毕业设计(论文)文献综述_工学_高等教育_教育专区。工业机器人 一、 机器人的基本概念 机器人是最近 30 发展起来的一种典型的、机电一体化的、独立的自动化生产工具。 关节型工业机器人则是机器人学的一个分支，工业机器人是在自动操作机的基础上发展 起来的
工业机器人 一、 机器人的基本概念 机器人是最近 30 发展起来的一种典型的、机电一体化的、独立的自动化生产工具。 关节型工业机器人则是机器人学的一个分支，工业机器人是在自动操作机的基础上发展 起来的一种能模仿人的某些动作和控制功能，并根据可变的程序、轨迹和其他的要求， 操纵工具实现多种操作的自动化机械系统，机器人可广泛用于各种不同的领域，当用于 工业生产中时，通常称为“工业机器人”(图 1)。 图1 二、 工业机器人的组成 工业机器人系统由 3 大部分 6 个子系统组成。3 大部分是：机械部分、传感部分、控制部 分。6 个子系统是：驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人-机交互 系统、控制系统。 1、 执行系统 执行系统是工业机器人完成握取工具（或工件）实现所需各种运动的机构部件，包括以下 几部分。 ① 手部是工业机器人直接与工件或工具接触。用来完成握持工件或工具的部件。 ② 腕部用来连接工业机器人的手部与臂部、确定手部工作位置并扩大臂部动作范围的部件。 ③ 臂部是工业机器人用来支撑腕部和手部，实现较大运动范围的部件。 ④ 机身是工业机器人用来支撑手臂部件，并安装驱动装置及其他装置的部件。专用机械手一 般将臂部安装在主机上，成为主机的附属装置。 ⑤ 行走结构是工业机器人用来扩大活动范围的机构，有的是专门的行走装置，有的是轨道、 滚轮机构。 2、 驱动系统 工业机器人驱动系统是向执行系统的各个运动部件提供动力的装置。按照采用的动力 源不同，驱动系统分为液压式、气压式、电气式。 3、 控制系统 控制系统是工业机器人的指挥系统，它控制驱动系统，让执行机构按照规定的要求进 行工作。 三、 工业机器人的主要技术参数 工业机器人的技术参数是说明机器人规格与性能的具体指标，包括以下几个方面。 1 1、 负载能力（机器人臂力） 这项参数一般指机器人在正常运行速度下所能握取的工件重量，它与机器人才的 运行速度高低有关。 2、 定位精度 定位精度的高低取决于位置控制方式以及工业机器人的运动部件本身的精度和刚 度，与握取重量。运行速度等也有密切关系。 3、 运动速度 机器人运动部件的每个自由度，起运行全过程一般包括启动速度、等速运行和减 速制动等阶段。 4、 自由度 自由度是指确定机器人手部中心位置和手部方位的独立变化参数。工业机器人的 每一个自由度，都要相应地配对一个原动件（如伺服电机、油缸、气缸、步进电机等 驱动装置） ，当原东件按一定的规律运动时，机器人各运动部件就随之作确定的运动， 自由度数与原动件数必须相等，只有这样才能使工业机器人具有确定运动。工业机器 人自由度越多，其动作越灵活，适应性越强，但结构相应越复杂。 5、 工作范围 工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫做工作 区域。 四、 工业机器人的结构形式 工业机器人的总体结构类型可分为直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型和关节四种。 1、 圆柱坐标型 这种形式的工业机器人的臂部均有回转、伸缩与升降三个自由度，其运动范围的 图形为一个圆柱体。 2、 极坐标型 该运动形式工业机器人的臂部由一个直线运动与两个回转运动组成，即由一个伸 缩、一个俯仰与一个回转运动组成。其运动范围的图形为一个球体。它具有动作灵活、 占地面积小而工作时的运动范围大等特点。但结构较复杂，定位精度较低，运动直观 性差。 3、 直角坐标型 直角坐标型的工业机器人由沿 x,y,z 轴三个方向的运动组成， 运动范围的图形为立 方体。其特点是结构简单、定位精度高、运动直观性强，但占地面积大而工作范围小， 惯性大灵活性差。 4、 多关节型 这种运动形式工业机器人的臂部类似人的手臂，可做几个方向的转动。它由立柱 和大小两个臂组成，大小两个臂之间的连接为肘关节，大臂与立柱之间的连接为臂关 节，可使大臂做回转运动、小臂俯仰和大臂俯仰运动。 而本课题所研究的是正是水平多关节机器人。图 2 为六个自由度关节型机械手臂 主体结构图。 2 图2 关节型结构的机械手臂在相同体积条件下比非关节型结构的机械手臂具有大得多 的工作空间。关节型结构的机械手臂也具有一定的人手臂功能，这种特点使得关节型 机械手臂可以轻易壁障和伸入狭窄弯曲的通道去操作， 相较之下其他类型的机械手臂， 例如直角坐标型机械手臂、圆柱坐标型机械手臂和极坐标型机械手臂则不具备这样的 功能，因而关节型机械手臂具有先天性结构优势，受到最大程度的关注和研究。 五、 工业机器人的应用范围 工业机器人是部分或完全代替人工操作的自动化装置，目前随着机器人研究的不断深 入和发展，机器人的使用范围越来越广泛。比如农业、医疗等方向。目前，工业机器人的 应用领域主要在以下 3 个方面：恶劣工作环境；危险工作场合、特殊作业场合；自动化生 产领域。 