工業(yè)機(jī)器人技術(shù)原理

　　機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素。工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的主要任務(wù)就是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等。具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機(jī)交互界面、在線操作提示和使用方便等特點(diǎn)。

　　關(guān)鍵技術(shù)包括：

　?。?）開放性模塊化的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)：采用分布式CPU計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，分為機(jī)器人控制器（RC），運(yùn)動(dòng)控制器（MC），光電隔離I/O控制板、傳感器處理板和編程示教盒等。機(jī)器人控制器（RC）和編程示教盒通過串口/CAN總線進(jìn)行通訊。機(jī)器人控制器（RC）的主計(jì)算機(jī)完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、插補(bǔ)和位置伺服以及主控邏輯、數(shù)字I/O、傳感器處理等功能，而編程示教盒完成信息的顯示和按鍵的輸入。

　?。?）模塊化層次化的控制器軟件系統(tǒng)：軟件系統(tǒng)建立在基于開源的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)Linux上，采用分層和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的開放性。整個(gè)控制器軟件系統(tǒng)分為三個(gè)層次：硬件驅(qū)動(dòng)層、核心層和應(yīng)用層。三個(gè)層次分別面對不同的功能需求，對應(yīng)不同層次的開發(fā)，系統(tǒng)中各個(gè)層次內(nèi)部由若干個(gè)功能相對對立的模塊組成，這些功能模塊相互協(xié)作共同實(shí)現(xiàn)該層次所提供的功能。

　　（3）機(jī)器人的故障診斷與安全維護(hù)技術(shù)：通過各種信息，對機(jī)器人故障進(jìn)行診斷，并進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)，是保證機(jī)器人安全性的關(guān)鍵技術(shù)。

　?。?）網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器技術(shù)：當(dāng)前機(jī)器人的應(yīng)用工程由單臺(tái)機(jī)器人工作站向機(jī)器人生產(chǎn)線發(fā)展，機(jī)器人控制器的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得越來越重要?？刂破魃暇哂写?、現(xiàn)場總線及以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)功能?？捎糜跈C(jī)器人控制器之間和機(jī)器人控制器同上位機(jī)的通訊，便于對機(jī)器人生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控、診斷和管理。

　　工業(yè)機(jī)器人技術(shù)十大應(yīng)用

　　1、汽車制造業(yè)

　　在中國，50％的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于汽車制造業(yè)，其中50％以上為焊接機(jī)器人；在發(fā)達(dá)國家，汽車工業(yè)機(jī)器人占機(jī)器人總保有量的53％以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界各大汽車制造廠，年產(chǎn)每萬輛汽車所擁有的機(jī)器人數(shù)量為10臺(tái)以上。隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展和日臻完善，工業(yè)機(jī)器人必將對汽車制造業(yè)的發(fā)展起到極大的促進(jìn)作用。而中國正由制造大國向制造強(qiáng)國邁進(jìn)，需要提升加工手段，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加企業(yè)競爭力，這一切都預(yù)示機(jī)器人的發(fā)展前景巨大。

　　案例：在未引入機(jī)器人以前的中國重型汽車集團(tuán)有限公司，一個(gè)工人只能照看兩臺(tái)機(jī)床，引入工業(yè)機(jī)器人后，一臺(tái)機(jī)器人可以自動(dòng)操控5－10個(gè)加工中心。從2005年到2011年，中國重汽卡車年產(chǎn)量從4萬多輛增至15萬輛，而固定職工只增加了10％左右，協(xié)議派遣工增幅也比較有限，產(chǎn)量的提升很大程度上歸功于機(jī)器人的引入。

　　此外，2008年，中國重汽在建設(shè)新車間時(shí)引入了工業(yè)機(jī)器人，建成了全自動(dòng)沖壓機(jī)，由機(jī)械手臂將鋼板送入沖壓機(jī)，既穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，又代替了人工，避免了工傷事故的發(fā)生。

　　2、電子電氣行業(yè)

　　電子類的IC、貼片元器件，工業(yè)機(jī)器人在這些領(lǐng)域的應(yīng)用均較普遍。目前世界工業(yè)界裝機(jī)最多的工業(yè)機(jī)器人是SCARA型四軸機(jī)器人。第二位的是串聯(lián)關(guān)節(jié)型垂直6軸機(jī)器人。羅百輝指出，超過全球工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)量一半的這兩種工業(yè)機(jī)器人是我們關(guān)注的重點(diǎn)。

