工业机器人在铸造中的应用
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课程论文
题目工业机器人在铸造中的应用学
材料学院
院
专业材料成型及控制工程班
级
组员
（排名不分先后)
2０１
３年 5 月9 日
工业机器人在铸造中应用
一、历史与发展.....．．．.．...．......．.．....．．....．.. (2)
二、基本机构组成.．．.．.....．．........．............． (3)
三、工作原理.．．．..．...．．.．．..．..．..．.....．.．..．....．．４
四、在铸造中的应用..．...．.．.．...．.......．....．...．.．．６
一、历史与发展
工业机器人诞生于20世纪60年代，在2０世纪90年代得到迅速发展,是最先产业化的机器人技术。工业机器人是精密机械技术和微电广技术相结合的机电一体化产品,它在工厂自动化和柔性生产系统中起着关键作用。它是综合了计算机、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。它的出现是为了适应制造业规模化生产,解决单调、重复的体力劳动和提高生产质量而代替人工作业。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。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动,而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置,既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力,又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
一般来说，工业机器人的显著特点有以下四个方面：
(1)仿人功能。工业机器人通过各种传感器感知工作环境，达到自适应能力。在功能上模仿人的腰、臂、手腕、手抓等部位达到工业自动化的目的。
2)可编程。工业机器人作为柔性制造系统的重要组成部分，可编程能力是其对适应工作环境改变能力的一种体现。
(3)通用性。工业机器人一般分为通用与专用两类。通用工业机器人只要更换不同的末端执行器就能完成不同的工业生产任务。
（4）良好的环境交互性。智能工业机器人在无人为干预的条件下,对工作环境有自适应控制能力和自我规划能力。
工业机器人的发展过程可分为三个阶段：
第一代机器人就是目前工业中大量使用的“示教再现”机器人,主要由夹持器、手臂、驱动器和控制器组成。示教内容为机器人操作机构的空间轨迹，作业条件,作业顺序等。示教方法可以是操作者“手把手”直接做,或与计算机编程结合．通过示教存储信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作.广泛用于上下料、焊接、喷漆和搬运。
第二代机器人是带感觉的机器人。能获取作业环境，操作对象的简单信息,通过计算机处理和分析,对外界信息进行反馈，采用自适应控制，从90年代起进入实用阶段。
第三代机器人即智能机器人，是指只有适应性的自治机器人，能理解指示命令,感知环境，识别对象.具有知识库和专家系统，在作业环境中能独立工作，目前还处于实验阶段。
其未来的发展趋势是：
(１)提高运动速度和动作精度，减少重量和占用空间,加速机器人功能部件的标准化和模块组合化:将机器人的回转、伸缩、俯仰利摆动等各种功能的机械模块和控制模块、检测模块组合成结构和用途不同的机器人；
（2）开发新型结构，如开发微动机构保证动作精度；开发多关节、多自由度的手臂和手指；研制新型的行走机构,以适应各种作业需要。
(3）研制各种传感检测装置，如视觉、触觉、听觉和测距传感器等，用传感器获取有关工作对象和外部环境信息，来完成模式识别，并采用专家系统进行问题求
解.动作规划，采用微机控制。机器人可代替人完成重复的、繁琐的或危险的劳动,组成单机自动化或自动生产线,提高劳动生产率。工业机器人已广泛应用于焊接、喷漆、装配、核能、医疗和搬运等工作领域。
二、基本机构组成
工业机器人由三大部分、六个子系统组成。三大部分是:机械本体、传感器部分和控制部分。六个子系统是:驱动系统、机械结构系统、感知系统、机器人—环境交互系统、人机交互系统以及控制系统。如图1所示。
图1 机器人的基本组成
1、驱动系统
驱动系统主要指驱动机械系统的驱动装置。根据驱动源的不同,驱动系统可分为电动、液压、气动三种以及把它们结合起来应用的综合系统。驱动系统可以与机械系统直接相连，也可通过同步带、链条、齿轮、谐波传动装置等与机械系统间接相连。
2、机械系统
机械系统又称操作机或执行机构系统，它由一系列连杆、关节或其他形式的运动副所组成。机械系统通常包括机座、立柱、腰关节、臂关节、腕关节和手爪等,构成一个多自由度的机械系统。工业机器人的机械结构系统由机身、手臂、末端执行器三大件组成。每一大件都有若干自由度,构成一个多自由度的机械系统。若机身具备行走机构便构成行走机器人；若机身不具备行走及腰转机构,则构成单机器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。末端执行器是直接装在手腕上的一个重要部件,它可以是两手指或多手指的手爪，也可以是喷漆枪、焊枪等作业工具。
3、感知系统
感知系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，获取内部和外部环境
状态中有意义的信息。智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化水平。人类的感知系统对感知外部世界的信息是极其灵巧的，然而对于一些特殊的信息,传感器比人类的感知系统更有效。
4、控制系统
控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构完成规定的运动和功能。假如工业机器人不具备信息反馈特征,则为开环控制系统；若具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。控制系统根据控制原理可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统;根据控制运动的形式可分为点位控制和轨迹控制。
5、机器人—环境交互系统
工业机器人环境交互系统是实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。工业机器人可与外部设备集成为一个功能单元,如加工制造单元、焊接单元、装配单元等。当然，也可以是多台机器人、多台机床或设备及多个零件存储装置等集成为一个执行复杂任务的功能单元。
６、人机交互系统
人机交互系统是使操作人员参与机器人控制并与机器人进行联系的装置, 例如，计算机的标准终端、指令控制台、信息显示板及危险信号报警器等。归纳起来人机交互系统可分为两大类:指令给定装置和信息显示装置。
三、工作原理
１、机器人的运动
