工业机器人常用传动方式的比较与分析
工业机器人的传动
工业机器人的传动装置与一般机械的传动装置的选用和计算大致相同。但工业机器人的传动系统要求结构紧凑、重量轻、转动惯量和体积小, 要求消除传动间隙, 提高其运动和位置精度。工业机器人传动装置除齿轮传动、蜗杆传动、链传动和行星齿轮传动外, 还常用滚珠丝杆、谐波齿轮、钢带、同步齿形带和绳轮传动。
表1工业机器人常用传动方式的比较与分析
新型的驱动方式
1. 磁致伸缩驱动
铁磁材料和亚铁磁材料由于磁化状态的改变, 其长度和体积都要发生微小的变化, 这种现象称为磁致伸缩。
20世纪60年代发现某些稀土元素在低温时磁伸率达3000×10-6～10 000×10-6,人们开始关注研究有适用价值的大磁致伸缩材料。
研究发现,TbFe2(铽铁)、SmFe2(钐铁)、DyFe2(镝铁)、HoFe2(钬铁)、TbDyFe2(铽镝铁)等稀土－铁系化合物不仅磁致伸缩值高, 而且居里点高于室温, 室温磁致伸缩值为1000×10-6～2500×10-6, 是传统磁致伸缩材料如铁、镍等的10～100倍。这类材料被称为稀土超磁致伸缩材料(Rear Earth Giant MagnetoStrictive Materials, 缩写为RE-GMSM)。
这一现象已用于制造具有微英寸量级位移能力的直线电机。为使这种驱动器工作, 要将被磁性线圈覆盖的磁致伸缩小棒的两端固定在两个架子上。当磁场改变时, 会导致小棒收缩或伸展, 这样其中一个架子就会相对于另一个架子产生运动。一个与此类似的概念是用压电晶体来制造具有毫微英寸量级位移的直线电机。
美国波士顿大学已经研制出了一台使用压电微电机驱动的机器人——“机器蚂蚁”。“机器蚂蚁”的每条腿是长1 mm或不到1 mm的硅杆，通过不带传动装置的压电微电机来驱
工业机器人介绍及分析三篇 篇一：工业机器人分析 目录 CONTENTS 第一篇：智能制造顶层设计正在制定工业机器人产业获利 ------- 1 第二篇：中国工业机器人的销售量以40%左右的速度增长-------- 3 第三篇：“机器换人”政策逐步落地工业机器人市场爆发 ------- 4 第四篇：20XX年我国工业机器人销量猛增54% ----------------- 5 第五篇：机器换人时代来袭工业机器人现状与前景分析 --------- 6 第六篇：机器人再获政策红利工业机器人产业前景可期 --------- 8 第七篇：机器人产业十三五规划将出服务/工业机器人同迎利好 -- 9 第八篇：中国制造2025再获力挺工业机器人发展分析 --------- 10 第九篇：工业机器人行业现状分析引领智能制造时代 ---------- 12 第十篇：20XX-2020年中国工业机器人行业年销售量预测数据--- 13 第十一篇：机器人将成富士康支柱业务工业机器人发展态势趋好14 第十二篇：大族激光募重金发力机器人工业机器人产业前景窥探15 第十三篇：“智”造中国工业机器人三大黄金市场分析 -------- 17 第十四篇：昆山富士康两年裁员5万人工业机器人产业兴起在即18 第十五篇：东莞无人工厂探秘：工业机器人前景分析 ---------- 19
第十六篇：工业机器人市场空间大传感器发展现状分析 -------- 20 第十七篇：20XX年我国工业机器人产业将破万亿-------------- 21 第十八篇：工业4.0概念凶猛引中兴入局工业机器人发展分析 -- 22 本文所有数据出自于《20XX-2020年中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》 第一篇：智能制造顶层设计正在制定工业机器人产业获利 近日，工信部部长苗圩对媒体透露，工信部正在加强智能制造顶层 设计，研究制定智能制造发展战略，编制智能制造专项规划;推动传统装备智能化改造和升级，分行业制定传统装备智能化改造路线图，组织开展重点行业智能车间、智能工厂试点，培育一批样板企业并 组织推广行业应用示范。 早前，国务院印发了《中国制造2025》通过“三步走”实现我国我国制造强国的战略目标，智能制造成为工业制造转型的重中之重。 如今，智能制造战略再获工信部关注，在智能化的大势下，智能装 备下游应用领域加快拓展，工业机器人发展可期。
注：1）2008年春季讲课用；2）带下划线的黑体字为板书内容；3）公式及带波浪线的部分为必讲内容第3章工业机器人静力学及动力学分析 3.1 引言 在第2章中，我们只讨论了工业机器人的位移关系，还未涉及到力、速度、加速度。由理论力学的知识我们知道，动力学研究的是物体的运动和受力之间的关系。要对工业机器人进行合理的设计与性能分析，在使用中实现动态性能良好的实时控制，就需要对工业机器人的动力学进行分析。在本章中，我们将介绍工业机器人在实际作业中遇到的静力学和动力学问题，为以后“工业机器人控制”等章的学习打下一个基础。 在后面的叙述中，我们所说的力或力矩都是“广义的”，包括力和力矩。 工业机器人作业时，在工业机器人与环境之间存在着相互作用力。外界对手部（或末端操作器）的作用力将导致各关节产生相应的作用力。假定工业机器人各关节“锁住”，关节的“锁定用”力与外界环境施加给手部的作用力取得静力学平衡。工业机器人静力学就是分析手部上的作用力与各关节“锁定用”力之间的平衡关系，从而根据外界环境在手部上的作用力求出各关节的“锁定用”力，或者根据已知的关节驱动力求解出手部的输出力。 关节的驱动力与手部施加的力之间的关系是工业机器人操作臂力控制的基础，也是利用达朗贝尔原理解决工业机器人动力学问题的基础。 