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8、工业机器人定义、特点、分类及其典型应用
答:工业机器人是一种通过重复编程和自动控制,能够完成制造过程中某些操作
任务的多功能、多自由度的机电一体化自动机械装备和系统,它结合制造主机或
生产线,可以组成单机或多机自动化系统,在无人参与下,实现搬运、焊接、装
配和喷涂等多种生产作业。如图1所示的是生产线上操作的工业机器人。
工业机器人特点有以下几个:
(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。
分类及其典型应用
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,具有移动、
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);同时可在车
站、机场、邮局的物品分捡中作为运输工具。
国际物流技术发展的新趋势之一,而移动机器人是其中的核心技术和设备,是用
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,降低建设投资等的高新技术和装备。
2.点焊机器人
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,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,该机
器人整体技术指标已经达到国外同类机器人水平。
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。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。
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。
(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。
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。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。
关键技术包括:
(1)激光加工机器人结构优化设计技术:采用大范围框架式本体结构,在增大作
业范围的同时,保证机器人精度;
(2)机器人系统的误差补偿技术:针对一体化加工机器人工作空间大,精度高等
要求,并结合其结构特点,采取非模型方法与基于模型方法相结合的混合机器人
补偿方法,完成了几何
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