工业机器人装备技术.ppt

1,工业机器人装备技术,1、工业机器人的概念2、工业机器人的诞生与发展2.1、机器人的由来2.2、工业机器人的诞生2.3、示教再现工业机器人2.4、工业机器人的发展3、工业机器人的构造、分类及控制技术3.1、工业机器人的构造3.2、工业机器人的分类3.2、工业机器人控制技术4、工业机器人技术特点4.1、技术先进的工业机器人4.2、技术升级的工业机器人4.3、工业机器人与自动化成套设备5、工业机器人在世界各国的发展与应用5.1、工业机器人在发达国家的发展与应用5.2、工业机器人在中国的发展与应用5.3、工业机器人的在不同领域的应用5.4、工业机器人的应用举例,2,1、工业机器人的概念,工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能制定的原则纲领行动。,图01 工业机器人,3,2、工业机器人的诞生与发展,2.1 机器人的由来 1920年捷克作家卡雷尔查培克在其剧本罗萨姆的万能机器人中最早使用机器人一词，剧中机器人“Robot”这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表，特征和功能的机器，是一种人造的劳力。,图02 罗萨姆的万能机器人,4,工业机器人的研究源于遥控机械手和数控机床的研发。20世纪50年代以后，美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手，这是一种主从型控制系统，主机械手的运动。系统中加入力反馈，可使操作者获知施加力的大小，主从机械手之间有防护墙隔开，操作者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的监视，主从机械手系统的出现为机器人的产生为近代机器人的设计与制造作了铺垫。,2.2 工业机器人的诞生,5,与此同时，出于高效研制和生产新型军用飞机的需要，美国发起的对数控机床的研制。这项研究工作把当时成熟的伺服技术与当时新兴发展起来的计算机技术结合起来。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。1959年第一台工业机器人在美国诞生（Unimation），开创了机器人发展的新纪元。,图03 机械手,6,2.3 示教再现工业机器人 戴沃尔提出的工业机器人有以下特点:将数控的伺服轴与遥控操纵器的连杆机构联接在一起，预先设定的机械手动作经编程输入后，系统就可以离开人的辅助而独立运行。这种机器人还可以接受示教而完成各种简单的重复动作，示教过程中，机械手可依次通过工作任务的各个位置，这些位置序列全部记录在存储器内，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下依次再现上述位置，故这种机器人的主要技术功能被称为“可编程”和“示教再现”。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1962年美国推出的一些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似，但外形主要由类似人的手和臂组成。,7,2.4 工业机器人的发展 工业机器人的发展可分为三代：第一代为示教再现型工业机器人，工业机器人有部分电脑化控制能力，但人为工业机器人做决策。（尤曼特）第二代为感觉工业机器人，人发出任务指令后，工业机器人发挥自己的智慧完成工作，不用实时跟踪指导。（如有视觉传感器的、能识别与定位的工业机器人系统。）第三代为智能工业机器人，工业机器人具有意识，几乎不必由人来控制。当今工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展,8,3、工业机器人构造与分类,3.1 工业机器人的构造 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有36个运动自由度，其中腕部通常有13个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。3.2 工业机器人的分类 工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。,9,3.3 工业机器人控制技术 机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。工业机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。关键技术包括：1.开放性模块化的控制系统体系结构 2.模块化层次化的控制器软件系统 3.机器人的故障诊断与安全维护技术 4.网络化机器人控制器技术,10,4、工业机器人技术特点,4.1 技术先进的工业机器人 技术先进工业机器人集精密化、柔性化、智能化、软件应用开发等先进制造技术于一体，通过对过程实施检测、控制、优化、调度、管理和决策，实现增加产量、提高质量、降低成本、减少资源消耗和环境 污染，是工业自动化水平的最高体现。