机器人生产线.docx

1、机器人生产线机器人生产线1.1机器人生产线的概述精密机芯的自动装配和检测包装是产品自动化生产过程的最后关键技术，也是机器人技术物流技术自动化装配技术综合应用的重要领域，上海大学在研制精密机，机器人自动装配生产线的过程中，在这方面做了成功的探索，装配生产线的生产规模、生产节拍装配精度等多方面达到了国内领先，填补了空白,并有多处创新。1 装配生产线简介精密机芯机器人自动装配生产线属于小型零件中等规模快节拍高精度的自动化装配检测包装生产线，生产线全长21.8 m，共有装配加油检测分类装箱等主要工位25个，使用垂直多关节机器人一台，直角坐标机器人12台，回转翻转机械手11个，能将产品的十二种零件，如底

2、板蜗轮齿轮阻尼器轴发条盒、发条螺钉等通过理料供料装配成机芯, 经过三个指标的检测，最后将产品包装入箱装配精度为0.01mm级，生产节拍每件2.5 s。2 研究方法和技术路线研究工作首先从装配线的整体规划和产品输送方案论证着手,分析了产品特点和装配要求,从多种传输方案中确定产品底板直接异步输送直接定位方案,该方案具有整体结构简单定位精度高经济性好等优势开展了装配工艺分析装配动作分解及优化装配工位的确定等工作分析了原有手工装配工序装配动作结合机器人自动装配的特点,经过优化综合,有的把一个复杂装配动作分解为几个简单动作来实现,有的将几个零件的复杂装配过程集中于一个工位,制定了科学合理的工艺流程使整条

3、生产线具有主装配线与分支装配线相结合,树式串联并联式流程结构相结合的工艺流程特点,根据不同的装配速度在不同的工位完成对1 至5 个产品的操作,如一次装配二个阻尼器一次检测三个机芯一次将五个产品装入箱内使装配生产线全线能满负荷运基于机器人技术的自动分拣包装生产线 基于机器人技术的自动分拣 包装生产线简介该项目利用先进的机器人技术，开发出具有自主知识产权的自动分拣设备、自动包装设备、自动堆垛设备等自动化生产线所必需的通用模块化产品，并能根据不同行业的企业需求构建自动化生产线，实现无人化生产。该项目成果主要应用于建筑用陶瓷板、家电等轻工行业，其意义在于将工业机器人技术与上述行业的迫切需求相结合，提高

4、企业生产过程的自动化程度和生产率，为企业增加效益。建筑陶瓷自动分级包装码垛生产线介绍： 建筑陶瓷自动分级包装码垛生产线是针对目前陶瓷行业人力资源缺乏、生产成本高等实际情况，专门基于机器人技术设计的一种人性化、自动化的生产装备。对应大型抛光砖和仿古砖，以600*600规格瓷砖为例，该生产线具有30块/分钟的自动分级包装能力，并实现了全自动码垛。该生产线的应用对提高陶瓷生产企业抵御风险能力、提高产品质量、抬升企业形象都具有积极的促进作用。我们除了提供整套标准的自动分级包装码垛生产线外，还可以根据客户的实际需求或特定的使用要求，进行评估、优化、设计和制造，量身定做整套或实现某一部分功能的自动分级包装

5、码垛生产线装置。我们衷心希望与广大的陶瓷企业合作，并能在互助互利的基础上，一起成长、共同发展。生产线工位组成 该生产线首先根据瓷砖的色差和几何尺寸的不同对每块瓷砖进行分级设定，根据目前陶瓷生产业的实际情况，该部分工作可由检测仪器和人工配合完成，分级信息包括瓷砖个数、等级等以约定的数据方式进入生产线控制系统；第二步则对瓷砖进行分级堆摞，将同一级别的瓷砖按照规定的数目叠摞在一起，如果是抛光砖则按照其生产工艺要求进行面对面叠摞，如果是仿古砖则进行正常依次叠摞，同时此过程中完成对次品的剔出；第三步则完成对叠摞好的瓷砖的自动包装，此过程中放纸机构可以完成自动送纸盒功能，砖摞对齐机构可保证最终包装质量的一

