智能制造关键技术(工业机器人技术和3D打印技术)

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酒类装箱码垛线
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思考题：1.工业机器人有哪些特点？ 2.工业机器人的常用种类有哪些？
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3D打印技术
一、 3D打印技术特点及发展历史 3D打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉 末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。 3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设 计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造。该技术在珠宝、鞋 类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、 教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
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3D打印技术出现在20世纪90年代中 期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术 的最新快速成型装置。它与普通打印工作 原理基本相同，打印机内装有液体或粉末 等“打印材料”，与电脑连接后，通过电 脑控制把“打印材料”一层层叠加起来， 最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印 技术称为3D立体打印技术。
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4．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。
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5．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。
6．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。
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二、 工业机器人种类 工业机器人的种类主要包括以下几种： 1．移动机器人（AGV） 2．点焊机器人 3．弧焊机器人 4．激光加工机器人 5．真空机器人 6．洁净机器人
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(3)精确焊缝轨迹跟踪技术：结合激光传感器和视觉传感器离线工作方式的 优点，采用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪，提升焊接机器人对复杂工 件进行焊接的柔性和适应性，结合视觉传感器离线观察获得焊缝跟踪的残余偏 差，基于偏差统计获得补偿数据并进行机器人运动轨迹的修正，在各种工况下 都能获得最佳的焊接质量。
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四、 自动装箱系统 机器人自动装箱、码垛工作站是一种集成化的系统，它包括工业机器人、控 制器、编程器、机器人手爪、自动拆叠盘机、托盘输送及定位设备和码垛模式软件 等。它还配置自动称重、贴标签和检测及通讯系统，并与生产控制系统相连接，以 形成一个完整的集成化包装生产线。 应用领域 机器人自动装箱、码垛工作站可应用于建材、家电、电子、化纤、汽车、食品等行 业。
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4．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。激光加工机器人可以通过示教盒进行在线操 作，也可通过离线方式进行编程。
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5．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， 是制约半导体装备整机的研发进度和整机产品竞争力的关键部件。
3D打印流程
二、3D打印技术应用实例
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பைடு நூலகம்
3D打印的复杂零件
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三、3D打印技术分类
类型 挤压 线
粒状
粉末层喷头3D打印 层压 光聚合
累积技术 熔融沉积式 (FDM） 电子束自由成形制造(EBF) 直接金属激光烧结（DMLS） 电子束熔化成型（EBM） 选择性激光熔化成型(SLM) 选择性热烧结（SHS） 选择性激光烧结（SLS）
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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。
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1. 移动机器人（AGV）
移动机器人（AGV）是工业机器人的一种类型，它由计算机控制，具有移、 自动导航、多传感器控制、网络交互等功能，它可广泛应用于机械、电子、 纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业的柔性搬运、传输等功能，也用于 自动化立体仓库、柔性加工系统、柔性装配系统（以AGV作为活动装配平 台）。
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3．弧焊机器人 弧焊机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产。关键技术包括： (1)弧焊机器人系统优化集成技术：弧焊机器人采用交流伺服驱动技术以 及高精度、高刚性的RV减速机和谐波减速器，具有良好的低速稳定性和高速 动态响应，并可实现免维护功能。 (2)协调控制技术：控制多机器人及变位机协调运动，既能保持焊枪和工 件的相对姿态以满足焊接工艺的要求，又能避免焊枪和工件的碰撞。
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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。
3．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。
移动机器人是物流技术的核心技术和设备，用现代物流技术配合、支 撑、改造、提升传统生产线，实现点对点自动存取的高架箱储、作业和搬 运相结合，实现精细化、柔性化、信息化，缩短物流流程，降低物料损耗， 减少占地面积，降低建设投资。
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移 动 机 器 人 A G V
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2．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。
工业机器人技术和3D打印技术
工业机器人
一、 工业机器人定义及特点 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装 置，它能自动执行工作，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。
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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产品，特 别是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。
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点焊机器人主要用于汽车整车的焊接工作，随着汽车工业的发展， 焊接生产线要求焊钳一体化，重量越来越大，165公斤点焊机器人是 当前汽车焊接中最常用的一种机器人。2008年9月，我国机器人研究 所研制完成国内首台165公斤级点焊机器人，并成功应用于奇瑞汽车 焊接车间。2009年9月，经过优化和性能提升的第二台机器人完成并 顺利通过验收，使得我国焊接机器人整体技术指标已经达到国外同类 机器人水平。
石膏3D打印 (PP) 分层实体制造（LOM） 立体平板印刷（SLA）
数字光处理 (DLP)
基本材料 热塑性塑料，共晶系统金属、可食用材料
几乎任何合金 几乎任何合金
钛合金 钛合金，钴铬合金，不锈钢，铝
热塑性粉末 热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末
石膏 纸、金属膜、塑料薄膜
光硬化树脂 光硬化树脂
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思考题：1.3D打印技术的特点是什么？ 2.3D打印技术相对于减料加工，优势在什么地方？ 3.3D打印技术的常用类型有哪些?
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一机三线自动码垛系统输送线
2.机器人涂胶工作站
机器人涂胶工作站主要包括机器人、 供胶系统、涂胶工作台、工作站控制系 统及其它周边配套设备。工作站自动化 程度高，适用于多品种、大批量生产， 可广泛地应用于汽车风挡、汽车摩托车 车灯、建材门窗、太阳能光伏电池涂胶 等行业。
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3.焊接系统 应用领域： 自动机器人焊接工作 站可广泛地应用于铁路、 航空航天、军工、冶金、 汽车、电器等各个行业。
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6．洁净机器人 洁净机器人是一种在洁净环境中使用的工业机器人。随着生产技术水平不断 提高，其对生产环境的要求也日益苛刻，很多现代工业产品生产都要求在洁净环 境进行，洁净机器人是洁净环境下生产需要的关键设备。
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三、 典型机器人系统案例 1.输送线系统
应用领域： 机器人及输送 线物流自动化 系统可应用于 建材、家电、 电子、化纤、 汽车、食品等 行业。