工业机器人动力学问题有两类：(1)动力学正问题——已知关节的驱动力，求工业机器人系统相应的运动参数，包括关节位移、速度和加速度。(2)动力学逆问题——已知运动轨迹点上的关节位移、速度和加速度，求出相应的关节力矩。 研究工业机器人动力学的目的是多方面的。动力学正问题对工业机器人运动仿真是非常有用的。动力学逆问题对实现工业机器人实时控制是相当有用的。利用动力学模型，实现最优控制，以期达到良好的动态性能和最优指标。 工业机器人动力学模型主要用于工业机器人的设计和离线编程。在设计中需根据连杆质量、运动学和动力学参数，传动机构特征和负载大小进行动态仿真，对其性能进行分析，从而决定工业机器人的结构参数和传动方案，验算设计方案的合理性和可行性。在离线编程时，为了估计工业机器人高速运动引起的动载荷和路径偏差，要进行路径控制仿真和动态模型的仿真。这些都必须以工业机器人动力学模型为基础。 工业机器人是一个非线性的复杂的动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间。因此，简化求解过程，最大限度地减少工业机器人动力学在线计算的时间是一个受到关注的研究课题。 在这一章里，我们将首先讨论与工业机器人速度和静力学有关的雅可比矩阵，然后介绍工业机器人的静力学问题和动力学问题。
“工业机器人”设计大作业 作品题目：货物装卸机器人 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：班级：学号： 姓名：班级：学号： 姓名：班级：学号： 指导教师：陈明
1 前言 货物装卸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。货物装卸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货物装卸工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的货物装卸机器人愈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、码垛货物装卸、集装箱等的自动货物装卸。部分发达国家已制定出人工货物装卸的最大限度，超过限度的必须由货物装卸机器人来完成。装卸货物装卸是物流的功能要素之一，在物流系统中发生的频率很高 2 设计方案论证 本课题通过对货物装卸机器人工作对象及工作场所的分析研究，深入了解其工作是 如何进行，各部分零部件应该如何运行以及如何紧密配合，先确定其总体结构再对主要 零部件进行设计计算确定其尺寸大小以及确定电机型号。 2.1 基本思想 （1）设计要考虑要求和工作环境的限制。 （2）考虑到货物装卸货物时所需要精确度不是很高，为了简化结构，境地成本，采用 角铁焊接结构。 （3）为了满足设计要求，须设计三个独立的电机驱动系统，各部分之间通过计算 机控制、协调工作。 （4）本次设计只是该题目的机械部分，而对应控制部件的考虑较少。 3 仓库货物装卸机器人的设计计算 3.1 货物装载伸缩装置的设计 3.1.1 确定传动方案 我们所学的传动方式有以下几种：带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动和钢 丝绳传动等，一般地说，啮合传动传递功率的能力高于摩擦传动；蜗轮传动工作的发热 情况较为严重，因而传动的功率不宜过大；摩擦轮传动由于必须有足够的压紧力，故而 在传递同一圆周力时，其压轴力比齿轮传动的大几倍，因而不宜用于大功率传动。带传
工业机器人行业存在问题及对策分析 工业机器人行业存在的问题 一、产业基础薄弱 工业机器人作为“制造业皇冠顶端的明珠”，需要材料、机床、电子等行业的配套支撑。中投顾问发布的《2016-2020年中国工业机器人产业深度调研及投资前景预测报告》指出，我国在相关零部件方面的产业基础薄弱，工业机器人配套企业的加工能力和水平参差不齐，质量、产品系列和批量化供给能力都与国际知名企业有较大的差距。特别是高性能交流伺服电机和高精密减速器的差距尤为明显，研发能力落后。目前，国内工业机器人的核心零部件70%以上依赖进口，进口成本已占总成本的40%以上，严重削弱了国产工业机器人的竞争优势。 二、产业体系尚待完善 工业机器人强国高度重视完善公共服务平台、技术标准和人才等产业体系。以日本为例，日本政府通过建设机器人公共服务平台将关键共性技术、标准化的工艺实现信息共享、推广应用，日本机器人协会也积极推广日本工业机器人的技术标准。同时，FANUC等国外工业机器人企业大都设立培训中心，培养专业人才。我国早期的机器人研发多以高等院校和科研院所为主，存在技术研发与市场应用脱节的现象。企业的科研也各自为政，科研机构、生产企业、用户之间缺少协同创新和信息共享的平台。在技术标准等方面缺少话语权，对专业技术人才的培养力度不足。 三、规模化水平低 工业机器人行业存在“100台起步、500台持平、1000台盈利”的说法，反映了规模化对工业机器人行业发展的重要性。我国工业机器人的发展尚未形成规模化、产业化的运营模式，年产500台的工业机器人企业比较少见，高端工业机器人仍依赖进口，国产工业机器人主要以中低档产品为主。2013年，我国自主品牌工业机器人仍以中低端的三轴、四轴为主，高端的六轴关节机器人占比不足6%。尽管我国早在国家863计划就已开展了机器人技术的科研攻关，但是，由于当时工业机器人的广泛使用未现端倪，机器人技术的产业化和市场化水平不高。机器人技术水平和市场化程度的滞后以及应用企业较长的验证周期导致我国自主品牌的工业机器人缺乏影响力，推广应用难度较大。 四、市场同质化竞争 在中国工业机器人需求迅速增长的形势下，大量企业和地方政府看好工业机器人市场，企业通过并购、合资、参股等方式进军工业机器人行业，地方政府也积极布局工业机器人产业园区建设。目前，我国工业 中投顾问·让投资更安全经营更稳健