6、致性，两级打包设备可完成对瓷砖的四方向打包任务；第四步控制系统根据全程记录的瓷砖信息，对打包好的瓷砖喷印分级标志；最终通过高位自动码垛设备对瓷砖进行全自动分级码垛。整条生产线的工位组成如图1： 图1 生产线整线工位组成 整条生产线共11个工位，每个工位均有相应的机构和控制逻辑保证本工位动作的实施，同时在PLC系统统一控制下，完成各工位之间的协同作业。机器人的介绍一、机器人1、工业机器人工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的光仪电一体化自动化生产设备，特别适合于多品种、变批量的柔性生产。(1)操作机:通

7、过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。(2)控制器:控制器的性能进一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。(3)传感装置:激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中已得到成功应用，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。(4)并联机构:采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是机器人技术向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。(5)网络通信:机器人控制器已实现了与Canb

8、us、Profibus总线及一些网络的连接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。另外由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大的提高。机器人系统的可靠性已达到5万小时，几乎可以满足任何场合的需求。2、特种机器人非制造业领域机器人与制造业的相比，其主要特点是工作环境的非结构化和不确定性，因而对机器人的要求更高，需要机器人具有行走功能，对外感知能力以及局部的自主规划能力等，是机器人技术的一个重要发展方向。(1)水下机器人:水下机器人已用于海洋石油开采、海底勘察、救捞作业、管道敷设和检查、电缆敷设和维护以及大

9、坝检查等方面，形成了有缆水下机器人和无缆水下机器人两大类。(2)空间机器人:空间机器人是特种机器人的重要研究领域。(3)地下机器人:地下机器人主要包括采掘机器人和地下管道检修机器人两大类，主要研究内容为:机械结构、行走系统、传感器及定位系统、控制系统、通信及遥控技术。(4)医用机器人:医用机器人主要研究内容包括:医疗外科手术的规划与仿真、机器人辅助外科手术、最小损伤外科、临场感外科手术等。(5)军用机器人:目前，国外军用机器人发展十分迅速，类型已达上百种，功用更是多种多样，有侦察、保障、排雷、防化、进攻、防御型等等。具体有机器人地雷、机器人坦克、智能枪、智能火炮、排雷(弹)机器人、防核生化机器

10、人、侦察机器人、智能飞机、智能导弹、机器人潜水器等。可以预见，21世纪各种先进的机器人系统将会进入人类生活的各个领域，成为人类良好的助手和亲密伙伴。3、智能机器人在计算机技术和人工智能科学发展的基础上，产生了智能机器人的概念。智能机器人是具有感知、思维和行动的机器，智能机器人可获取、处理和识别多种信息，自主地完成较为复杂的操作任务。智能机器人作为新一代生产和服务工具，在制造领域和非制造领域具有更广泛、更重要的地位。同时，智能机器人作为自动化、信息化的装置与设备，完全可以进入网络世界，发挥更多、更大的作用。虽然从生物学角度来实现机器人的人工智能化还很遥远，但随着计算机芯片技术及计算能力的进一步发

11、展，完全可研制出的具有复杂生物行为的机器人。这些机器人集生物学、电子学、审美与机械学于一体，即所谓的BEAM机器人。目前国际上在机器人的智能化和多样化方面，主要研究内容集中在以下几点:(1)虚拟机器人技术:基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥控操作和人机交互。(2)多智能体控制技术:对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。(3)微型和微小机器人技术:这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向，微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。(4)软机

12、器人技术:主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。(5)仿人和仿生技术:这是机器人技术发展的最高境界，未来的机器人必须具有一定情感、社交头脑等等特点，这也是各国科学家努力的目标，目前仅在某些方面进行一些基础研究。自动化生产线成套装备需要研究的技术主要有: 利用CAX及仿真系统等多种高新技术和设计手段，快速设计和开发机器人大型自动化生产线，并进行数字化验证。 自动化生产线“数字化制造”技术。国外已经推出可进入实用的“数字化工厂”商品化软件，建立产品制造工艺过