机器人的机械结构在各种驱动、传动装置及控制系统的协同配合下,在确定的空间范围内运动。一般情况下，机器人的运动范围是指手部以及工件(或工具)在空间的运动范围和所能达到的位置。而手部在空间的位置，是由臂部、腕部以及整机各自独立运动的合成来确定的。例如,图２所示的机器人，臂部在Ｘ—Ｏ1—Y面内有三个独立运动———升降(Ｌ1)、伸缩(L２）和转动（φ1)；腕部在Y —O1—Z面内有一个独立的运动———转动(φ2)。
图2 五自由度机器人简图
图2所示的机器人手部轴线在Ｘ—O1—Ｙ面内,所以整个手部位置的最
后确定只需再加一个独立变量———手部绕自身轴线（O3—Ｃ）的旋转φ3 。机器人的自由度越多,就越能接近人手的动作机能,通用性就越好;但是自由度越多，结构越复杂,对机器人的整体要求就越高，这是机器人设计中的一个矛盾。目前通用的工业机器人大多为3~６个自由度。
2、机器人语言
机器人编积语胃是人与机器人迟行对话的工具及通讯的接口。目前有三种机器人编程方法。
(1)示教编程
示教编程用于示教再现型机器人中，它是目前大多数工业机器人的编程方式,在机器人作业现场进行。所谓示教编程,即操作者根据机器人作业的需要把机器人末端执行器送到目标位置，且处于相应的姿态，然后把这一位置、姿态所对应的关节角度信息记录到存储器保存。对机器人作业空间的各点重复以上操作，就把整个作业过程记录下来,再通过适当的软件系统，自动生成整个作业过程的程序代码，这个过程就是示教过程。
(2)离线编程
离线编程是在专门的软件环境支持下用专用或通用程序在离线情况下进行机器人轨迹规划编程的一种方法。离线编程程序通过支持软件的解释或编译产生目标程序代码，最后生成机器人路径规划数据。一些离线编程系统带有仿真功能,这使得在编程时就解决了障碍干涉和路径优化问题。这种编程方法与数控机床中编制数控加工程序非常类似。离线编程的发展方向是自动编程。
(3)机器人语言编程
机器人语言编程即用专用的机器人语言来描述机器人的动作轨迹。它不但能准确地描述机器人的作业动作,而且能描述机器人的现场作业环境,如对传
感器状态信息的描述,更进一步还能引入逻辑判断、决策、规划功能及人工智能。机器人编程语言具有良好的通用性，同一种机器人语言可用于不同类型的机器人，也解决了多台机器人协调工作的问题。
机器人的工作原理是一个比较复杂的问题。简单来说，其原理就是模仿人的各种肢体动作、思维方式和控制决策能力。其实质为由外部传感器引导,带动一个或多个末端执行器,通过可编程运动,自动的实现手部作业的动作功能及技术要求。从控制的角度,可分为四种方式。
１) “示教再现”方式：它通过“示教盒”或人“手把手”两种方式教机械手如何动作,控制器将示教过程记录下来,然后机器人按照记忆周而复始的重复示教动作
2) “可编程控制”方式:工作人员事先根据机器人的工作任务和运动轨迹编制控制程序,然后将控制程序输入给机器人的控制器，起动控制程序，机器人就按照程序所规定的动作一步一步地去完成，如果任务变更，只要修改或重新编写控制程序，非常灵活方便。大多数工业机器人都是按照前两种方式工作的。
３）“遥控”方式:由人用有线或无线遥控器控制机器人在人难以到达或危险的场所完成某项任务。如防暴排险机器人、军用机器人、在有核辐射和化学污染环境工作的机器人等。
4）“自主控制”方式：是机器人控制中最高级、最复杂的控制方式,它要求机器人在复杂的非结构化环境中具有识别环境和自主决策能力，也就是要具有人的某些智能行为。
四、在铸造中的应用
工业机器人最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运：工业机器人延伸和扩大了人的手足和大脑功能,它可代替人从事危险、有害、有意、低温和高热等筋劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动,提高劳动生产率,保证产品质量。工业机器人与数控加工中心，自动搬运小车以及自动检测系统可组成柔性制造系统（FM5)和计算机集成制造系统(CＩＭS），实现生产自动化。随着工业机器人技术的发展,其应用已打展到宇宙探索、深海开发、核科学研究和医疗福利领域。在此主要讨论在铸造方面的应用。
机器人在铸造业中的应用首先是从压力铸造开始的。最早的有记录的机器人应用是19６1年,在美国福特公司的一个铸造厂中作为一台压铸机的辅助设备。它的主要优点是能够保证操作者的安全，并能预测产量和保证零件质量。随着机器人技术和工业技术的发展，对生产过程提出了更高的要求,尤其是操作过程的柔性化。工业机器人的真正的潜力正在逐渐被认识。机器人比专用设备更经济的关键原因是它具有执行各种任务的能力。在压铸行业中，机器人可以完成诸如将金属型放入压铸机,从压铸机中取出铸件、切除浇口、去毛刺以及装配等各项任务。机器人不但可以完成各不同的工作，而且可以利用最少的投资，通过编程和更换夹具来完成更进一步的工作。机器人不仅在压铸工业中取得了很成功的应用，而且在砂芯制造中也有着大量的应用。因为砂芯的需求量非常大,而工业机器人能够准确灵巧的运送、装配相当精巧但又很重的砂芯。
除此之外,机器人在铸造的整个过程中都有着独特作用。
1、机器人在造型中的应用
在自动造型的某些场合, 要求人必须十分敏捷, 这时机器人的应用有显著的重要性。例如对模板、砂型、金属板的喷吹，又如对模板、金属型的喷涂料等, 机器人模拟人手的动作,控制压缩空气喷咀或涂料喷枪以某一角度或位置对准喷吹对象工作。机器人已用于组合型芯和下芯, 对于型芯或组芯上涂料或侵涂料。在专用机械的基础上, 机器人可用于更换模板。简易的机器人巳用于开浇口杯钻出气孔。机械手用于修型, 搬动型芯砂箱和铸型。
在许多国家机器人较多地用于铸件清理,但在美国造型制芯车间里用的机器人数量比清理车间用的还要多。原因之一可能是因为清理车间有足够的劳力及使用机器人并不经济。
2、机器人在落砂中的应用
机器人已用于从砂箱巾拔取已凝固的单个铸件或成束铸件，其优点是型芯与铸件一起整体取出, 芯砂与旧砂不会混在一起, 这使旧砂再生的工艺简化。笔者于1９7９年1月在联邦德国本茨汽车厂的曼海姆铸造车间ＢMD 造型线上, 看到落砂时用机械手取走铸件。机器人可把落砂后的各种铸件分类取出并传递到所要求的工位上。在落砂切上连接上矩形溜槽，在溜槽旁安置机器人即可实现。使用机械手从落砂机上取下中大铸件的情况已湃常见了。英国铸铁研究协会液压关节式机械手起重力为3000ｋN ，液压抓钩回路中装有液压蓄能器, 在主回路压力波动时能维持抓力。带有玻璃窗的操作室安装在手臂上, 并可将机械手放在电动小车上, 在车间内来回工作。联邦德国AST机器人公司AM系列机械手, 可手动、半自动和自动(示教机器人), 有固定式和移动式两种。起重力30０~20000kN ,带有密闭的操作室。为避免从落砂机上取铸件时受振动而损坏, 机械手装有减振器。为夹住铸件而又不夹坏铸件或引起铸件变形，机械手装有夹紧力反馈系统, 使操作者可精确地感到所夹铸件的力量。使用A M系列机械手后, 可省劳动力40~70％，还可用残废人来操纵机械手，一般投资回收期为
1~3年。我国潍坊柴油机厂也采用ＡSＴ公司机器人取落砂后的气缸体铸件。
3、机器人在切割浇冒口中的应用