认识一下VEX IQ机器人常用的运动元件 设计并搭建一个完整的VEX IQ机器人，当然少不了各种类型的运动元件，VEX IQ机器人运动元件种类繁多，还有多种颜色可选，那么VEX IQ机器人常用的有哪些运动元件有哪些呢？下面我们为大家一一介绍。 1.基本运动配件合装 *有多种颜色可选，图片非实际尺寸 基本运动配件包含在所有VEX IQ入门套装和超级套装中。包括下列所有零件： -垫圈（20） -0.5×垫片（25） -轴衬（4） -2×2锁片（4） -1×3锁片（4）
2.齿轮基础合装 *有多种颜色可选，图片非实际尺寸 齿轮基础合装含一套根据齿数和尺寸分类的齿轮，VEX IQ入门套装和超级套装中均包含该合装。含有下列零件： -12齿齿轮（10） -36齿齿轮（10） -60齿齿轮（6） -36齿冠状齿轮（2） 3.齿轮附加套装 *图片非实际尺寸
本套装含齿条，蜗杆，线性滑块支架和按齿数和尺寸分类的VEX IQ齿轮。含有下列零件：-36齿冠齿轮（4） -线性滑块（4） -12齿齿轮（10） -36齿冠状齿轮（10） -蜗杆支架（6） -60齿齿轮（6） -蜗杆（2） -齿条（2） 4.差分齿轮和伞形齿轮合装 *有多种颜色可选，图片非实际尺寸 该合装含有用于搭建复杂装置的运动组件。用伞形齿轮实现90度转角传动，或者在你的传动链中加一个差速器，这些结构零件助你实现你的想法！含有下列零件： 双头双脚2×2位移转角连接头（8） 0×2销钉（9） 1×2销钉（9） 差分齿轮（2） 1 8齿伞形齿轮（20）
5.24和48齿齿轮合装 *有多种颜色可选，图片非实际尺寸 有了该套24和48齿齿轮合装，用户可以实现更多的齿轮比，而这些齿轮比用VEX IQ入门套装和超级套装中的零件是无法完成的。该合装一个很好的应用是通过并排放置电机来搭建紧凑的变速箱的能力！含有下列零件： -48齿齿轮（10） -24齿齿轮（10） -0x2销钉（8） -1x2销钉（8） 6.滑轮基础合装 *多种颜色可选，图片非实际尺寸
认识机器人 机器人的发展史： 认识机器人首先先了解下robot机器人这一词是怎么来的。1920年捷克作家卡雷尔·卡佩克发表了科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》。在剧本中，卡佩克把捷克语“Robota”写成了“Robot”，“Robota”是奴隶的意思。该剧预告了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。从此，“robot”以及相对应的中文“机器人”一词开始在全世界流行。 上个世纪60年代前后，随着微电子学和计算机技术的迅速发展，自动化技术也取得了飞跃性的变化，开始出现了现在普遍意义上的机器人。1959年，美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，取名“尤尼梅逊”，意为“万能自动”。尤尼梅逊的样子像一个坦克炮塔，炮塔上伸出一条大机械臂，大机械臂上又接着一条小机械臂，小机械臂再安装着一个操作器。这三部分都可以相对转动、伸缩，很像是人的手臂了。它的发明人专门研究了运动机构与控制信号的关系，编制出程序让机器记住并模仿、重复进行某种动作。英格伯格和德沃尔认为汽车制造过程比较固定，适合用这样的机器人。于是，这台世界上第一个真正意义上的机器人，就应用在了汽车制造生产中。 经过近百年来的发展，机器人已经在很多领域中取得了巨大的应用成绩，其种类也不胜枚举，几乎各个高精尖端的技术领域更是少不了它们的身影。在这期间，机器人的成长经历了三个阶段。第一个阶段中，机器人只能根据事先编好的程序来工作，这时它好像只有干活
儿的手，不懂得如何处理外界的信息。打个比方，如果让这样的机器人去抓会损坏它的东西，它也一定会去做。第二个阶段中，机器人好像有了感觉神经，具有了触觉、视觉、听觉、力觉等功能，这使得它可以根据外界的不同信息做出相应的反馈。如果再让它去抓某些东西，它可能就不干啦。第三个阶段，机器就真正长大成人啦，这时它不仅具有多种技能，能够感知外面的世界，而且它还能够不断自我学习，用自己的思维来决策该做什么和怎样去做。第一阶段的机器人，是小孩子，人们称它为“示教再现型”；第二阶段的机器人是一个青年，人们称它为“感觉型”；第三阶段的机器人则是成年人，称为“智能型”。1968年，美国斯坦福研究所研制出世界上第一台智能型机器人。这个机器人可以在一次性接受由计算机输出的无线遥控指令后，自己找到目标物体并实施对该物体的某些动作。1969年，该研究所对机器人的智能进行测定。他们在房间中央放置了一个高台，在台上放一只箱子，同时在房间一个角落里放了一个斜面体。科学家命令机器人爬上高台并将箱子推到地下去。开始，这个机器人绕着台子转了20分钟，却无法登上去。后来，它发现了角落里的斜面体，于是它走过去，把斜面体推到平台前并沿着这个斜面体爬上了高台将箱子推了下去。这个测试表明，机器人已经具备了一定的发现、综合判断，决策等智能。 到了上个世纪70年代，第二代机器人开始迅速发展并进入实用和普及的阶段，而第三代机器人在今天也已经得到了突飞猛进的变化。它能够独立判断和行动，具有记忆、推理和决策的能力，在自身