13、程信息化平台，再与本企业的资源管理信息化平台和车身产品设计信息平台结合，构成支持本企业产品完整制造过程生命周期的信息化平台。 利用传感器和网络技术，实现大型生产线的在线检测和监控，确保产品质量，并且实现产品的主动质量控制。利用自动化生产线模块化及可重构技术，实现生产线的快速调整及重构。 生产线快速整定技术。建立完整的制造过程信息技术，发展机器人等自动化设备的离线编程技术、生产线上的机电设备实现网络控制管理技术、关键工位在线100%产品检测技术、先进的生产线现场安装精度测试技术。发达国家广泛应用机器人自动化生产线，已形成了巨大产业，年市场容量约为1000亿美元。国际上著名公司ABB、COMAS、

14、KUKA、BOSCH、NDC、SWISSLOG、村田等都是机器人自动化生产线及物流与仓储自动化设备的集成供应商。全球过程自动化产品市场销售额预计2006年将超过700亿美元。从2001年到2006年年平均增长率将达到4.6%。主要应用于玻璃、陶瓷、钢铁和有色金属工业、轧钢和铝板材工业、化学、食品和制药业、石化工业、纸浆和造纸业、环保、矿山、石油和天然气工业等。其中矿山工业为70亿美元、原材料工业90亿美元、过程工业360亿美元、电站110亿美元、环保工业70亿美元。就全球而言，北美占27.2%、西欧占26%、亚非(不包括日本)占21.1%、日本占12.3%、东欧占4.7%、南美占4.9%，其它

15、地区占3.7%。我国近几年机器人自动化生产线已经不断出现，并给用户带来显著效益。目前国内已建立了多条弧焊机器人生产线、装配机器人生产线、喷涂生产线和焊装生产线。随着我国工业企业自动化水平的不断提高，机器人自动化线的市场也会越来越大，并且逐渐成为自动化生产线的主要方式。我国机器人自动化生产线装备的市场刚刚起步，而国内装备制造业正处于由传统装备向先进制造装备转型的时期，这就给机器人自动化生产线研究开发者带来巨大商机。据预测，目前我国仅汽车行业、电子和家电行业、烟草行业、新能源电池行业等，年需求自动化线就达300多条，产值约为60多亿元人民币。据初步测算，“十一五”期间，仅汽车制造业的需求市场容量将

16、达到800多亿元人民币。机器人的概述在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。 “工业机器人”（Industrial Robot）：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机器人或通用机器人）。机器

17、人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。简而言之，机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。 机器人一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机器人，也即本文所研究的对象。它是一种独立的、不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机（Manipul

18、ator）。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机器人来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专业机器人，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机器人在国外通常被称之为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动。除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。机器人按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机器人以其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障碍物等这样一些特点，成为机器人中使用最多的一种结构形式，世界一些著名机器人的本体部分都采

19、用这种机构形式的机器人。要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决定了机器人的性能。一般而言，机器人通常就是由执行机构、驱动传动系统和控制系统这三部分组成，如图 1-1 所示。图1-1 机器人的一般组成对于现代智能机器人而言，还具有智能系统，主要是感觉装置、视觉装置和语言识别装置等。目前研究主要集中在赋予机器人“眼睛”，使它能识别物体和躲避障碍物，以及机器人的触觉装置。机器人的这些组成部分并不是各自独立的，或者说并不是简单的叠加在一起，从而构

20、成一个机器人的。要实现机器人所期望实现的功能，机器人的各部分之间必然还存在着相互关联、相互影响和相互制约。它们之间的相互关系如图1-2 所示。 图1-2 机器人各组成部分之间的关系机器人的机械系统主要由执行机构和驱动传动系统组成。执行机构是机器人赖以完成工作任务的实体，通常由连杆和关节组成，由驱动传动系统提供动力，按控制系统的要求完成工作任务。驱动传动系统主要包括驱动机构和传动系统。驱动机构提供机器人各关节所需要的动力，传动系统则将驱动力转换为满足机器人各关节力矩和运动所要求的驱动力或力矩。有的文献则把机器人分为机械系统、驱动系统和控制系统三大部分。其中的机械系统又叫操作机(Manipulat

21、or)，相当于本文中的执行机构部分。davidyu2008-04-02 16:18-工业机器人日本工业机器人的发展令人瞩目，素有“机器人王国”之称。在其经历了短暂的摇篮期之后，快速跨过实用期，迈入普及提高期。在20世纪80年代90年代初期，日本的工业机器人可谓处于繁荣鼎盛时期，似乎无所不能。然而，花无百日红，自20世纪90年代中期开始，随着欧洲和北美工业机器人产业的崛起，国际市场的格局发生了明显的变化，从日本转向欧洲和北美。在渡过了几年的低迷期之后，本世纪初日本的工业机器人又开始重新焕发生机，尤其是伴随着中国和其他周边国家对工业机器人需求的增长，以及日本本国早年工业机器人因服务期限而带来的更新

