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工业机器人应用的现状与未来

毕业论文 ziyuan 9个月前 (03-10) 297次浏览 已收录 0个评论

工业机器人应用的现状与未来

摘 要: 工业机器人从无到有直至快速发展,只用了半个 多世纪,发展了多种类、涉及多学科门类、宽应用面的机器人,在当今社会中发挥着越来越重要的作用。本文在机器人的应用现状与今后的发展方向上做了较为全面的叙述。
关键词:机器人;应用现状;未来
机器人作为机电一体化的典型代表,其技术从研究、开发到产业化的整个历史仅五十余年[1]。50 年 代初在美国有了它的原型,60 年代初即推出了最初的商品,70 年代以后,机器人和以机器人为核心的自动化设备在工业发达国家,尤其是在日本,有了广泛的应用。特别是 当机器人在汽车等制造业中得到广泛的推广应用之后,它的技术有了长足的进步。80 年代之后,人们为了让机器人技术在各行各业扩展、应用,于是有了各式各样特种机器人 的出现,如机械制造、建筑、医用、水下以及军用机器人等等,特别是在工业生产中,机器人所发挥的优势越来越明显[1]。
1 机器人应用的现状
1.1 焊接
焊接作业是机器人的主要用途之一。现在,机器人能够轻而易举且经济地完成两类性质的焊接作业,即点焊和弧焊。点焊作业要 求教会机器人一系列点,由于连接在一起的金属部件形状可能很不规则,常常需要有一只灵活的机械手腕。这只手腕使得焊接工具能准确的对准所要求的焊接点,焊枪不与部 件的其它部分接触。一般,这些机器人所夹持的焊接工具都大而重,同时还要求机械手具有很大的活动范围。
弧焊这种焊接方式也为汽车工业所广泛应用,它经常 用于焊接形状不规则的或较宽的焊缝。在这种情况下,通常选用为这一特殊的用途而专门设计的一种连续轨迹伺服控制的机器人,如果要焊的部件可以准确放置并固定,就可 以预先见复杂的三维轨迹示教给机器人,不需要外接传感器。现在许多机器人在焊接工具前方装有一只位置传感器,它能提供焊接中有关轨迹不规则的信息,有的还配备传感 器反馈装置。
1.2 喷漆
人不宜从事喷漆作业,因为可能发生火灾,雾状漆还会致癌,因此喷漆作业是机器人的特有用途。使用机器人的另一个 优点是最终形成的涂层远比人所能干出的更加均匀。它能生产出优质产品,返修率低,节省大量的漆。用于此目的的机器人通常能完成直线和连续轨迹运动。一般由最优秀的 喷气师给喷漆机器人编程,他的动作由一台或多台机器人模范出来。喷漆一般不需要外部传感器,但是待喷漆的零部件应准确地提供给机械手。
1.3 磨削
两块金属经电弧焊后,在焊缝处会出现焊珠。为了外观或满足功能需要,要进行磨削作业。这自然是机器人的一项任务,因为机械手可以使用电弧焊作业使用 过的同样程序,只需要卸下焊接工具换上旋转式砂轮。
另一项磨削任务是在金属部件上进行的,这里将铸件的正确外观尺寸,使用连续轨迹编程的方法示教给机器 人。砂轮随之磨掉任何要求之外的突出部分,对过大的铸件表面加以修饰。第三项磨削作业是打毛刺,将刚钻完的孔周围的无用材料磨掉,为了提高生产率,自动钻孔后要用 机器人完成清理任务。
1.4 涉及旋转工具的其它用途
机器人还可以用于抛光、钻孔、仿形铣、上螺母和拧螺丝。钻孔和仿形铣两种作业,如不 要求极高的精度,可采用点位或连续轨迹的预编程序。但是,在钻孔定位要求严格处需使用样板。这种加工的难点是,除非机器人的腕部有柔性,否则,无论是部件还是机器 人本身说引起的任何一点不对准,都会损坏样板或使钻孔定位不准。利用柔性腕,这个问题已经解决,它能使钻头对准样板钻孔。
1.5 零部件装卸和传送