1、在这些领域中应用的机器人主要包括以下几种。 （1） 、焊接机器人。焊接机器人需要 6 个自由度，3 个自由度用来控制焊具跟随焊缝的空 间轨迹，另 3 个自由度保持焊具与工件表面有正确的姿态关系，这样才能保证良好的焊缝 质量。 （2） 、材料搬运机器人。材料搬运机器人可用来上下料、码垛、卸货以及抓取零件重新定 位。 （3） 、检测机器人。零件制造过程中的检测以及成品检测都是保证产品质量的关键问题。 它主要有两个工作内容：确认零件尺寸是否在允许的公差内；零件质量控制上的分类。 （4） 、装配机器人。装配机器人是一个比较复杂的作业过程，不仅要检测装配作业过程中 的误差，而且要试图纠正这种误差。因此，装配机器人应用了许多传感器，其中听觉传感 器用来判断压入件或滑入件是否到位。 （5） 、喷漆和喷涂。一般在三维表面作业至少要 5 个自由度。由于可燃环境的存在，驱动 装置必须防燃防爆。在大件上作业时，往往把机器人装在一个导轨上，以便行走。 （6） 、其他诸如密封和黏贴、清砂和抛光、熔模铸造和压铸、锻造等等也有广泛的应用。 2、工业机器人的优点 综上所述，工业机器人的应用给人类带来了许多好处，如： （1） 、减少劳动力费用； （2） 、提高生产率； （3） 、改进产品质量； （4） 、增加制造过程的柔性； 3 （5） 、减少材料浪费； （6） 、控制和加快库存的周转； （7） 、降低生产成本； （8） 、消除了危险和恶劣的劳动岗位。 六、 目前我国机器人的研究主要内容如下： ① 示教型工业机器人的产业化技术的研究 这些研究主要包括：关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人的标准化、通用化、模块 化、系列化设计；柔性仿形喷涂机器人的开发；焊接机器人的标准化、通用化、模块化、系列化 设计；弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置的开发；焊接机器人的离线示教编程以及工作站系统 动态仿真；电子行业用装配机器人产品标注化、通用化、模块化、系列化设计；批量生产机器人 所用的专用制造、装配、测试设备和工具的研究的开发。 ② 智能机器人的开发 这些研究主要包括：遥控加局部自主系统构成和控制策略研究；智能移动机器人的导航很定 位技术研究；面向遥控机器人的虚拟现实系统；人机交互环境建模系统；基于计算机屏幕的多机 器人遥控技术。 ③ 机器人化机械研究开发 这些研究开发主要包括：并联机构机床与机器人化加工中心开发研究；机器人化无人职守和 具有自适应能力的多机遥控操作的大型散料输送设备 ④ 以机器人为基础的重组装配系统 这些系统主要包括；开放式模块化装配机器人；面向机器人装配的设计技术；机器人柔性化 装配系统设计技术，可重构机器人柔性装配系统设计技术；装配力觉、视觉技术；智能装配策略 以及控制技术 ⑤ 多传感信息融合与配制技术 该技术主要包括：机器人的传感器配制和融合技术在水泥生产过程配制和污水处理自动控制 系统中的应用；机电一体化智能传感器的设计应用。 七、 结束语 工业机器人的诞生和机器人学的建立, 无疑是 20 世纪人类科学技术的重大成就。 我国的工业 机器人研究从“七五”开始起步，近十几年来在国家“863”计划的支持下已经取得长足的进步。 因为工业基础方面的原因，我国在工业机器人本体的生产水平方面与国外还有较大的差距，要缩 短我国工业机器人应用及研究与国外的差距, 必须利用自己的优势走产业化的发展道路。同时, 在现代制造技术快速发展的今天, 还必须在研究和开发上跟踪机器人技术的发展趋势。工业机器 人产业和技术的发展必将大大加速我国制造业的崛起。 参考文献： ［1］余雷声. 电器控制与 PLC 应用[M]. 北京：机械工业出版社，1996：58-63 ［2］王建明.自动化与工业机械手技术.天津：天津大学出版社，2009.1 4 ［3］刘文波.陈白宁.段智敏.工业机器人.沈阳：东北大学出版社，2007.12 ［4］芮延年.机器人技术及其应用.北京：化学工业出版社，2008.5 ［5］杨曙东.何存兴.液压传动与气压传动（第三版）.武汉：华中科技大学出版社，2008.4 ［6］叶晖.管小清.工业机器人实操与应用技巧.北京：机械工业出版社，2010.9 ［7］王文斌.机械设计手册.气压传动与控制/《机械设计手册》编委会.4 版.北京：机械工业 出版社，2007.2 ［8］王文斌.机械设计手册.液压传动与控制/《机械设计手册》编委会.4 版.北京：机械工业 出版社，2007.2 ［9］张桂香,柯志敏.机电类专业毕业设计指南[J].北京:机械工业出版社,2005.1 ［10］齐占庆.机床电气控制技术[G].北京:机械工业出版社,2006.1. ［11］左建民.液压与气压传动[TH].北京:机械工业出版社,2005.1. ［12］余雷声. 电器控制与 PLC 应用[M]. 北京：机械工业出版社，1996：58-63 ［13］ 王孙.关节式机械手本体及控制系统设计.西安交大机械电子工程研究所,CN 44-1259/TH. ［14］高安邦.成建生.陈银燕》机床电气与 PLC 控制技术项目教程.北京：机械工业出版社， 2010.1 5