　　在手機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域，視覺機(jī)器人，例如分揀裝箱、撕膜系統(tǒng)、激光塑料焊接、高速四軸碼垛機(jī)器人等適用于觸摸屏檢測、擦洗、貼膜等一系列流程的自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用。

　　專區(qū)內(nèi)機(jī)器人均由國內(nèi)生產(chǎn)商根據(jù)電子生產(chǎn)行業(yè)需求所特制，小型化、簡單化的特性實(shí)現(xiàn)了電子組裝高精度、高效的生產(chǎn)，滿足了電子組裝加工設(shè)備日益精細(xì)化的需求，而自動(dòng)化加工更是大大提升生產(chǎn)效益。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，產(chǎn)品通過機(jī)器人拋光，成品率可從87％提高到93％，因此無論“機(jī)器手臂”還是更高端的機(jī)器人，投入使用后都會(huì)使生產(chǎn)效率大幅提高。

　　3、橡膠及塑料工業(yè)

　　塑料工業(yè)的合作緊密而且專業(yè)化程度高：塑料的生產(chǎn)、加工和機(jī)械制造緊密相連。即使在將來，這一行業(yè)也將是一重要的經(jīng)濟(jì)部門并確保眾多的工作崗位。因?yàn)樗芰蠋缀鯚o處不在：從汽車和電子工業(yè)到消費(fèi)品和食品工業(yè)。機(jī)械制造作為聯(lián)系生產(chǎn)和加工的工藝技術(shù)在此發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。原材料通過注塑機(jī)和工具被加工成用于精加工的創(chuàng)新型精細(xì)耐用的成品或半成品—通過采用自動(dòng)化解決方案，生產(chǎn)工藝更高效、經(jīng)濟(jì)可靠。

　　要躋身塑料工業(yè)需符合極為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。這對機(jī)器人來說當(dāng)然毫無問題。它不僅最佳適用于在凈室環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)下生產(chǎn)工具，而且也可在注塑機(jī)旁完成高強(qiáng)度作業(yè)。即使在高標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)環(huán)境下，它也將可靠地提高各種工藝的經(jīng)濟(jì)效益。因?yàn)闄C(jī)器人掌握了一系列操作、拾放和精加工作業(yè)。

　　以其多面手的特質(zhì)，機(jī)器人的作業(yè)快速、高效、靈活。它結(jié)實(shí)耐用，能承受最重的載荷。由此可以最佳地滿足日益增長的質(zhì)量和生產(chǎn)效率的要求并確保企業(yè)在今后的市場競爭中具有決定性的競爭優(yōu)勢。

　　4、鑄造行業(yè)

　　在極端的工作環(huán)境下進(jìn)行多班作業(yè)—鑄造域的作業(yè)使工人和機(jī)器遭受沉重負(fù)擔(dān)。制造強(qiáng)勁的專門適用于極重載荷的庫卡鑄造機(jī)器人的另一個(gè)原因：高污染、高溫或外部環(huán)境惡劣的領(lǐng)域。操作簡便的控制系統(tǒng)和專用的軟件包使機(jī)器人的應(yīng)用十分靈活—無論是直接用于注塑機(jī)、還是用于連接兩道工序，或是用于運(yùn)輸極為沉重的工件。因其具有最佳的定位性能、很高的承載力以及可以安全可靠地進(jìn)行高強(qiáng)度作業(yè)等優(yōu)勢等。

　　機(jī)器人以其模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、靈活的控制系統(tǒng)、專用的應(yīng)用軟件能夠滿足鑄造行業(yè)整個(gè)自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域的最高要求。它不僅防水，而且耐臟、抗熱。

　　它甚至可以直接在注塑機(jī)旁、內(nèi)部和上方用于取出工件。此外它還可以可靠地將工藝單元和生產(chǎn)單元連接起來。另外在去毛邊、磨削或鉆孔等精加工作業(yè)以及進(jìn)行質(zhì)量檢測方面，機(jī)器人表現(xiàn)非凡。

　　5、食品行業(yè)