将零部件或物体从某一位置移到工作区的另一位置,是机器人的最常见的用途之一。通常包括“码放”和“卸货”两种作业形式。其它重要的零部件装卸用途 ,都涉及拾取半成品或未完工的零部件,并将其送至机床作最后加工,这种作业对人类不安全,而对机器人则可以轻松完成。
在金属加工中,一种常见的任务是热 压加工。因为要求在加热的炉窑、冲压床、车床或手摇钻床附近工作,这样的工作有危险。而机器人能耐高温环境,程序编好了就可以防止与其它加工工具碰撞。
1.6 组装作业
人可以利用眼手的良好协调动作,再加上触觉,将一组不同的零部件组装起来制成成品或组件,但组装工作令人刚来到乏味且劳动力成品很 高,所以组装作业是机器人的一项诱人的用途。在大部分此类工作中,要将所要加工的点和操作顺序示教给机器人,通常使用的唯一的外部传感信息是零件或组件是否在工作 单元室内的特定位置。
1.7 检验零件
机器人已用于检验完工的零件或组件质量。汽车工业是以检验自动化来提高产品质量的典范。轿车车身各 个部位的尺寸精度,用含有许多可动探头的特殊检测工具来检验。每个探头移动的距离与预定值加以比较,从而确定是否正品。这个系统不仅可以提出超差的部件,还可以及 时指出潜在的问题。视觉系统已用于这种检验,但价格较高,使用尚不普遍。
2 未来机器人的应用
2.1 医用机器人
机器人 的医学应用(例如常规检查、外科手术或假肢装修术)将在多年之后实现。例如,在假肢的改进方面,必须能做 Information Technology 到依靠实时信息处理技术,使来自大 脑并经神经传导的信号与肌肉的噪声区分开,从而可靠的控制假肢。机器人外科手术和检查能力依赖于外部传感器和实时计算机处理技术。未来机器人应是有智慧的,能根据 及时的触觉信息迅速作出决定。
2.2 水下机器人
机器人的水下应用涉及到海底矿物勘探、打捞沉船、在海上或在干式船坞中修理船舶。如,利 用机器人清理船舶外侧附着的贝壳层,它能在空中或水中移动,依靠真空式脚和磁性脚吸住船的侧面,这是一项经过试验证明可靠的技术。
2.3 军用机器人
海军和空军对移动式消防机器人很感兴趣。这类机器人配备红外传感器,在紧急关头能比人更快的作出反应。机器人也可以用于战场上与其他机器人作战。近 期用途是监视(如警卫和哨兵勤务)、搜索排除地雷和炮弹装填。
已研制成功的用双协同方式工作的机器人,用于大型移动式火炮平台。大型机械手从弹药箱中搬 出数公斤重的炮弹并装填到火炮中。发射之后,有一台小型机器人把炮弹壳推出,继续重复装弹退壳的作业过程。
共监视和警卫用的机器人不限于军事用途,例如 ,发电厂、炼油厂和其他大型民用工业设施是恐怖主义者可能攻击的目标,他们是潜在的用户。供这些应用的机器人是移动式的,配有视觉系统和其他类型的传感器,甚至具 有防守攻击能力。
2.4 家用机器人
机器人一个潜在的用途应在家庭里。这样的机器人要求是小型化、移动式、配有传感器、容易编程(或较易 教会)和自律工作。
2.5 自动工厂中的机器人
机器人的未来用途是成为全自动化工厂或机加工车间的一个组成部分。今天,大部分机器人仍靠 人来编写程序,然后去完成要求的任务。但是,与数据库或 CAD/CAM 系统相连接的机器人控制器可以买到。使用这一成果可“脱线”模拟工作单元或机器人与其它机床或零件 输入机械装置。这样,合适的机器人指令就容易与工作单元内工作的其它装置设备的动作相配合。按这种方法,制造过程可以按循环时间和生产量加以优化。
参考文献
[1]周远清,张再兴,等编著.智能机器人系统[M].1 版.北京:清华大学出版社,1989.
[2]龚振邦,陈振华,钱晋武,等编著.机器人机械设计[M].1 版. 北京:电子工业出版社,1995.

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