第3章 工业机器人静力计算及动力学分析 章节题目：第3章 工业机器人静力计算及动力学分析 [教学内容] 3.1 工业机器人速度雅可比与速度分析 3.2 工业机器人力雅可比与静力计算 3.3 工业机器人动力学分析 [教学安排] 第3章安排6学时，其中介绍工业机器人速度雅可比45分钟，工业机器人速度分析45分钟，操作臂中的静力30分钟，机器人力雅可比30分钟，机器人静力计算的两类问题10分钟，拉格朗日方程20分钟，二自由度平面关节机器人动力学方程60分钟，关节空间和操作空间动力学30分钟。 通过多媒体课件结合板书的方式，采用课堂讲授和课堂讨论相结合的方法，首先讨论与机器人速度和静力有关的雅可比矩阵，然后介绍工业机器人的静力学问题和动力学问题。 [知识点及其基本要求] 1、工业机器人速度雅可比（掌握） 2、速度分析（掌握） 3、操作臂中的静力（掌握） 4、机器人力雅可比（掌握） 5、机器人静力计算的两类问题（了解） 6、拉格朗日方程（熟悉） 7、二自由度平面关节机器人动力学方程（理解） 8、关节空间和操作空间动力学（了解） [重点和难点] 重点：1、速度雅可比及速度分析 2、力雅可比 3、拉格朗日方程 4、二自由度平面关节机器人动力学方程 难点：1、关节空间和操作空间动力学 [教学法设计] 引入新课： 至今我们对工业机器人运动学方程还只局限于静态位置问题的讨论，还没有涉及力、速度、加速度等。机器人是一个多刚体系统，像刚体静力学平衡一样，整个机器人系统在外载荷和关节驱动力矩（驱动力）作用下将取得静力平衡；也像刚体在外力作用下发生运动变化一样，整个机器人系统在关节驱动力矩（驱动力）作用下将发生运动变化。 新课讲解： 第一次课 第三章 工业机器人静力计算及动力学分析 3-1 工业机器人速度雅可比与速度分析 一、工业机器人速度雅可比 假设有六个函数，每个函数有六个变量，即： ??? ???? ===),,,,,(),,,,,(),,,,,(654321666543212265432111x x x x x x f y x x x x x x f y x x x x x x f y ，可写成Y=F(X)，
工业机器人的应用现状及发展分析 发表时间：2019-07-31T11:01:55.357Z 来源：《中国电业》2019年第07期作者：闫伟 [导读] 在我国各行各业中，智能机器人的推广使得生产制造有着质的飞跃，尤其是在工业领域， 南京长安汽车有限公司，江苏南京211200 摘要：面对我国工业行业一片欣欣向荣的发展光景，现代化科技技术已经代替大部分的传统人力生产线。根据相关调查显示，在汽车制造行业中，大量的使用了自动化技术和人工智能系统，在这种情形下，工业机器人也逐渐问世。其良好的科技技术性能在汽车行业中受到越来越多的广泛关注，其自身优势能够更好的帮助工业生产效率的提升。在目前的产业发展过程中，为了使工业机器人的作用能够更好的发挥出来，相关人员应当了解其应用现状，研究系统中存在的智能性能做，并做出一定的完善更新，从而推动我国工业产业更好的发展。 关键词：工业机器人；应用现状；发展 在我国各行各业中，智能机器人的推广使得生产制造有着质的飞跃，尤其是在工业领域，运用工业机器人能够使生产技术水平得到非常大的提升，对于工业的快速发展有着非常好的可持续性发展作用。本文通过对于工业机器人的应用现状进行分析，在实现机器人更理想应用的同时，介绍了机器人的主要应用范围，旨在为工业发展提供更好的稳定性发展道路。 1工业机器人的应用现状 在所有的工业机器人中，其种类多种多样，光是汽车行业的机器人应用就占有市场的2/3左右。随着中国制造战略的提出，工业机器人的应用领域发展不断扩大的同时，应深入了解其结构，功能在汽车制造中的实际应用情况，这对于汽车行业的稳定发展有着非常重要的影响。下文将介绍几种现代工业汽车生产中的具体应用方法。 1.1焊接机器人的应用 首先在汽车生产制造中所运用到最多的技术为焊接工作。焊接作业作为一种生产中必不可少的环节之一，过去运用人力制造非常耗费工作时间，而目前随着焊接机器人的问世，能够代替人力承担焊接工作，在实际的工业生产中，对于各种类型的焊接工作，其要求范围也不一样，此时的焊接机器人也存在着不同类型的选择，比较常见的有点焊，弧焊和激光机器人等等。在汽车行业制造中，相对于人工焊接而言，焊接机器人能够更好地提高焊接的数量，对于一些难度较大的焊接工作，能够更好地进行掌握处理，在维护高质高效的同时，能够凸显其自动化优势。对于该类机器人而言，操作便捷而不需要过多时间。从前需要很多人力工作的缓解现如今只需要多个机器人来完成，只需要一个管理人员进行日常的维护管理工作既可，这对于企业实现成本有效节约有着非常重要的影响。另外，由于现在人们生活水平的提高，对于汽车的使用质量需求也在不断上涨，汽车制造行业在生产过程中对于产量和质量要求也在不断上涨，此时运用焊接机器人能够更好的完成精细化焊接工作，提高工作能力，具备强感知水平的情况下，提高整体工作效率。 1.2装配机器人的应用 汽车生产中零件的装配人是一项比较繁杂的工程，工作需要耗费很多的劳动力。对于以往的人力装配方式来说，由于人员专业素质和专业水平不同，在技术生产过程中很容易出现人为错误，不仅导致生产效率较低，还会影响后期的生产质量，因此在近几年，该项工作已逐渐被工业机器人取代。对于装配机器人而言，其中涵盖了自动控制，通讯技术和微电子技术，利用一定的光学原理，在实际的生产过程中，研发人员只需要根据流程和程序进行编写输入，在装配工作中进行应用融合。此时机器人能够凸显出高安装精度的效果，在具备很强灵活性的同时，也提高了汽车的整体耐用程度。在一些装配的精细复杂工程点制造时，可以利用装配机器人来安装一些电子零件或者经济，不仅避免汽车生产过程中的设备零件变形或者损坏情况。 