机器人切割浇冒口有两种方法。一种是机器人操纵乙炔切割器或等离子弧切割器；另一种是机器人和砂轮切割机配合。捷克国家材料科学研究所研制并用于火车铸件厂的机器人切割设备就是采用第一种方法。两个机械手布置在直径为2m 的转台上, 转台每转18０°, 将一个未切割的铸件送到操作室内的机器人旁, 同时将一个已割去冒口的铸件送到室外。一名工人只需用吊车在外面的机械手的夹具上更换铸件。气割下的冒口落入低频振动槽并输送到室外的箱子内。
4、机器人在清理精整铸件中的应用
(1)机器人清理铸件的经济效益分析
铸件清理是对人体健康极有害的工种, 用机器人来代替是项很有意义的工作, 近20年来, 铸造工作者为此努力，有成果也有教训。这项工作是试图使清理工序从一个十分简陋的劳动密集型生产直接跨入高技术范畴的过程,这样就陷于在一个难度很大的应用领域中从事开发工作。在联邦德国机器人应用于清理铸件的实例中多数仍不成功。如曼海姆的Johｎ Dｅeｒe公司曾试图用机器人操纵工具磨削用夹具固定的铸件, 但铸件并不能清理干净, 而且生产率低。在路易特玻尔德铸造厂, 机器人用于气缸体清理, 但与人工操作相比, 清理速度太慢,只好将机器人调走。仅知道在联邦德国有3～4台机器人在铸铁厂清理车间使用。在民主德国有10 台，但不经济。对于评价机器人的应用是否经济，要考虑各方面因素。例如原清理设备已老化，不再属于先进水平, 机器人则似乎有竞争性。又如由于某些人为因素，清理工的生产率太低时, 应考虑是机器人提供好的工作条件可以提高经济效益呢, 还是改善组织管理并进行常规的技术改造更能提高经济效益。
（2)机器人清理铸件的基本要求
无论是采用机器人通过夹具操作铸件, 还是采用机器人操作工具, 均要求能快速替换夹具或工具；对不同铸件, 机器人的清理程序可以变化;有自动辨认铸件的系统;有一套能把铸件按随机顺序、随机位置和随机方位送往机器人清理工位的操作设备。
（3)机器人清理铸件的基本形式
1)机器人操作工具
机器人操作工具是现在应用的趋势, 见图３所示。
２)机器人交替操作工具和铸件
在瑞典阿尔维卡(Ａrｖｉka）的富豪汽车零件厂，机器人清理铸件的第一步是机器人操作砂轮切割机取出铸件的冒口, 第二步是机器人把铸件抓起来, 送到砂轮机进行磨削。由于配置了很大的贮存架, 机器人可在没有操作员介入下连续工作８小时。
３)机器人铸件清理单元为了更有效地使用机器人, 由一台或几台机器人, 配以清理铸件所需用的工具和铸件搬运装置等组成铸件清理单元, 使之成为一个高效、优质、安全、经济的集成工作站。
５、铸造柔性加工单元
采用智能机器人组成的柔性集成工作站,使其适应各种批量的铸件生产的实践，已在压铸和铸件清理方面取得了一定的效果。
(1）铸件柔性清理单元
智能机器人主要有认别系统和适应控制系统的功能。识别系统的作用是: 对被清理的铸件不需事先用人工分类, 而是由机器人确认要清理的铸件, 检出其他物件和不合格的铸件；确认铸件是否处于需清理的状态和符合机器人操作所需要的正确位置, 纠正其不正确的状态和位置, 根据清理对象, 自动选择清理程序; ?确认已清理好的铸件, 将其分类放到各自的堆存处。图4所示是识别系统一例。铸件由输送带送到自动称量装置, 称重量并鉴别是否留有型芯。此后铸件被送到摄象机处确定其所需清理的部位。计算机将所得重量、图象及各项参数与已输入的数据进行比较, 如符合公差范围要求, 则铸件被确认, 并开始接受清理。适应控制系统的作用是, 针对铸件披缝的尺寸和形状往往有较大差异的情况, 该系统能根据差异自动控制切除过程, 使之最后符合工艺要求。
图4识别系统示意图
1 ．胶带输送机２．翻转回转装置３. 摄像机4 .自动称量装置
(2）压铸柔性加工单元
压铸柔性加工单元包括自动压铸机、自动喷涂机械手、自动浇注机械手、自动取件机械手, 有的还包括切边校正压力机和铸件成型情况检查装置。
在铸造行业中引进机器人有着以下的优点。
1、速度快、生产率高
铸造业中的机器人有很大一部分从事搬运、装配等工作,在这些机器人所处理的工件中，大多具有体积庞大、非常沉重的特点，有些工件的重量甚至可达１00kg以上。人工不易搬动，如果采用吊车等辅助工具，移动速度很慢，而且工件的位置不容易控制。机器人可以轻易地搬运非常沉重的工件，只要该工件在机
器人的有效载荷范围内，机器人就可以轻而易举地快速移动各种沉重的工件，从而大幅度提高生产率。
2、精度高
机器人不但运动速度很快,而且具有非常高的运动精度。同时，机器人还具有非常高的重复精度，以保证每次都能够沿着相同的路径运动.因此可以完成非常准确的定位工作。尤其在工件很重,而且有些部位又非常脆弱的情况下．就显得非常有意义。对于这些工件而言,在人工或采用辅助装置进行搬运时，很容易造成脆弱部分的破损,有时甚至有可能产生废品。由予机器人具有很灵活的运动轨迹，可以完成各种复杂的装配工作，而且每次都能将工件放置在相同的位置,因此能够大大降低工件在搬运过程中的破损率，降低生产成本。
3、效率高、实现柔性化生产
机器人能够同时完成各种不同类型的工作，它能够在很短的时间内完成从射芯机中取出砂芯、装配、上涂料、最后进行储存这一系列工作。如果这些工作由人工或者某些专用工具来完成的话，由于速度较慢，会延长生产节拍；同时,由于不同的工作要由不同的设备或者人来完成,设备的占地面积也会增大,从而增大了生产成本，降低生产率。另外，在制芯过程中，如果使用专用设备来进行砂芯的运输、装配等工作，那么该设备只能适用于很少形状相似的砂芯。如果用户需要另一种形状变化较大的砂芯,那么就必须更换所有的设备这必然会使成本大大增加，而且生产周期也会延长。而如果使用机器人来工作时，只需更换机器人的夹具和程序即可，这就可以在很短的时间内完成,从而大大加快生产节拍,缩短转换时间,使生产率有很大的提高。因此机器人对于小批量、多品种的生产方式而言，是一种非常适合的工作方式。
4、经济效益好
在西欧、北美、日本等地的铸造业中，使用机器人的最大的优点就是价格要比人工便宜。从而可以大量节省成本,提高利润。机器人生产系统中最昂贵的部分并非机器人本身,而是系统的周边设备。一个机器人自动生产单元不仅包括机器人本身，还必须有各种和机器人协调工作的其它辅助装置。系统的周边设备是构成系统的关键设备，它所具有的投资往往超过机器人的投资。周边设备大体包括供料装置、精确定位装置及输送装置、末端执行器(手爪和夹具)以及自动检测装置。
尽管机器人有这么如此多优点，但在实际应用中仍有着不足之处。
1、夹具设计比较困难
由予机器人在铸造工业中的应用时间较短，因此目前并没有一些标准化的产品系列，对于各种不同类型的砂芯需要设计不同的夹具，而且对夹具的功能也有比较高的要求。目前的夹具大都为气动式夹具,由压缩气体产生的压力来夹紧工件对于某些形状非常复杂的砂芯，由于芯子较重,因此夹具需要有较大的压力。但同时很多芯子的某些部位的壁厚非常小,当砂芯刚从射芯机中取出时，由于其强度不是很高，因此又要求夹具的压力不能太高。因此设计合理的夹具是非常重要的。此外，夹具的价格往往很昂贵,这是在选用时需要考虑的。
2、实现柔性化生产的准备工作比较复杂
为了实现机器人的柔性化生产，需要进行大量的准备工作。对于不同种类的芯子，需要准备不同的夹具。另外，对不同的芯子，也需要不同的机器人程序。这些准备工作都必须在机器人开始工作之前完成。如果芯子种类很多，这些准备工作就会变得很复杂,其费用也将大大升高。这对于一些小的生产厂家来说,比较难以承受。