22、换代，预期将对日本工业机器人的发展发挥积极的作用。 据日本机器人协会的统计，2004年全年日本工业机器人的定单较去年增长了17.8%，达到了4995.6亿日元（48亿美元），是连续第三年大幅度增长。2004年全年日本工业机器人销售额为4458.3亿日元，同比增长13.4%。2005年第一季度，日本工业机器人销售额为1289亿日元，较去年同期增长13.6%。从日本工业机器人出口情况看，日本堪称出口大国。2004年出口额达到2788亿日元（27亿美元），较2003年大幅增长20.7%，这很大程度上得益于中国和其他亚洲国家对工业机器人需求的大幅增长。 从日本国内工业机器人市场看，日本又是工业机器人最

23、大的消费国。日本2004年国内工业机器人销售额为1670.2亿日元，同比小幅增长了3%，新安装工业机器人为33200台。其中，排名前五位厂商的销售额占据了70以上的市场份额，它们依次为： 1、排名第一的是Matsushita Electric Industrial Co.(松下) (6752)，市场份额为25.1%。虽然Matsushita排名处于首位，但与2003年相比，市场份额下降3.5%。其原因在于：2003年电子器件，如平板电视、DVD播放器/录像机和其他数字应用的强劲增长，推动了Matsushita 5%的市场份额。到了2004年电子器件安装商的需求相对疲软。 2、排名第二的是Yas

24、kawa Electric Corp.(安川)(6506)，市场份额为18.8%。关节型工业机器人是Yaskawa主要产品，2004年市场份额同比2003年增长了2.3%。主要原因：市场对于新型的液晶玻璃板的搬运机器人需求增长。3、排名第三的是Fanuc Ltd. (6954)，市场份额为15.4%，在其2003年失去了部分市场份额后，2004年市场份额增长了2.6%。主要原因：由于该公司的配备有视觉系统和压力传感器的焊接机器人被汽车制造商看好，市场份额随之提升。4、排名第四的是Kawasaki Heavy Industries Ltd.(川崎) (7012) 市场份额为6.4%，同比上升0.

25、5%。主要原因：主要用于汽车制造业的关节型工业机器人销售的增长。 5、Yamaha Motor Co. (7272) 市场份额为6%，同比上升0.8%。主要原因：用于电子部件安装的工业机器人销售的增长。据联合国欧洲经济委员会（UNECE）和国际机器人联合会(IFR)的预测，至2007年，日本新安装工业机器人41300台，安装总量达到350000台。 政策扶持，起步发展神速 日本在20世纪60年代末正处于经济高度发展时期，年增长率达11%。第二次世界大战后，劳动力趋于紧张的日本，因高速度的经济发展更加剧了劳动力严重不足的困难。而此时，美国研制成功的工业机器人无疑为日本的工业发展带来了最大的福音，

26、1967年日本由川崎重工业公司从美国Unimation公司引进机器人及其技术，建立起生产车间，并于1968年试制出第一台川崎的“尤尼曼特”机器人。 极大地缓解日本劳动力不足的工业机器人，受到了日本企业“救世主”般的欢迎。再加上日本政府在经济上所采取的积极扶植政策，进一步鼓励发展和推广应用机器人，激发了企业从事机器人产业的积极性。尤其是政府对中、小企业的一系列经济优惠政策，如由政府银行提供优惠的低息资金，鼓励集资成立机器人长期租赁公司，公司出资购入机器人后长期租给用户，使用者每月只需付较低廉的租金，大大减轻了企业购入机器人所需的资金负担；政府把由计算机控制的示教再现型机器人作为特别折扣优惠产品，