　　機(jī)器人的運(yùn)用范圍越來越廣泛，即使在很多的傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域中人們也在努力使機(jī)器人代替人類工作，在食品工業(yè)中的情況也是如此。目前人們已經(jīng)開發(fā)出的食品工業(yè)機(jī)器人有包裝罐頭機(jī)器人，自動(dòng)午餐機(jī)器人和切割牛肉機(jī)器人等。

　　從想象機(jī)器人的角度來看，切割牛的前半身這個(gè)問題不是一個(gè)簡樸的問題，要考慮的細(xì)節(jié)特別的復(fù)雜，因?yàn)閺呐５纳眢w結(jié)構(gòu)來看，每頭牛的肢體雖然大致一樣，但還是有很多不相同的地方。機(jī)器人系統(tǒng)必須要選擇對每頭牛的最佳切割方法，最大限度的減少牛肉的浪費(fèi)。實(shí)際上，要使機(jī)器人系統(tǒng)能純熟的模擬一個(gè)純熟屠宰工人的動(dòng)作，最終的解決方法將是把傳感器技術(shù)，人工智能和機(jī)器人制造等多項(xiàng)高技術(shù)集成起來，使機(jī)器人系統(tǒng)能自動(dòng)順應(yīng)產(chǎn)品加工中的各種變化。

　　切割牛肉的機(jī)器人將要加工的牛的肢體與數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的以前的牛的肢體的切割信息進(jìn)行比較來加工每一頭牛，這樣就可以順著每刀切割所定的初始路線方向來確定刀的起點(diǎn)和終點(diǎn)，然后用機(jī)器人驅(qū)動(dòng)刀切入牛的身體里面。傳感器系統(tǒng)監(jiān)視切割是所用力量的大小，來確定刀是否是在切割骨頭，同時(shí)把信息反饋給機(jī)器人控制系統(tǒng)，以控制刀片只順著骨頭的輪廓移動(dòng)，從而避免損壞刀片。

　　6、化工行業(yè)

　　化工行業(yè)是工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。目前應(yīng)用于化工行業(yè)的主要潔凈機(jī)器人及其自動(dòng)化設(shè)備有大氣機(jī)械手、真空機(jī)械手、潔凈鍍膜機(jī)械手、潔凈AGV、RGV及潔凈物流自動(dòng)傳輸系統(tǒng)等。很多現(xiàn)代化工業(yè)品生產(chǎn)要求精密化、微型化、高純度、高質(zhì)量和高可靠性，在產(chǎn)品的生產(chǎn)中要求有一個(gè)潔凈的環(huán)境，潔凈度的高低直接影響產(chǎn)品的合格率，潔凈技術(shù)就是按照產(chǎn)品生產(chǎn)對潔凈生產(chǎn)環(huán)境的污染物的控制要求、控制方法以及控制設(shè)施的日益嚴(yán)格而不斷發(fā)展。因此，在化工領(lǐng)域，隨著未來更多的化工生產(chǎn)場合對于環(huán)境清潔度的要求越來越高，潔凈機(jī)器人將會(huì)得到進(jìn)一步的利用，因此其具有廣闊的市場空間。

　　合成橡膠自動(dòng)化碼垛裝箱機(jī)器人在齊魯石化橡膠廠投用。長期以來，該廠采用人工碼垛方式，不僅耗費(fèi)大量人力，而且員工勞動(dòng)強(qiáng)度大。這一機(jī)器人裝箱設(shè)備每小時(shí)可完成600塊合成橡膠的裝箱任務(wù)，最高紀(jì)錄是3分鐘裝滿一箱。它可完成多種型號(hào)的國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的作業(yè)，每年可節(jié)省人工成本48萬元并實(shí)現(xiàn)集裝箱系統(tǒng)的重復(fù)使用，減少公用工程建設(shè)以及包裝袋塑料降解的費(fèi)用。

　　7、玻璃行業(yè)

　　無論是空心玻璃、平面玻璃、管狀玻璃，還是玻璃纖維—現(xiàn)代化、含礦物的高科技材料是電子和通訊、化學(xué)、醫(yī)藥和化妝品工業(yè)中非常重要的組成部分。而且如今它對于建筑工業(yè)和其他工業(yè)分支來說也是不可或缺的。特別是對于潔凈度要求非常高的玻璃，工業(yè)機(jī)器人是最好的選擇。