工业机器人已逐步在铸造生产中得到应用, 为铸造这个劳动密集型的操作跨入技术密集型生产作出了尝试，但必须注意其经济效益。尽管工业机器人的应用可以缩短生产周期，提高生产效率,但不能一味追求改革,应根据每个工厂的实际情况来决定引进数量。在大批量生产中,机器人的引进能很好降低成本,解放劳动力。在我国应根据国情, 加快铸造用多关节式机械手的开发工作, 先实行机械化, 再实现自动化, 根据实际需要最后实现智能化。
此文章枪手代写的并且没有付费，严重侵害版权，客户要用就会告的其没 工作 工业机器人在工业生产中的应用探讨摘要:工业机器人是可以自己执行工作的机器，是依靠自身的动力与自身的控制能力来完成各种功能的一种机械装置。它既可以按照人们的指挥来完成工作，也可以按照事先编好的程序进行工作，现代社会的工业机器人还能依据人工的智能技术制定的纲领行动。本篇文章主要内容是就工业机器人在工业生产中的应用进行探讨。 关键词:工业机器人;工业生产;应用;探讨 最早应用工业机器人的行业应为汽车制造行业，机器人常用于焊接、喷漆以及搬运等工作。工业机器人的加入有效的增大了人们的手和足以及大脑的功能，工业机器人可以替代人们完成危险的工作以及一些复杂单调的重复劳动，有效的提高了工业生产的效率，同时也提高了产品的质量。实现工业自动化需要工业机器人与数控加工中心等各方面的相互配合。 一.工业机器人的简介 到今天机器人的历史也算不上长，1959年美国的英格伯格与德沃尔两位科学家联合制造出了世界上第一台工业类机器人，自那时起，机器人的历史才真正的拉开帷幕。 工业机器人一般由主体、驱动系统以及控制系统三个主要部分组成。机器人的主体为机座和执行机构组成，并且包括腕部以及手部等部位。大部分的工业机器人都有三个以上六个以下的运动自由度。然而驱动系统则是使执行的机构实行相应的动作，控制系统则是依据输入的程序来发号施令，并进行有效的控制。 二.工业机器人的主要应用 1.有一些安全因素很不稳定且不适宜由人去做的作业工作以及一些危险的工作军事领域或核工业领域等危及人类生命安全的工作用工业机器人去担任是最合适不过的。例如在核工厂的设备维修及检验类机器人，核工业上的沸腾水式反应堆燃料的自动交换机。
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。
课程论文 题目工业机器人在铸造中的应用学院材料学院 专业材料成型及控制工程 班级 组员 （排名不分先后） 2013 年 5 月9 日
工业机器人在铸造中应用 一、历史与发展 (2) 二、基本机构组成 (3) 三、工作原理 (4) 四、在铸造中的应用 (6)
一、历史与发展 工业机器人诞生于20世纪60年代,在20世纪90年代得到迅速发展,是最先产业化的机器人技术。工业机器人是精密机械技术和微电广技术相结合的机电一体化产品，它在工厂自动化和柔性生产系统中起着关键作用。它是综合了计算机、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。它的出现是为了适应制造业规模化生产,解决单调、重复的体力劳动和提高生产质量而代替人工作业。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。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 一般来说，工业机器人的显著特点有以下四个方面： (1)仿人功能。工业机器人通过各种传感器感知工作环境，达到自适应能力。在功能上模仿人的腰、臂、手腕、手抓等部位达到工业自动化的目的。 2)可编程。工业机器人作为柔性制造系统的重要组成部分，可编程能力是其对适应工作环境改变能力的一种体现。 (3)通用性。工业机器人一般分为通用与专用两类。通用工业机器人只要更换不同的末端执行器就能完成不同的工业生产任务。 (4)良好的环境交互性。智能工业机器人在无人为干预的条件下，对工作环境有自适应控制能力和自我规划能力。 工业机器人的发展过程可分为三个阶段： 第一代机器人就是目前工业中大量使用的“示教再现”机器人，主要由夹持器、手臂、驱动器和控制器组成。示教内容为机器人操作机构的空间轨迹，作业条件，作业顺序等。示教方法可以是操作者“手把手”直接做，或与计算机编程结合．通过示教存储信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作．广泛用于上下料、焊接、喷漆和搬运。 第二代机器人是带感觉的机器人。能获取作业环境，操作对象的简单信息，通过计算机处理和分析，对外界信息进行反馈，采用自适应控制，从90年代起进入实用阶段。 第三代机器人即智能机器人，是指只有适应性的自治机器人，能理解指示命令，感知环境，识别对象．具有知识库和专家系统，在作业环境中能独立工作，目前还处于实验阶段。 其未来的发展趋势是： (1)提高运动速度和动作精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标准化和模块组合化：将机器人的回转、伸缩、俯仰利摆动等各种功能的机械模块和控制模块、检测模块组合成结构和用途不同的机器人； (2)开发新型结构，如开发微动机构保证动作精度；开发多关节、多自由度的手臂和手指；研制新型的行走机构，以适应各种作业需要。 (3)研制各种传感检测装置，如视觉、触觉、听觉和测距传感器等，用传感器获取有关工作对象和外部环境信息，来完成模式识别，并采用专家系统进行问题求
工业机器人在汽车焊接中的应用焊接技术作为制造业的传统基础工艺与技术，在工业中应用的历史并不长，但它的发展却是非常迅速的。焊接机器人是在工业机器人基础上发展起来的先进焊接设备，是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人，主要用于工业自动化领域，其广泛应用于汽车及其零部件制造、摩托车、工程机械等行业，在汽车生产的冲压、焊装、涂装、总装四大生产工艺过程都有广泛应用，其中应用最多的以弧焊、点焊为主。 典型的焊接机器人系统有如下几种形式：焊接机器人工作站、焊接机器人生产线、焊接专机。焊接机器人系统一般适合中、小批量生产，被焊工件的焊缝可以短而多，形状较复杂。柔性焊接线特别适合产品品种多，每批数量又很少的情况下采用。焊接专机适合批量大、改型慢的产品，对焊缝数量较少、较长，形状规矩的工件也较为适用，至于选用哪种自动化焊接生产形式，需根据企业的实际情况而定。 在汽车领域的典型应用 纵观整个汽车工业的焊接现状，不难分析出汽车工业的焊接发展趋势为：发展自动化柔性生产系统。而工业机器人，因集自动化生产和灵活性生产特点于一身，故轿车生产近年来大规模、迅速地使用了机器人。在焊接方面，主要使用的是点焊机器人和弧焊机器人。特别是近几年，国内的汽车生产企业非常重视焊接的自动化。如一汽引进的捷达车身焊装车间的13条生产线的自动化率达80%以上，各条线都由计算机(可编程控制器PLC-3)控制，自动完成工件的传送和焊接。焊接由R30型极坐标式机器人和G60肘节式机器人共61台进行，机器人驱动由微机控制，数字和文字显示，磁带记录仪输入和输出程序。机器人的动作采用点到点的序步轨迹，具有很高的焊接自动化水平，既改善了工作条件，提高了产品质量和生产率，又降低材料消耗。 