1.3检测机器人的应用 工业机器人由于面对的生产环节不同，种类也多种多样，对于各种生产方面的附加功能，检测机器人能够代替特殊岗位上的工作，在一些高危区域，利用机器人进行探测，可以达到人们无法探测到的区域效果。利用探测机器人结合视觉激光测图获取被测部件图像是能够根据云计算模型来获得相应的尺寸，在于理想尺寸进行对比时，可以反应出比较精确的误差信息。此类机器人与传统的坐标测量设备相比，具有更快速，直观的特点，其精准度不仅更高，而且测量的范围较大，能够提高整车的合格率，在改进生产工艺，减少生产误差的同时，为整体制造质量提供了良好的精确度。 1.4机器人喷涂 最后还有一种机器人喷涂，一般在系统中包括了涂胶泵和枪等等。在利用机器人进行车身材料喷涂的同时，机器人能够快速的对于一些焊接和减震的部位进行涂胶工作。此时根据不同的形状和厚度进行涂胶的同时，能够均匀快速地对车身表面进行喷漆。不仅提高了整车的美观程度，也提高了用户的使用感受。 2工业机器人发展趋势 2.1进一步强化柔性制造能力 在我国的柔性制造系统中，工业机器人有着非常广泛的应用范围，在替代人工实行重复性生产制造工作中，虽然仍旧无法依据制造任务和环境进行自主的调整生产，但是在往后的发展过程中，会进一步的提升便捷使用性。在通用平台下进行生产制造时能够使各个方面的需求得到良好的满足。针对目前机器人的应用领域，可以对于重构性和适应性的相关生产技术进行完善研究，可以在智中加入自动导航和安全维护，使得机器人技术得以更好地完善发展。此时能够与柔性制造相结合，体现自身的应用价值。 2.2进一步提升智能化水平 工业机器人应用范围不断扩大的情况下，应当在实际应用中为机器人系统录入人工智能化技术。在实现交互生产时，利用互联网创新功能，在基础上使机器设备和工作人员之间进行更好的紧密联系，此时在生产工作中，人员只需要通过智能化的设备技术来控制机器人在不断发展的大背景下机器人控制系统选择人工智能时，可以通过对虚拟现实技术和传感器融合来实现人机交互，将工业机器人的理想应用和应用价值发挥到最大化。在往后的发展过程中，进一步提升智能化水平，改善工业机器人运行过程中的缺陷，从而推动整个系统的科学运行发展。 2.3工业机器人需进一步提升精度及性能 汽车生产制造行业中需要非常高精准度的生产技术，根据实际生产发展情况，工业机器人在越来越成熟的同时，应当更好地提高其安全稳定性。在往后的发展应用是结合虚拟现实技术和视觉伺服控制，将其更好地提高生产速度。在位置确定和精度稳定控制是通过对于新
认识工业机器人 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多种学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。而且，机器人应用情况是反映一个国家工业自动化水平的重要标志。本次任务的主要内容就是了解工业机器人的现状和发展趋势；通过现场参观，认识工业机器人相关企业；现场观摩或在技术人员的指导下操作ABB工业机器人，了解其基本组成。 一、工业机器人的定义及特点 1.工业机器人的定义 国际上对机器人的定义有很多。 美国机器人协会（RIA）将工业机器人定义为：“工业机器人是用来进行搬运材料、零部件、工具等可再编程的多功能机械手，或通过不同程序的调用来完成各种工作任务的特种装置。” 日本工业机器人协会（JIRA）将工业机器人定义为：“工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行器的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。” 在我国1989年的国际草案中，工业机器人被定义为：“一种自动定位控制，可重复编程、多功能的、多自由度的操作机。操作机被定义为：具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓取物体或进行其他操作的机械装置。” 国际标准化组织（ISO）曾于1984年将工业机器人定义为：“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程的操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。” 2.工业机器人的特点 （1）可编程
生产自动化的进一步发展是柔性自动化。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，在控制上有计算机。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、语音功能传感器等。 （3）通用性 除了专门设计的专用的工业机器人外，一般机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。例如，更换工业机器人手部末端执行器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。 （4）机电一体化 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，特别是与计算机技术的应用密切相关。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、工厂自动化及精细物流等先进制造技术，技术综合性强。 二、工业机器人的历史和发展趋势 1. 工业机器人的诞生 “机器人”（Robot）这一术语是1921年捷克著名剧作家、科幻文学家、童话寓言家卡雷尔·恰佩克首创的，它成了“机器人”的起源，此后一直沿用至今。不过，人类对于机器人的梦想却已延续数千年之久。如古希腊古罗马神话中冶炼之神用黄金打造的机械仆人、希腊神话《阿鲁哥探险船》中的青铜巨人泰洛斯、犹太传说中的泥土巨人、我国西周时代能歌善舞的木偶“倡者”和三国时期诸葛亮的“木牛流马”传说等。而到了现代，人类对于机器人的向往，从机器人频繁出现在科幻小说和电影中已不难看出，科技的进步让机器人不仅停留在科幻故事