27、企业除享受新设备通常的40%折扣优惠外。还可再享受13%的价格补贴。此外，国家还出资对小企业进行应用机器人的专门知识和技术指导等等。 这一系列扶植政策，使日本机器人产业迅速发展起来，经过短短的十几年。到80年代中期，已一跃而为“机器人王国”。其机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位。按照日本产业机器人工业会常务理事米本完二的说法：“日本机器人的发展经过了60年代的摇篮期。70年代的实用期。到80年代进人普及提高期。”并正式把1980年定为产业机器人的普及元年”。开始在各个领域内广泛推广使用机器人。 自动化生产线柔性适用于频繁地更换模型线和单独定制。不过，柔性不再是自动化工业的标准限制。食品和

28、饮料、制药、电子和半导体、仓储物流都是需要一定的商业样式，寻求在产品多样化上得到发展，同时减少操作成本。视觉引导机器人技术提供了更好的性能，达到更高的柔性同时减少加工成本。机器人技术和视觉技术相结合，并将低成本，离散和混合工业中证明VGR技术对于生产商来说更易于实现。生产商必须注意VGR的选择。视觉或机器人技术的单独进步都会阻碍VGR技术最新性能，使得产品成熟推迟，因此而增加设备的成本。 柔性是设计和升级自动化产品线的最重要标准。自动化商业动力在重要投资中具有很好的发展，而不需要再通过数百万个产品单元来分期还清。商业风险太大。需求方成为小地盘市场的一部分，寻找独立的产品个性化。自动化生产商回应

29、此行为的方式是将一般结构的产品进行外购，并且日渐转移其保留的自动化产品在最终装配线、白车身和动力序列操作中与柔性的协调。机器人技术，艰苦的自动操作，是生产商考虑自动化部分柔性的首要因素。不过，VGR提供更广阔的价值可能性 静态和动态运动应用的VGR VGR在最简单的形式下，是一个固件视觉传感器，用来寻找箱子里的静态目标或者传送带上移动目标的相关位置坐标。移动传送带增加了复杂性，机器人控制器需要计算移动部分的下一个位置，引导机器人手臂拾取该部分。很显然，移动传送带应用使用2D技术，不过3D技术可以用作由于传感器的远近使得图像失真核心效果处理。静态和移动应用中，相关目标坐标传送到机器人控制器，以控

30、制下一步过程机器人手臂的拾取导向。应用复杂性可以通过VGR子系统的技术进步进行调节，并具有更好的鲁棒性。这扩展了现存的应用和工业上更广泛的应用。工业 操作自动化 发动机和车身组件组装食品饮料 传送带提取产品以包装和码垛制药 移动带的包装和运送药品供应金属锻造 定位货盘的金属铸件和加载CNC机构 VGR在选定工业的应用 VGR增加精确性和减少定位需求 大部分机器人应用并没有视觉支持，提供可重复性但精确性不足。一般情况下，机器人学习移动到特殊精确点，并回到同一个学习点。VGR增加了精确性，因为视觉传感器提供给机器人必须行进点的精确坐标。视觉导向节省生产线中和生产线尾端操作中物料输送的艰苦加工成本，

31、并提高操作柔性。 物料输送操作中，VGR移动传送带或箱子里的阻碍。随着精确度的提高和由视觉传感器感知的周围环境视觉认识的增加，VGR可以进行和产品种类相关的广泛的操控，提高操作柔性。和简单机器人操作不同，VGR不需要每次都学习，不过正确的算法可以识别一定类型的零件，从而调整动作。 零件放置的复杂性和高成本排列也会消除，因为零件目前允许随机放置。此外，因为VGR能精确地识别零件的定位，零件可以放置到普通箱子中，而无需特殊设计的箱子。每部分挤压成特殊包装是必须进行操作的，该艰苦加工的高额成本就可以因此而减少。这个趋势增加了柔性，因为产品线目前可以接受更多的零件，而不需要特殊的箱子和货舱零件。VGR技术主要避免手动和艰苦加工操作，在很多组装应用中还是很普遍的。自动化工业通过将VGR迎合市场，对于订单决定生产的需要和减少不同产品投资成本急速地升级其操作以增加柔性。同样，市场推动VGR技术更快在食品饮料、制药和金属工业采用，以满足消费者的需求。 寻找符合商业的综合VGR 不论VGR多有益，快速执行是减少所有权整体成本的标准。工业用户在过去有很多困难，两个技术领域结合产生了巧妙的解决方案。系统集成可以通过除去网络和数据之间界面的不相容问题以减少用户的集成问题。