类似的高水平的生产线，在上海、武汉等地都有引进。但这些毕竟还远不能适应我国民族汽车工业迅速发展的需要，我们必须坚持技术创新，大力加速发展高效节能的焊接新材料、新工艺和新设备，发展应用机器人技术，发展轻便灵巧的智能设备，建立高效经济的焊接自动化系统，必须用计算机及信息技术改造传统产业，提高档次。 新松机器人深度服务汽车行业大市场 作为国内唯一的“机器人国家工程研究中心”，新松机器人自动化股份有限公司从事机器人及自动化前沿技术的研制、开发与应用。其系列机器人应用主要涵盖点焊、弧焊、搬运、装配、涂胶、喷涂、浇铸、注塑、水切割等各种自动化作业，广泛应用于汽车及其零部件制造、摩托车、工程机械、冶金、电子装配、物流、烟草、五金交电、军事等行业。目前，机器人系列技术及应用、自动化成套技术装备、仓储物流自动化技术装备已形成新松公司三大主导产业领域，旨在为用户提供卓越的技术和服务。迄今已累计向市场推出了800多台机器人系统，是市场上极具竞争力的“机器人及自动化技术和服务”解决方案提供商，也是国内进行机器人研究开发与产业化应用的主导力量。 新松公司的机器人产业应用主要是承担各类汽车车身自动冲压线、白车身焊装线、汽车总装线、发动机装配线、工装夹具及输送系统的设计制造；焊装线钢结构、管网工程的设计制造；焊装线工艺设计、平面布置、机器人选型、机器人用自动焊钳设计与选型、非标机
工业机器人常用坐标系介绍 坐标系：为确定机器人的位置和姿态而在机器人或空间上进行的位置指标 系统。 坐标系包含：1、基坐标系(Base Coordinate System) 2、大地坐标系(World Coordinate System) 3、工具坐标系(Tool Coordinate System) 4、工件坐标系(Work Object Coordinate System) 1、工具坐标系机器人工具座标系是由工具中心点TCP 与座标方位组成。 机器人联动运行时，TCP 是必需的。 1) Reorient 重定位运动(姿态运动)机器人TCP 位置不变，机器人工具沿座标轴转动，改变姿态。 2) Linear 线性运动机器人工具姿态不变，机器人TCP 沿座标轴线性移动。机器人程序支持多个TCP，可以根据当前工作状态进行变换。 机器人工具被更换，重新定义TCP 后，可以不更改程序，直接运行。 1.1.定义工具坐标系的方法：1、N(N=4)点法/TCP 法-机器人TCP 通过N 种不同姿态同某定点相碰，得出多组解，通过计算得出当前TCP 与机器人手腕中心点( tool0 ) 相应位置，座标系方向与tool0 一致。 2、TCPZ 法-在N 点法基础上，Z 点与定点连线为座标系Z 方向。 3、TCPX，Z 法-在N 点法基础上，X 点与定点连线为座标系X 方向，Z 点与定点连线为座标系Z 方向。 2. 工件坐标系机器人工件座标系是由工件原点与座标方位组成。 机器人程序支持多个Wobj，可以根据当前工作状态进行变换。 外部夹具被更换，重新定义Wobj 后，可以不更改程序，直接运行。
工业机器人常见五大应用领域及关键技术 去年全球工业机器人销量达到24万台，同比增长8%。其中，我国工业机器人市场销量超过6.6万台，继续保持全球第一大工业机器人市场的地位。但是，按机器人密度来看，即每万名员工对应的机器人保有量，我国不足30台，远低于全球约为50多台的平均水平。 前瞻产业研究院《2016-2021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》数据显示：2015年我国工业机器人产量为32996台，同比增长21.7%。2016年机器人产业将继续保持快速增长，今年一季度我国工业机器人产量为11497台，同比增长19.9%。此外，数据显示，2015年我国自主品牌工业机器人生产销售达22257台，同比增长31.3%。国产自主品牌得到了一定程度的发展，但与发达国家相比，仍有一定差距。 2016年未来全球工业机器人市场趋势包括：大国政策主导，促使工业与服务机器人市场增长；汽车工业仍为工业机器人主要用户；双臂协力型机器人为工业机器人市场新亮点。 一、什么是工业机器人 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。 当前，工业机器人技术和产业迅速发展，在生产中应用日益广泛，已成为现代制造生产中重要的高度自动化装备。 二、工业机器人的特点
自20世纪60年代初第一代机器人在美国问世以来，工业机器人的研制和应用有了飞速的发展，但工业机器人最显著的特点归纳有以下几个。 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（ＦＭＳ）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.机电一体化。工业机器人技术涉及的学科相当广泛，但是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，这些都和微电子技术的应用，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和水平。 三、工业机器人常见的五大应用领域 1.机械加工应用（2%）
学校：中南大学 学院：机电工程学院 专业班级：机械0701班姓名：丁云 学号：
工业机器人的发展与应用 随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化，工业机器人已成为一种高新技术产业，为工业自动化发挥了巨大作用，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。文章介绍了工业机器人的国内国外的发展状况和应用趋势，以及带来的经济效益。 一、工业机器人的介绍 工业机器人是机器人的一种，它由操作机．控制器．伺服驱动系统和检测传感器装置构成，是一种仿人操作自动控制，可重复编程，能在三难空间完成各种作业的机电一体化的自动化生产设备，特别适合于多品种，变批量柔性生产。它对稳定和提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件的快速更新换代起着十分重要作用。 二、工业机器人带来的效益 广泛的应用工业机器人，可以逐步改善劳动条件，更强与可控的生产能力，加快产品更新换代。提高生产效率和保证产品质量，消除枯燥无味的工作，节约劳动力，提供更安全的工作环境，降低工人的劳动强度，减少劳动风险，提高机床，减少工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存，提高企业竞争力。 三、工业机器人的发展 随着科技的不断进步，工业机器人的发展过程可分为三代，第—代，为示教再现型机器人，它主要由机器手控制器和示教盒组成，可按预先引导动作记录下信息重复再现执行，当前工业中应用最多。第二代为感觉型机器人，如有力觉触觉和视觉等，它具有对某些外界信息进行反馈调整的能力，目前已进入应用阶段。第三代为智能型机器人它具有感知和理解外部环境的能力，在工作环境改变的情况下，也能够成功地完成任务，它尚处于实验研究阶段。 第一、国外工业机器人的的发展