4.2 技术升级工业机器人 技术升级工业机器人与自动化成套装备具备精细制造、精细加工以及柔性生产等技术特点，是继动力机械、计算机之后，出现的全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具，是实现生产数字化、自动化、网络化以及智能化的重要手段。,11,4.3 工业机器人与自动化成套设备 应用领域广泛工业机器人与自动化成套装备是生产过程的关键设备，可用于制造、安装、检测、物流等生产环节，并广泛应用于汽车整车及汽车零部件、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、医药、冶金及印刷出版等众多行业，应用领域非常广泛。技术综合性强工业机器人与自动化成套技术，集中并融合了多项学科，涉及多项技术领域，包括工业机器人控制技术、机器人动力学及仿真、机器人构建有限元分析、激光加工技术、模块化程序设计、智能测量、建模加工一体化、工厂自动化以及精细物流等先进制造技术，技术综合性强。,12,5、工业机器人在世界各国的发展与应用,5.1、工业机器人在发达国家的发展与应用 80年代起，在主要工业国家，工业机器人已成为一种相对成熟的技术。工业机器人产品在工业中开始普及应用。目前，在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流 及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。,13,5.2、工业机器人在中国的发展与应用 和有着“机器人王国”之称的日本相比，我国有着截然不同的基本国情，那就是人口多，劳动力过剩。刺激日本发展工业机器人的根本动力就在于要解决劳动力严重短缺的问题。所以，我国工业机器人起步晚发展缓。但是正如前所述，广泛使用机器人是实现工业自动化，提高社会生产效率的一种十分重要的途径。我国正在努力发展工业机器人产业，引进国外技术和设备，培养人才，打开市场。日本工业机器人产业的辉煌得益于本国政府的鼓励政策，我国在十一五纲要中也体现出了对发展工业机器人的大力支持。中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显。从市场占有率来说，更无法相提并论。工业机器人很多核心技术，目前我们尚未掌握，这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。,14,5.3、工业机器人在不同领域应用 工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数控机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。,15,5.4、工业机器人在不同领域的应用举例,点焊机器人 焊接机器人具有性能稳定、工作空间大、运动速度快和负荷能力强等特点，焊接质量明显优于人工焊接，大大提高了点焊作业的生产率。点焊机器人主要用于汽车整车的焊接工作，生产过程由各大汽车主机厂负责完成。国际工业机器人企业凭借与各大汽车企业的长期合作关系，向各大型汽车生产企业提供各类点焊机器人单元产品并以焊接机器人与整车生产线配套形式进入中国，在该领域占据市场主导地位。,图04 点焊机器人流水线,16,弧焊机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产。在该领域，国际大型工业机器人生产企业主要以向成套装备供应商提供单元产品为主。公司主要从事弧焊机器人成套装备的生产，根据各类项目的不同需求，自行生产成套装备中的机器人单元产品，也可向大型工业机器人企业采购并组成各类弧焊机器人成套装备。在该领域，公司与国际大型工业机器人生产企业既是竞争亦是合作关系。,图05 弧焊机器人,17,激光加工机器人激光加工机器人是将机器人技术应用于激光加工中，通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业。本系统通过示教盒进行在线操作，也可通过离线方式进行编程。该系统通过对加工工件的自动检测，产生加工件的模型，继而生成加工曲线，也可以利用CAD数据直接加工。可用于工件的激光表面处理、打孔、焊接和模具修复等。,图06 激光加工机器人,18,真空机器人 真空机器人是一种在真空环境下工作的机器人，主要应用于半导体工业中，实现晶圆在真空腔室内的传输。真空机械手难进口、受限制、用量大、通用性强，其成为制约了半导体装备整机的研发进度和整机产品竞争力的关键技术。而且国外对中国买家严加审查，归属于禁运产品目录，真空机械手已成为严重制约我国半导体设备整机装备制造的“卡脖子”问题。直驱型真空机器人技术属于原始创新技术。,19,机器人应用实例1 富士康百万机器人3年取代流水线工人2 沈阳车床厂 CAK3675机器人流水线3 实验：从生产，库存到运输，上标，分销，整个流程都交给LabVIEW和LEGO NXT机器人4 Aldebaran Robotics Nao5 HRP-4C机器人跳舞,