为移动型本体结构，主要实现移动功能。

如行进系统。

1）手部〔抓取机构或夹持器〕：

用来直接抓取工件或工具。

有机械式、真空吸附式、磁性吸附式。

2）腕部：

是联接手部和臂部的部件，用以支撑和调整手部的姿态。

3）臂部：

是支撑腕部的部件，由动力关节和连杆组成。

用以承受工件或工具负荷，改变工件的空间位置，并送至预定的位置。

4）机身〔立柱〕：

是支撑臂部的部件，扩大臂部的活动X围。

5）机座与行走机构：

是支撑整个机器人的根底件，确定并改变机器人的位置。

1.2.2控制系统：

控制系统即计算机控制系统，各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出。

机器人通常采用主计算机与关节驱动伺服计算机两级计算机控制。

它是机器人的大脑，控制与支配机器人按给定的程序动作，并记忆人们示教的指令信息，可再现控制所存储的示教信息。

机器人控制系统是机器人的重要组成局部，用于对操作机的控制，以完成特定的工作任务。

如图示：

1〕控制计算机：

是调度指挥机构，微型机。

2〕示教盒：

工作轨迹和参数设定，拥有独立存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。

3〕控制面板：

各操作功能按钮，状态指示灯。

4〕硬盘和软盘存储：

存储程序。

5〕数字和模拟量输入输出：

各种状态和控制命令输入输出。

6〕轴控制器：

完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。

驱动系统即驱动伺服单元，它是机器人执行作业的动力源，按照控制系统发出的指令驱动执行机构完成规定的作业。

其作用是使驱动单元驱动关节并带动负载按预定的轨迹运动。

已广泛采用的驱动方式有：

液压伺服驱动、电机伺服驱动，气动伺服驱动。

传感系统，除了关节伺服驱动系统的位置传感器〔称作内部传感器〕外，还配备视觉、力觉、触觉、接近觉等多种类型的传感器〔称作外部传感器〕。

如：

感知系统和人工智能系统等。

为了与周边系统与相应操作进展联系与应答，还应有各种通讯接口和人机通信装置。

首先，工业机器人做为完成任务的机具，按用途包括以下几种：

〔a〕搬运、上料机器人；〔b〕喷涞机器人；〔c〕焊接与切割机器人，点焊与弧焊；〔d〕装配机器人；〔e〕最后工序机器人，完成打毛剌、分类、检验、包装等工作。

可见工业机器人的用途实为广泛。

接着，更深一步，从技术上可以把工业机器人分为以下几类：

1）专用机器人：

用固定的程序在固定的地点工作的机器人。

其结构简单，本钱低。

自动化的机械手。

2）通用机器人：

具有独立的控制系统，通过改变程序能完成多种作业的机器人。

其结构复杂，工作X围大，通用性强，适用于不断变换生产品种的柔性制造系统。

3）示教再现机器人：

具有记忆功能，在操作者示教操作后，能按示教的顺序、位置、条件与其他信息反复示教作业。

4）智能机器人：

采用计算机控制，具有视觉、听觉、触觉等多功能和识别功能。

通过比拟和识别，自主作出决策和规划，自动进展信息反响，完成预定的动作。

1）气压传动机器人：

以压缩空气作为动力源驱动执行机构的机器人，动作简单、本钱低廉，适用于高速轻载、高温和粉尘大的环境作业。

2）液压传动机器人：

采用液压驱动，具有负载能力强、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏的特点，适用于低速、重载的场合。

3）电气传动机器人：

用交流或直流伺服电动机驱动的机器人，不需要中间转换机构，结构简单、响应速度快、控制精度高。

1）直角坐标型：

由三个相互正交的平移坐标轴组成，坐标轴运动独立。

控制简单、定位精度高。

2）圆柱坐标型：

由立柱和一个安装在立柱上的水平臂组成，其立柱安装在回转的机座上，水平臂可以伸缩，并可沿立柱上下移动。

一个旋转轴和一个平移轴。

如：

Verstran机器人。

3）球坐标型：

由回转机座、俯仰绞链和伸缩臂组成，有两个旋转轴和一个平移轴。

4）关节型：

由大臂、小臂和立柱组成。

肘关节、肩关节是绞链。

有三个旋转轴。

如：

关节型搬运机器人、关节型焊接机器人

自由度是表达机器人通用性、灵活性的重要指标。

目前，一般商业化的工业机器人自由度大都在3~7之间。

如：

仿生型特种机器人，该系列机器人，自由度一般较多，具有更强的适应性和灵活性，但控制更复杂，本钱更高，刚性较差。

如：

类人型机器人、蛇形机器人、仿狗机器人、六足漫游机器人、六轮漫游机器人、仿鱼机器人、仿鸟机器人等

1.3.5根据负载能力与空间动作领域分类：

类型

负载能力与空间动作领域

超大型机器人

1t以上

大型机器人

100kg~1t动作领域10m²以上

中型机器人

10kg~100kg动作领域1m²~10m²

小型机器人

0.1kg~10kg动作领域0.1m²~1m²

超小型机器人

0.1kg以下动作领域0.1m²以下

1.3.6根据顺序信息分类：

名称

定义

操纵机械手

直接操作型的机械手

单机能机器人

仅具有固定记忆机能的机械手，这种控制装置无法实现多种反复作业

反复作业机器人

单纯反复作业机器人

固定程序

作业程序难以变更的机器人

可变程序

作业程序容易变更，而且根据程序可以进展固定顺序控制的机器人

作业程序容易变更，而且具有作业条件分枝机能的机器人

多种反复作业机器人

可变程序

具有多个作业程序，根据指令或作业条件，作业程序可以自由选择或自动选择的机器人

智能机器人

根据感觉机能或认识机能，能够自行决定行动的机器人

动力能源是指驱动机器人可动局部的传动方式，一般多采用电压、液压和空压三种方式。

RANK是表达机器人所具有的可回转关节数。

2工业机器人的性能指标

自由度是指运动件相对于固定坐标系所具有的独立运动的趋势。

用以表示机器人动作灵活程度的参数，