《工业机器人技术与应用》试卷 （A ） 一、填空（每空1分，共30分） 1．按照机器人的技术发展水平，可以将工业机器人分为三代 ___ _ ___ 机器 人、 ____ __ _ 机器人和 ___ ____ 机器人。 2．机器人行业所说的四巨头是__________ 、 __________ 、 __________ 、__________。 3．机器人常用的驱动方式主要有_____ _ ____、 ____ __和______ ____ 三种基本类型。 4．一般来说，机器人运动轴按其功能 可划分为 __ ____ 、 _ 和工装轴，________ 和工装轴统称 _______。 5．从结构形式上看，搬运机器人可分为 __________ 、 __________ 、 __________ 、 __________ 和关节式搬运机器人。 6．码垛机器人工作站按进出物料方式可 分为 __ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和四进四出等形 式。 7．装配机器人常见的末端执行器主要有__ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和 。 8．弧焊系统是完成弧焊作业的核心装 备，主要由 、送丝机、 和气瓶等组成。 9．目前工业生产应用中较为普遍的涂装 机器人按照手腕构型分主要有两种： 涂 装 机 器 人 和 涂装机器人，其中 手腕机器人更适合用于涂装作业。 二、判断（每题2分，共20分） （ ）1．涂装机器人的工具中心点 （ TCP ）通常设在喷枪的末端中心处。 （ ）2．一个完整的点焊机器人系统 由操作机、控制系统和点焊焊接系统几部分组成。 （ ）3. 工业机器人是一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机。 （ ）4．工业机器人的腕部传动多采 用 RV 减速器，臂部则采用谐波减速器。 班级 姓名 学号
2018年江苏省高等职业院校技能大赛 “工业机器人技术应用”赛项竞赛规程 一、赛项名称 工业机器人技术应用 二、竞赛目的 赛项以“中国制造2025”规划为背景，针对装备制造业转型升级对岗位技能提升的要求，引导职业院校关注行业在“工业机器人技术应用”方面的发展趋势及新技术的应用，促进工学结合人才培养模式和课程的改革与创新。通过技能大赛,展示参赛选手维护、调试、操控机器人的技能，检阅参赛队组织管理、团队协作、工作效率、质量与成本控制、安全意识等职业素养，提升高职院校专业教师的指导水平，以赛促教，为工业机器人及系统在企业中的应用提供人才保障。 三、竞赛方式 竞赛为团体赛。每支参赛队最多由6人组成，其中领队1人（可由指导教师兼任），参赛选手3人（其中队长1人），指导教师2人。 四、竞赛内容 参赛选手在规定时间（4小时30分钟）内，以现场操作的方式，根据赛场提供的有关资料和赛项任务书，完成基本赛项任务及综合赛项任务。 基本赛项任务： 1.生产线空间位置调整、传感器安装及基本功能调试。 2.六关节机器人手爪的安装及手爪控制设备的安装调试。 3.六关节机器人参数设定、标定、现场示教编程及复现；六关节机器人安全工作区间建立。 4.AGV机器人上部输送线安装与调试;工业以太网络连接等。
5.按任务要求完成机器视觉系统的设定、流程编辑，实现托盘流水线上的缺陷工件检测和工件形状种类的识别、工件库建立及坐标变换。 6.完成满足控制要求的立库码垛机和主控系统的人机界面及PLC 控制程序编制。 7.主控PLC、触摸屏、六关节机器人、流水线、立体仓库的网络建立和程序联调测试。 综合赛项任务： 1.由裁判将放有工件的托盘随机摆放到立库各仓位中，由立库码垛机根据赛项任务书的要求，依次取出托盘并放置到磁导AGV小车上。 2.磁导AGV小车每次可以携带3个托盘，沿着磁导线运动并对接到托盘流水线，自动完成立库与托盘流水线之间的工件运输。 3.托盘流水线上设置了视觉检测系统，通过对托盘上的工件进行识别，区分出不同的工件；并将托盘中工件的坐标数据传送到主控PLC 中。 4.由主控PLC通过工业网络操控多关节机器人实现所有工件的抓取、摆放和装配。 1）选用合适的工具自动抓取托盘上不同类型的工件，对合格工件和缺陷工件进行分拣； 2）根据赛项任务书的要求，将抓取的合格工件摆放在装配流水线上的相应位置以完成装配。工件在装配流水线上的具体摆放方式以及装配要求在赛项任务书中有明确规定。 五、竞赛试题 （一）采取提前公开竞赛样题的方式进行比赛，赛前一个月公布样题。 （二）备有10套以上竞赛用试题，每场次比赛试卷由赛点裁判组
目录 项目一工业机器人基本结构认识与安全操作知识 (1) 项目二机器人的基本操作 (11)
项目一工业机器人基本结构认识与安全操作知识 一、布置任务 1.项目要求 （1）项目名称：工业机器人基本结构认识与基础操作 （2）计划课时：6 （3）器材及工具准备（现场准备） 表1 实验所需设备清单 2.教学主要内容及目的 通过该实训课程，将《工业机器人技术基础》中所学的机器人编程及调试技术应用于实际设计中。学习机器人的基本安全操作常识、机器人控制柜的基本结构、机器人示教器的基本操作等技术在实验平台上进行综合认知与练习，在理论和实验的基础上进一步对工业机器人的认识，更好的了解机器人的操作方式。 3.相关知识准备 机器人的基本组成、机器人的基本安全操作常识。 二、制定计划 教师辅助学生以小组方式，10人一组，由指导老师讲解基本操作要领及安全注意事项，讲解完成后，学生自己进行操作，讨论各步骤的注意事项及原因，以讨论加操作的方式进行学习。 三、实施项目任务 1. 实训内容 ①通过现场讲解，学习机器人的基本安全知识，为后续安全操作做基础； ②认识机器人控制柜，了解其主要结构及控制按钮的功能； ③认识示教器的基本操作方法。 2. 实训步骤
（1）工业机器人安全知识 a、记得关闭总电源 在进行机器人的安装、维修、保养时切记要将总电源关闭。带电作业可能会产生致命性后果。如果不慎遭高压电击，可能会导致心跳停止、烧伤或其他严重伤害。 在得到停电通知时，要预先关断机器人的主电源及气源。 突然停电后，要在来电之前预先关闭机器人的主电源开关，并及时取下夹具上的工件。 b、与机器人保持足够安全距离 在调试与运行机器人时，它可能会执行一些意外的或不规范的运动。并且，所有的运动都会产生很大的力量，从而严重伤害个人或损坏机器人工作范围内的任何设备，所以时刻警惕与机器人保持足够的安全距离。 c、静电放电危险 搬运部件或部件容器时，未接地的人员可能会传递大量的静电荷。这一放电过程可能会损坏敏感的电子设备。所以在有此标识的情况下，要做好静电放电防护。 d、紧急停止 紧急停止优先于任何其它机器人控制操作，它会断开机器人电动机的驱动电源，停止所有运转部件，并切断由机器人系统控制且存在潜在危险的功能部件的电源。 出现下列情况时请立即按下任意紧急停止按钮： 机器人运行时，工作区域内有工作人员。 机器人伤害了工作人员或损伤了机器设备。 e、灭火 发生火灾时，在确保全体人员安全撤离后再进行灭火，应先处理受伤人员。当电气设备（例如机器人或控制器）起火时，使用二氧化碳灭火器，切勿使用水或泡沫。 f、工作中的安全 注意夹具并确保夹好工件。如果夹具打开，工件会脱落并导致人员伤害或设备损坏。夹具非常有力，如果不按照正确方法操作，也会导致人员伤害。机器人停机时，夹具上不应置物，必须空机。 g、示教器的安全 示教器的使用和存放应避免被人踩踏电缆。 小心操作。不要摔打、拋掷或重击，这样会导致破损或故障。在不使用该设备时，
