工业机器人原理及应用实例

工业机器人原理及应用实例

一、工业机器人概念

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专用

机械装置；由计算机控制，是无人参与

的自主自动化控制系统；他是可编程、

具有柔性的自动化系统，可以允许进行

人机联系。可以通俗的理解为“机器人

是技术系统的一种类别，它能以其动作

复现人的动作和职能；它与传统的自动

机的区别在于有更大的万能性和多目

的用途，可以反复调整以执行不同的功

能。”

二、组成结构

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3～6个运动自由度，其中腕

部通常有1～3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。

三、分类

工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直

角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升

降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部

能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有

多个转动关节。

工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。

点位型只控制执行

机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、

装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机

构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和

涂装等作业。

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。编程

输入型是将计算机上已编好的作业程

序文件，通过RS232串口或者以太网等

通信方式传送到机器人控制柜。

示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵

盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行

机构按要求的动作顺序和运动轨迹操

演一遍；另一种是由操作者直接领动执

行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹

操演一遍。在示教过程的同时，工作程

序的信息即自动存入程序存储器中在

机器人自动工作时，控制系统从程序存

储器中检出相应信息，将指令信号传给

驱动机构，使执行机构再现示教的各种

动作。示教输入程序的工业机器人称为

示教再现型工业机器人。

具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；

如具有识别功能或更进一步增加自适

应、自学习功能，即成为智能型工业机

器人。它能按照人给的“宏指令”自选

或自编程序去适应环境，并自动完成更

为复杂的工作。

四、主要特点

工业机器人最显著的特点有以下几个：

(1)可编程。生产自动化的进一步发

展是柔性启动化。工业机器人可随其工

作环境变化的需要而再编程，因此它在

小批量多品种具有均衡高效率的柔性

制造过程中能发挥很好的功用，是柔性

制造系统中的一个重要组成部分。

(2)拟人化。工业机器人在机械结构

上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、

手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。

此外，智能化工业机器人还有许多类似

人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传

感器、力传感器、负载传感器、视觉传

感器、声觉传感器、语言功能等。传感

器提高了工业机器人对周围环境的自

适应能力。

(3)通用性。除了专门设计的专用的

工业机器人外，一般工业机器人在执行

不同的作业任务时具有较好的通用性。

比如，更换工业机器人手部末端操作器

（手爪、工具等）便可执行不同的作业

任务。

(4)工业机器技术涉及的学科相当

广泛，归纳起来是机械学和微电子学的

结合-机电一体化技术。第三代智能机

器人不仅具有获取外部环境信息的各

种传感器，而且还具有记忆能力、语言

理解能力、图像识别能力、推理判断能

力等人工智能，这些都是微电子技术的

应用，特别是计算机技术的应用密切相

关。因此，机器人技术的发展必将带动

其他技术的发展，机器人技术的发展和

应用水平也可以验证一个国家科学技

术和工业技术的发展水平。

五、五、种类介绍

1.焊接机器人

焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人。根据国际标准

化组织(ISO)工业机器人术语标准焊接

机器人的定义，工业机器人是一种多用

途的、可重复编程的自动控制操作机

(Manipulator)，具有三个或更多可编程

的轴，用于工业自动化领域。为了适应

不同的用途，机器人最后一个轴的机械

接口，通常是一个连接法兰，可接装不

同工具或称末端执行器。焊接机器人就

是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳

或焊(割)枪的，使之能进行焊接，切割

或热喷涂。

焊接机器人目前已广泛应用在汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架、导轨、

消声器以及液力变矩器等焊接，尤其在

汽车底盘焊接生产中得到了广泛的应

用。

2.码垛机器人

码垛机器人是从事码垛的工业机器人，将已装入容器的物体，按一定排

列码放在托盘、栈板(木质、塑胶)上，进

行自动堆码，可堆码多层，然后推出，

便于叉车运至仓库储存。码垛机器人可

以集成在任何生产线中，为生产现场提

供智能化、机器人化、网络化，可以实

现啤酒、饮料和食品行业多种多样作业的码垛物流，广泛应用于纸箱、塑料箱、瓶类、袋类、桶装、膜包产品及灌装产品等。配套于三合一灌装线等，对各类瓶罐箱包进行码垛。码垛机自动运行分为自动进箱、转箱、分排、成堆、移堆、提堆、进托、下堆、出垛等步骤。

3. 搬运机器人

搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工业机器人。最早的搬运机器人出现在1960年的美国，Versatran和Unimate两种机器人首次用于搬运作业。搬运作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的搬运机器人逾10万台，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱等的自动搬运。部分发达国家已制定出人工搬运的最大限度，超过限度的必须由搬运机器人来完成。

4. 喷涂机器人

喷涂机器人又叫喷漆机器人(spraypaintingrobot)，是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人，1969年由挪威Trallfa公司(后并入ABB集团)发明。喷漆机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成，液压驱动的喷漆机器人还包括液压油源，如油泵、油箱和电机等。多采用5或6自由度关节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，其腕部一般有2～3个自由度，可灵活运动。较先进的喷漆机器人腕部采用柔性手腕，既可向各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的手腕，能方便地通过较小的孔伸入工件内部，喷涂其内表面。喷漆机器人一般采用液压驱动，具有动作速度快、防爆性能好等特点，可通过手把手示教或点位示数来实现示教。喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等工艺生产部门。