第一章引言 1.1 工业机械手概述 工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。 气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。 气动技术有以下优点: (1)介质提取和处理方便。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器:介质清洁，管道不易堵存在介质变质及补充的问题. (2)阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小(一般不卜浇塞仅为油路的千分之 一)，空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低和严重污染。 (3)动作迅速，反应灵敏。气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的压力和速度。气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。 (4)能源可储存。压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况时，机器及其工艺流程不致突然中断。 (5)工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中，气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越，而且不会因温度变化影响传动及控制性能。 (6)成本低廉。由于气动系统工作压力较低，因此降低了气动元、辅件的材质和加工精度要求，制造容易，成本较低。传统观点认为:由于气体具有可压缩性，因此，在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难(尤其在高速情况下，似乎更难想象)。此外气源工作压力较低，抓举力较小。虽然气动技术作为机器人中的驱动功能已有部分被工业界所接受，而且对于不太复杂的机械手，用气动元件组成的控制系统己被接受，但由于气动机器人这一体系己经取得的一系列重要进展过去介绍得不够，因此在工业自动化领域里，对气动机械手、气动机器人的实用性和前景存在不少疑虑。 1.2 气动机械手的设计要求 1.2.2 课题的设计要求 本课题将要完成的主要任务如下: (1)机械手为通用机械手，因此相对于专用机械手来说，它的适用面相对较广。 (2)选取机械手的座标型式和自由度。
关于工业机器人的事故分析及其对策 摘要：工业机器人是高科技机电产品，在工业领域广泛应用，可以代替人们从事繁重的、危险性的工作，但由于工业机器人故障所造成的人身伤害事故也时有发生。从工业机器人的可靠性、工业机器人事故案例、能量类型分类等多角度对工业机器人事故进行了分析，从故障树分析法、基本安全性原则、工业安全技术等几方面提出了相应的对策。 关键词：工业机器人事故安全分析对策 1 引言 工业机器人被广泛地应用于制造业等诸多部门，它可以代替人们在具有危险性的场所从事繁重的工作。工业机器人在将人们从繁重的危险性劳动中解放出来的同时，也存在产生危险的因素，由于工业机器人故障所造成的人身伤害事故时有发生。工业机器人是由一个复杂的机电系统组成的，这个系统包括传感器、控制器、工作制造部件、输送部件等。人要对工业机器人进行安装、编程、维修，还有可能靠近机器人进行操作，因此，人也将参与到机器人的工作系统中去，当人靠近工业机器人时就可能出现安全问题［1］。机器人的自由度比其他普通机械大得多，它的工作制造部件可以在较大空间内运行，具有高速运动的大功率手臂和复杂自主的动作，若机器人发生故障可能造成更为严重的危害。所以，有必要对工业机器人的有关事故情况进行分析，并研究相应对策。 2 工业机器人安全性概况 2.1 工业机器人的可靠性分析 鉴于工业安全问题的重要性，世界上有许多国家（如日本、美国、英国、德国、瑞典等）从上世纪80年代开始就注意对工业机器人的事故进行记录，并进行统计和分析，为工业机器人的安全性、可靠性研究奠定了基础。 日本某公司对工业机器人发生事故的类别进行了调查统计，其中控制装置的故障占66.9%，机器人装置上的工作部件，如焊枪等工具的故障占18.5%，工作场所噪声信号的干扰引起的机器人失控占11.1%，其他原因的故障占3.5%。 表1 为机器人的平均无故障时间（MTBF）的统计。 可以看出，在机器人工作不到100h的时间内，其平均无故障率只有28.70%，工作100h 以上，其平均无故障率明显下降。假如生产流水线上，机器人平均每天工作按20h 计算，则在一周左右的时间内，机器人极有可能发生故障。 从上述统计分析可知，机器人的控制装置、工作部件以及工作场所噪声信号的干扰等易使机器人发生故障，而且机器人故障的发生也很频繁。因此，机器人的可靠性还是很有限的，应当引起人们足够的重视，充分考虑各项安全措施。 2.2 工业机器人的事故分析 以下是日本机器人协会（1234）提供的0 个典型的工业机器人事故案例［2］： （1）1 名工人的手指被正在做正常上下运动的机器人夹在工件与切割夹具之间； （2）机器人在进行正常操作时，当它把薄钢板传递到工人手中时割破了工人的手指；