学校：学院：专业班级：姓名：学号：
工业机器人的发展与应用 随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化，工业机器人已成为一种高新技术产业，为工业自动化发挥了巨大作用，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。文章介绍了工业机器人的国内国外的发展状况和应用趋势，以及带来的经济效益。 一、工业机器人的介绍 工业机器人是机器人的一种，它由操作机．控制器．伺服驱动系统和检测传感器装置构成，是一种仿人操作自动控制，可重复编程，能在三难空间完成各种作业的机电一体化的自动化生产设备，特别适合于多品种，变批量柔性生产。它对稳定和提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件的快速更新换代起着十分重要作用。 二、工业机器人带来的效益 广泛的应用工业机器人，可以逐步改善劳动条件，更强与可控的生产能力，加快产品更新换代。提高生产效率和保证产品质量，消除枯燥无味的工作，节约劳动力，提供更安全的工作环境，降低工人的劳动强度，减少劳动风险，提高机床，减少工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存，提高企业竞争力。 三、工业机器人的发展 随着科技的不断进步，工业机器人的发展过程可分为三代，第—代，为示教再现型机器人，它主要由机器手控制器和示教盒组成，可按预先引导动作记录下信息重复再现执行，当前工业中应用最多。第二代为感觉型机器人，如有力觉触觉和视觉等，它具有对某些外界信息进行反馈调整的能力，目前已进入应用阶段。第三代为智能型机器人它具有感知和理解外部环境的能力，在工作环境改变的情况下，也能够成功地完成任务，它尚处于实验研究阶段。第一、国外工业机器人的的发展 美国是机器人的诞生地，早在1961年，美国的ConsolidedControlCorp和AMF公司联合研制了第一台实用的示教再现机器人。经过40多年的发展，美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先进，适应性也很强。 日本在1967年从美国引进第一台机器人，1976年以后，随着微电子的快速发展和市场需求急剧增加，日本当时劳动力显著不足，工业机器人在企业里受到了“救世主”般的欢迎，使其日本工业机器人得到快速发展，现在无论机器人的数量还是机器人的密度都位居世界第一，素有“机器人王国”之称。德国引进机器人的时间比英国和瑞典大约晚了五六年，但战
工业机器人在汽车制造业中的应用 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的重要的现代制造业自动化装备。 目前，国际上的工业机器人公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奥地利的IGM公司。工业机器人已成为柔性制造系统（FMS）、工厂自动化（FA）、计算机集成制造系统（CIMS）的自动工具。 我国工业机器人是从20世纪80年代开始起步，经过二十年余年的努力，已经形成了一些具有竞争力的工业机器人研究机构和企业。先后研发出弧焊、点焊、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。近几年，我国工业机器人及含工业机器人的自动化生产线相关产品的年产销额已突破十亿元。目前国内市场年需求量在3000台左右，年销售额在20亿元以上。统计数据显示，中国市场上工业机器人总共拥有量近万台，占全球总量的0.56%，其中完全国产工业机器人（行业内规模比较大的前三家工业机器人企业）行业集中度占30%左右，其余都是从日本、美国、瑞典、德国、意大利等20多个国家引进的。国产工业机器人目前主要以国内市场应用为主，年出口量为100台左右，年出口额为0.2亿以上。 工业机器人50%以上用在汽车领域，当前，工业机器人的应用领域主要有弧焊、点焊、装配、搬运、喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业。目前，国际上工业机器人技术在制造业应用范围越来越广阔，现已从传统制造业推广到其他制造业，进而推广到诸如采矿、建筑、农业、灾难救援等各种非制造行业。但汽车工业仍是工业机器人的主要应用领域。据了解，美国60%的工业机器人用于汽车生产；全世界用于汽车工业的工业机器人已经达到总用量的37%，用于汽车零部件的工业机器人约占24%。 在我国，工业机器人的最初应用是在汽车和工程机械行业，主要用于汽车及工程机械的喷涂及焊接。目前，由于机器人技术以及研发的落后，工业机器人还主要应用在制造业，非制造业使用的较少。据统计，近几年国内厂家所生产的工业机器人有超过一半是提供给汽车行业。可见，汽车工业的发展是近几年我国工业机器人增长的原动力之一。 焊接机器人在汽车制造业中发挥着不可替代的作用，焊接机器人是在工业机器人基础上发展起来的先进焊接设备，是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人，主要用于工业自动化领域，其广泛应用于汽车及其零部件制造、摩托车、工程机械等行业，在汽车生产的冲压、焊装、涂装、总装四大生产工艺过程都有广泛应用，其中应用最多的以弧焊、点焊为主。 目前，焊接工业机器人在一汽、上汽、沈阳中顺、金杯通用、重庆长安、湖南长丰等整车制造企业广泛应用，据统计每辆汽车车身上，大约有3000～4000个电阻点焊焊点，电阻点焊技术的应用实现了汽车车身制造的量产化与自动化。 多年来，我国汽车零部件生产一直是手工焊、专机焊占据焊接生产的主导地位，劳动强度大，作业环境恶劣，焊接质量不易保证，而且生产的柔性也很差，无法适应现代汽车生产的需要。近年来由于焊接机器人的大量应用，提高了零部件生产的自动化水平及生产效率，同时使生产更具有柔性，焊接质量也得到了保证。近年来，焊接机器人在大连华克、上海华克、上海龙马神、南京新迪、长春