　　潔凈玻璃搬運(yùn)系統(tǒng)。雙手協(xié)調(diào)潔凈搬運(yùn)機(jī)械手，工作環(huán)境潔凈度10000級。該機(jī)械手包含X1、X2、Z1、Z2和R五自由度，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有高速度、快速響應(yīng)、重復(fù)定位精度高的特點(diǎn)。

　　在X方向上X1軸、X2軸共用一對導(dǎo)軌，做交替協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，其中Z1軸末端帶有旋轉(zhuǎn)軸R。機(jī)械手末端帶有端拾器，用于取放工件。RB35J可用在玻璃制造、平板顯示（FPD）等行業(yè)需兩個(gè)機(jī)械手輪流交替進(jìn)行搬運(yùn)、碼垛的場合。

　　8、家用電器行業(yè)

　　白色家電的大型設(shè)備領(lǐng)域?qū)?jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)率的要求也越來越高。降低工藝成本，提高生產(chǎn)效率成為重中之重，自動(dòng)化解決方案可以優(yōu)化家用電器的生產(chǎn)。無論是批量生產(chǎn)洗衣機(jī)滾筒或是給浴缸上釉—使用機(jī)器人可以更經(jīng)濟(jì)有效地完成生產(chǎn)、加工、搬運(yùn)、測量和檢驗(yàn)工作。它可以連續(xù)可靠地完成生產(chǎn)任務(wù)，無需經(jīng)常將沉重的部件中轉(zhuǎn)。由此可以確保生產(chǎn)流水線的物料流通順暢—而且始終保持恒定高質(zhì)量。

　　原因是多方面的：因其具有最高的生產(chǎn)率、重復(fù)性的高精確度、很高的可靠性以及光學(xué)和觸覺性能，機(jī)器人幾乎可以運(yùn)用到家用電器生產(chǎn)工藝流程的所有方面。

　　9、冶金行業(yè)

　　無論是輕金屬、彩色金屬、貴金屬、特殊金屬，還是鋼—金屬工業(yè)離不開鑄造廠和鋼／金屬加工。而且如果沒有自動(dòng)化和多班作業(yè)，就無法確保生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和競爭力并減輕員工繁重的工作。

　　工業(yè)機(jī)器人在冶金行業(yè)的主要工作范圍包括鉆孔、銑削或切割以及折彎和沖壓等加工過程。此外它還可以縮短焊接、安裝、裝卸料過程的工作周期并提高生產(chǎn)率。

　　即使在鑄造領(lǐng)域，配備了專用的鑄造裝備的庫卡機(jī)器人也顯示了其非凡的實(shí)力，它具有使用壽命長、耐高溫、防水和防灰塵等優(yōu)勢。此外庫卡機(jī)器人還可以獨(dú)立完成表面檢測等檢測工作，從而為高效的質(zhì)量管理做出了重要貢獻(xiàn)。

　　10、煙草行業(yè)

　　工業(yè)機(jī)器人在我國煙草行業(yè)的應(yīng)用出現(xiàn)在90年代中期，玉溪卷煙廠采用工業(yè)機(jī)器人對其卷煙成品進(jìn)行碼垛作業(yè)，用ＡＧＶ（自行走小車）搬運(yùn)成品托盤，節(jié)省了大量人力，減少了煙箱破損，提高了自動(dòng)化水平。

　　工業(yè)機(jī)器人在煙草行業(yè)的應(yīng)用我國煙草行業(yè)多年來不斷加強(qiáng)技術(shù)改造，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，重點(diǎn)卷煙企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備已達(dá)到國際90年代初期水平。

　　但是，先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備必須配備與之相應(yīng)的管理方法和后勤保障系統(tǒng)，才能真正發(fā)揮設(shè)備的高效益，如卷煙原、輔料的配送，就需要先進(jìn)的自動(dòng)化物流系統(tǒng)來完成，傳統(tǒng)的人工管理，人工搬運(yùn)極易出錯(cuò)，又不準(zhǔn)時(shí)，已不能適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要。精準(zhǔn)的工業(yè)機(jī)器人被應(yīng)用于這個(gè)領(lǐng)域。