浅谈对工业机器人的认识 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 。，工业机器人做为完成任务的机具，按用途包括以下几种：（a）搬运、上料机器人；（b）喷涞机器人；（c）焊接与切割机器人，点焊与弧焊；（d）装配机器人；（e）最后工序机器人，完成打毛剌、分类、检验、包装等工作。可见工业机器人的用途实为广泛。 工业机器人技术特点： （1）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。 （2）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。
（3）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。 （4）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。 工业机器人，对我国的经济所做出的贡献是可想而知的。随着我国的建筑业、采矿业、铁路和公共建设、水力工程建设和工程机械、建筑机械等其他制造行业的规模扩大和技术升级也将对工业机器人产业起到推动作用。建筑工程机械的结构件多为焊接件，通过工业机器人焊接可提高焊接质量和效率，满足市场的需求。 我国工业机器人的发展趋势:根据2l世纪初我国国民经济对先进制造及自动化技术的需求,瞄准国际前沿高技术发展方向创新性地研究和开发工业机器人技术领域的基础技术、产品技术和系统技术。我国对未来工业机器人技术发展的重点有: 1、危险，恶劣环境作业机器人:主要有防暴、高压带电清扫、星球检测、油汽管道等机器人; 2、,医用机器人:主要有脑外科手术辅助机器人,遥控操作辅助正骨等; 3、仿生机器人:主要有移动机器人,网络遥控操作机器人等。其发展趋势是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。
工业机器人的技术解读与现状分析 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，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。 机器人越来越智能化，并在制造企业中担负起越来越重要的角色。通过先进的IT与自动化技术来促进制造业的革新，以实现智能化，提升效率，降低成本 一.工业机器人的发展背景 从1920年，Robot这个词被捷克剧作家创造出来，到现在机器人已经发展了近百年，从最初的单纯用于搬运的工业机器人，到第二代具有视觉传感器以及信息处理技术的工业机器人，再到目前正在研究的智能机器人，工业机器人的发展及应用日新月异。 二.工业机器人的应用场景 在短短50多年的时间中，机器人技术得到了迅速的发展，在众多制造业领域中，工业机器人应用最广泛的领域是汽车及汽车零部件制造业，并且正在不断地向其他领域拓展，如机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中，焊接机器人、磨抛加工机器人、焊接机器人、激光加工机器人、喷涂机器人、搬运机器人、真空机器人等工业机器人都已被大量采用。 1.磨抛加工机器人 在短短50多年的时间中，机器人技术得到了迅速的发展，在众多制造业领域向磨抛加工机器人主要应用于航空、航海、核电叶片磨抛，采用机器人持砂带在叶片表面磨抛，采用柔性接触、视觉定位的方式减小磨抛缺陷。 与人工磨抛相比，具有加工时间短，型面精度高，表面粗糙度小，加工一致性好的特点。能适应大负载，恶劣的工作环境。精度要求高。
工业机器人常用传动方式的比较与分析 工业机器人的传动 工业机器人的传动装置与一般机械的传动装置的选用和计算大致相同。但工业机器人的传动系统要求结构紧凑、重量轻、转动惯量和体积小, 要求消除传动间隙, 提高其运动和位置精度。工业机器人传动装置除齿轮传动、蜗杆传动、链传动和行星齿轮传动外, 还常用滚珠丝杆、谐波齿轮、钢带、同步齿形带和绳轮传动。 表1工业机器人常用传动方式的比较与分析 新型的驱动方式 1. 磁致伸缩驱动 铁磁材料和亚铁磁材料由于磁化状态的改变, 其长度和体积都要发生微小的变化, 这种现象称为磁致伸缩。 20世纪60年代发现某些稀土元素在低温时磁伸率达3000×10-6～10 000×10-6,人们开始关注研究有适用价值的大磁致伸缩材料。 研究发现,TbFe2(铽铁)、SmFe2(钐铁)、DyFe2(镝铁)、HoFe2(钬铁)、TbDyFe2(铽镝铁)等稀土－铁系化合物不仅磁致伸缩值高, 而且居里点高于室温, 室温磁致伸缩值为1000×10-6～2500×10-6, 是传统磁致伸缩材料如铁、镍等的10～100倍。这类材料被称为稀土超磁致伸缩材料(Rear Earth Giant MagnetoStrictive Materials, 缩写为RE-GMSM)。 这一现象已用于制造具有微英寸量级位移能力的直线电机。为使这种驱动器工作, 要将被磁性线圈覆盖的磁致伸缩小棒的两端固定在两个架子上。当磁场改变时, 会导致小棒收缩或伸展, 这样其中一个架子就会相对于另一个架子产生运动。一个与此类似的概念是用压电晶体来制造具有毫微英寸量级位移的直线电机。 美国波士顿大学已经研制出了一台使用压电微电机驱动的机器人——“机器蚂蚁”。“机器蚂蚁”的每条腿是长1 mm或不到1 mm的硅杆，通过不带传动装置的压电微电机来驱