工业机器人技术的应用及未来发展 摘要:结合工业机器人的研究经验与相关文献，对工业机器人的含义、发展原因、组成结构及技术特点等方面展开探讨，阐述了工业机器人技术的应用与未来发展趋势，为进一步促进工业机器人技术应用领域的深层次发展奠定基础。[1] 关键词:工业机器人;机器人技术;应用发展 The application and future development of industrial robot technology Abstract:Combing with the research experience and related literature，the meaning，development reason，composinstructure and technical features of industrial robot were discussed，the application and future development of industrirobot were expounded，which laid a foundation for promoting the deep development in industrial robot technology-appliefield. Key words:Industrial robot;Robot technology;Application development 工业机器人的设计与制造是一个非常复杂的过程,涉及的技术与领域很多,如机电、电气、计算机、工业设计等,其是多种先进技术的有机结合体,因此工业机器人的发展离不开所涉及的各项技术的支持。为了更好地满足人们对使用功能的要求,工业机器人不断地向标准化和网络化发展,以下对工业机器人的技术发展与应用进行浅析。[2] 1机器人的含义及发展原因 机器人就是一种自动化机器，而控制器就是机器人的核心部分，即机器人的“大脑”。机器人的“大脑”不仅具有感知、运作、规划、协同等诸多功能，还可以通过控制机器人的“大脑”定向模拟人类的某些行为与思想。近些年，机器人实现了飞速发展且具有良好的发展前景，主要原因是机器人可以完成许多人们无法完成、不愿意做的工作，特别是在一些恶劣的、危险的、特殊的、极限的工作环境中，都可以指派机器人完成施工作业，使人们远离危险作业环境。[3]在太空、海洋等领域，人类无法在其中工作，由机器人进行探索恰恰能实现预期目标，这也是现今大力发展工业机器人的重要理由。 2工业机器人的国内外发展史 2.1国内发展史 受核心技术的限制,我国在工业机器人领域起步较晚,直到20世纪70年代才有企业和高校开始进行工业机器人的研发,截止到目前,已经开展了近40年的研究,并取得了一定的成果。在早期的研究中,主要是解决国产化的问题,因为缺乏先进的技术和经验,导致在研发过程中出现各种各样的问题,致使进度相对缓慢,随着我国对工业机器人重视程度的提升,并将其列入国家计划当中,工业机器人的发展速度明显提升,尤其是在数个五年计划中均给予工业机器人足够的支持,为其发展提供了良好的契机。[4]近些年来,随着科技的发展和社会的进步,工业机器人被广泛应用于工业生产中,并为企业带来高额的利润,其需求量也在不断扩
《工业机器人操作与编程》课程标准 1.课程性质和任务 《工业机器人操作与编程》是工业机器人技术专业必修的职业核心课程，工业机器人自动化生产线成套设备已经成为自动化装备的主流和未来发展方向，工业机器人的操作是一门实用的技术性专业课程，也是一门实践性较强的综合性课程，在工业机器人专业课程体系中占有重要地位，令学生能全面把握工业机器人应用的安装、配置与调试方法。本课程主要通过分析工业机器人的工作原理，通过涂胶、搬运、喷漆等常用工艺的实践，使学生了解各种工业机器人的应用，熟练掌握工业机器人的操作方法，锻炼学生的团队协作能力和创新意识，提高学生分析问题和解决实际问题的能力，提高学生的综合素质，增强适应职业变化的能力。 2.学习领域描述 国际先进国家在汽车、电子电器、工程机械等行业大量采用了工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，这就需要大量的具备工业机器人基本操作、在线示教、离线编程技能的，对机器人搬运、涂胶、喷漆、码垛等工艺具有足够的了解，能够控制机器人完成上述任务的操作技能型人才 3.先修课程和后续课程 先修课程：《工业机器人技术基础》、《机械制图与CAD》、《机械设计》 后续课程：《工业机器人拆装与维护》、《工业机器人离线编程》、《工业机器人操作与编程》 4.课程目标 掌握工业机器人的编程和操作方法，了解工业机器人常用工艺，通过这门课的学习，使学生对机器人有一个全面、深入的认识，培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力，并相应的掌握一些实用工业机器人控制及规划和编程方法。 学习完本课程后，学生应当能具备从事工业机器人企业生产第一线的生产与管理等相关工作的基础知识和能力储备，包括： （1）掌握用示教器操作工业机器人运动的方法 （2）能新建、编辑和加载工业机器人程序 （3）能够编写工业机器人搬运动作的运动程序 （4）能够编写工业机器人涂胶运动的运动程序 （5）能够编写工业机器人喷涂运动的运动程序 （6）能够编写工业机器人上下料运动程序 （7）能够编写工业机器人码垛运动程序
工业机器人原理及应用实例工业机器人概念 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。” 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。 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
机器人技术的发展与在制造业中的应用 摘要: 介绍了机器人技术的发展现状、趋势和应用领域; 提出了在智能机器人方面, 首先应开发人机交互的智能机器人; 指出了在今后30 年内, 需要解决好机器人驱动器、蓄电池和信息处理等方面存在的问题。 关键词: 机器人技术; 柔性制造; 智能机器人; 人机交互系统
1 当代机器人技术的发展现状与趋势 自从20 世纪60 年代初世界第一台机器人在美国问世以后, 机器人便表现出很大的生命力。机器人首先被用于工业生产, 近半个世纪来机器人技术发展非常迅速, 工业机器人已在工业生产中得到了广泛 的应用。机器人技术是一种综合了计算机、控制论、机构学、信息传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术, 是当代研究十分活跃且应用日益广泛的领域。机器人应用情况, 是一个国家工业自动化水平的重要标志。工业机器人是一种对生产条件和生产环境适应性和灵活性很强的柔性自动化设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定提高产品品质、提高生产效率和改善劳动条件起着十分重要的作用。由于机器人是一种能适应产品迅速更新换代的柔性自动化设备, 所以它的应用大大缩短了新产品的换产周期, 从而提高了产品的市场竞争力。 目前全世界已拥有100 多万台工业机器人。在当代工业技术革命中, 工业生产日益趋向柔性自动化方向发展, 工业机器人技术已成为现 代工业技术革命中的一个重要组成部分。许多国家都已将机器人技术列入高技术发展计划。工业机器人技术的发展必将对社会经济和生力的发展产生更加深远的影响。 进人20 世纪80 年代后, 我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。七五期间,国家投入资金, 对工业机器人及其零部件进行攻关, 完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发, 研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划( 863
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