《机器人技术》讨论 ——机器人设计 姓名：毛振卿田宇杜家正吉书靖 讨论组的每人贡献：毛振卿15% 田宇40% 杜家正30% 吉书靖15% 指导教师：李艳文 2017年9月
目录 1 机器人系统的设计方法 (1) 1.1 机器人系统设计的基本原则 (1) 1.1.1机器人设计的整体性原则 (1) 1.1.2控制系统设计优先于机械结构设计（理论设计优先于实际设计）原 则 (1) 1.2机器人系统设计的阶段 (1) 1.2.1总体方案设计 (1) 1.2.2详细设计 (1) 1.2.3制造、安装、调试和编写设计文档 (3) 2 机器人系统的表达方法 (3) 2.1 位姿描述 (3) 2.2 运动轨迹 (3) 3 应用举例 (3) 3.1设计目的和任务 (3) 3.2机器人系统所在工作环境 (4) 3.3机器人系统的工作要求 (4) 3.4机器人的自由度及运动范围 (5) 3.4.1. 初步分析 (5) 3.4.2. 仔细分析 (5) 3.4.3. 确定技术参数 (5) 3.5控制系统总体方案 (5) 3.6驱动方式的选择 (6) 3.7机械部分设计 (7) 3.7.1. 采用关节型操作机 (7) 3.7.2. 腰部结构设计 (7) 3.7.3. 臂部结构设计 (7) 3.7.4. 腕部结构设计 (7) 3.7.5. 传动部分 (7)
摘要：机器人系统是一个典型的完整机电一体化系统，是一个包括机械结构、控制系统、传感器等的整体。对于机器人这样一个结合了机械、电子、控制的系统，在设计时首先要考虑的是机器人的整体性、整体功能和整体参数，然后再对局部细节进行设计。 前言：本报告研究了机器人系统的设计方法，需要考虑的各方面因素，从总体到细节，以及对于机器人系统的表达方式。最后给出了理论在实际方面的应用案例。 1机器人系统的设计方法 1.1机器人系统设计的基本原则 1.1.1机器人设计的整体性原则 （1）机器人系统任何一个部件或者子模块的设计都会对机器人的整体功能和性能产生重要的影响。 （2）机器人的工作环境对机器人的整体设计也有较大影响。如果机器人用在宇宙空间的环境里，那么无论是机械结构设计还是控制系统都要考虑温度的变化、重力的影响或者电磁干扰强度等；若机器人工作在颠簸的环境，那么机械结构及控制系统的整体抗振则是设计时要注意的；若机器人用于医疗领域，则对机器人的噪声污染有着严格的要求。 1.1.2控制系统设计优先于机械结构设计（理论设计优先于实际设计）原则 设计机器人之初，首先考虑的是机器人要实现的功能，然后根据功能要求来设计机器人的性能参数。控制系统的设计更多的是对现有资源的整合和集成，总体方案设计完成之后，先确定控制系统的基本方案，在进行理论推导及实验仿真等验证是否满足设计要求后，根据控制硬件的尺寸才能进行机械结构设计。 这一设计原则的缺点是机械设计部分放在最后，机械加工周期影响了机器人的总体研制速度，总体设计周期比较长。 1.2机器人系统设计的阶段 机器人系统的设计一般可以分成以下三个阶段： 1.2.1总体方案设计 首先明确机器人的设计目的，根据设计目的确定机器人的功能要求。 然后由功能要求设计者就可以明确机器人的设计参数。设计参数对机器人而言是表征设计方案的关键物理参数，其可以表示为机器人的各个子模块组件。讲设计参数以集合的方式表示则可以表述为总体的设计方案。 最后是进行方案比较，在初步提出的若干方案中通过对工艺生产、技术和价值分析之后选择最佳方案。 1.2.2详细设计 在总体方案确定之后，根据控制系统设计优先于机械结构设计原则，首先要做
工业机器人应用 一机器人示教单元使用 1.示教单元的认识 使用示教单元调整机器人姿势 在机器人控制器上电后使用钥匙将MODE开关打到“MANUAL”位置，双手拿起，先将示教单元背部的“TB ENABLE”按键按下。再用手将“enable”开关扳向一侧，直到听到一声“卡嗒”为止。然后按下面板上的“SERVO”键使机器人伺服电机开启，此时“F3”按键上方对应的指示灯点亮。
按下面板上的“JOG”键，进入关节调整界面，此时按动J1--J6关节对应的按键可使机器人以关节为运行。按动“OVRD↑”和“OVRD↓”能分别升高和降低运行机器人速度。各轴对应动作方向好下图所示。当运行超出各轴活动范围时发出持续的“嘀嘀”报警声。 按“F1”、“F2”、“F3”、“F4”键可分别进行“直交调整”、“TOOL调整”、“三轴直交调整”和“圆桶调整”模式，对应活动关系如下各图所示： 直交调整模式
TOOL调整模式
三轴直交调整模式 圆桶调整模式 在手动运行模式下按“HAND”进入手爪控制界面。在机器人本体内部设计有四组双作用电磁阀控制电路，由八路输出信号OUT-900――OUT-907进行控制，与之相应的还有八路输入信号IN-900――IN-907，以上各I/O信号可在程序中进行调用。 按键“+C”和“－C”对应“OUT-900”和“OUT-901” 按键“+B”和“－B”对应“OUT-902”和“OUT-903” 按键“+A”和“－A”对应“OUT-904”和“OUT-905” 按键“+Z”和“－Z”对应“OUT-906”和“OUT-907” 在气源接通后按下“－C”键，对应“OUT-901”输出信号，控制电磁阀动作使手爪夹紧，对应的手爪夹紧磁性传感器点亮，输入信号到“IN-900”；按下“+C”键，对应“OUT-900”输出信号，控制电磁阀动作使手爪张开。对应的手爪张开磁性传感器点亮，输入信号到“IN-901”。使用示教单元设置坐标点 先按照实训2的内容将机器人以关节调整模式将各关节调整到如下所列： J1: J5: J2: J6: J3: J4: 先按“FUNCTION”功能键，再按“F4”键退出调整界面。然后按下“F1”键进入