工業(yè)機器人系統(tǒng)的應用技術(shù)

薛興雨

摘 要：工業(yè)機器人發(fā)展的速度非常快，在現(xiàn)代工業(yè)中有著廣泛的應用范圍，該技術(shù)包括機械工程、電子控制、計算機技術(shù)、通信、傳感器、人工智能等。本文從應用的角度介紹了如何將相關的工業(yè)機器人技術(shù)應用到實際項目中。

關鍵詞：工業(yè)機器人;系統(tǒng);應用技術(shù)

引言

自1960年代美國研制出第一臺工業(yè)機器人以來，工業(yè)機器人的相關技術(shù)及配套工業(yè)產(chǎn)品進入快速發(fā)展的道路，其自動化技術(shù)日新月異。柔性制造系統(tǒng)（FMS）、智能工廠（FA）等高度集成的自動化設備層出不窮，在工業(yè)機器人中也進行了有效地運用，極大地減少了工人的工作量，提升了生產(chǎn)效率，工業(yè)機器人在搬運和焊接領域的穩(wěn)定性和重復定位精度得到了廣泛的應用。

1機器人概述

工業(yè)機器人是一種集成的機電設備，可以再現(xiàn)人類手臂的功能。工業(yè)機器人末端的末端執(zhí)行器是一種特殊的機構(gòu)，旨在模仿人手的運動。工業(yè)機器人通過內(nèi)部給定的程序、位置點和軌跡來實現(xiàn)抓取、搬運和焊接等功能。工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)分為控制部分和傳感部分，控制部分由驅(qū)動系統(tǒng)、機器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、人機交換系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成;傳感部分由人機環(huán)境交互系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)組成。

2機器人驅(qū)動系統(tǒng)

機器人驅(qū)動系統(tǒng)主要是通過不同電機通過扭矩產(chǎn)生力，對機器人進行直接或者間接驅(qū)動，為機器人提供不同的執(zhí)行動力。在進行系統(tǒng)的設計和選擇過程中，需要遵循以下的標準。

2.1控制方式

通過點位控制程序的工業(yè)機器人，主要是對材料進行上下料和沖壓工作。載荷比較大的可以使用液壓驅(qū)動系統(tǒng)，載荷居中的可以使用電機驅(qū)動系統(tǒng)，載荷比較小的可以使用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。

2.2運行環(huán)境

從事噴漆工作的工業(yè)機器人主要使用具有固爆性的交流電伺服驅(qū)動系統(tǒng)，因為噴漆的工作處于氣液兩相混合的工作環(huán)境中，必須做好防爆工作。對于水下機器人、核工業(yè)的專用機器人、太空機器人以及在腐蝕性或易燃易爆氣體、放射性環(huán)境中的使用的機器人，一般都是使用交流伺服驅(qū)動。如果需要在潔凈的環(huán)境中使用，則需要直驅(qū)電機驅(qū)動系統(tǒng)。

2.3運行速度

機器人裝配具備更高的點重復精度和更快的運行速度，通常在運行速度下，使用交流、直流或步進電機伺服驅(qū)動系統(tǒng)。對于高速和精度要求，主要使用直接驅(qū)動（DD） 電機驅(qū)動系統(tǒng)。

3機械結(jié)構(gòu)體系

機械救援系統(tǒng)主要由身體、手臂、手腕和末端執(zhí)行器組成，部分機器人在使用時配備行走裝置和外軸裝置。機器人的工作工具是手部末端的執(zhí)行器，主要進行抓取工件、拾行器、專用刀架等工作。還有比較專業(yè)性的工具，如螺釘、螺母機、噴槍、焊槍、切割頭、測量儀器。末端執(zhí)行器是工業(yè)機器人手最重要的執(zhí)行器，可分為夾持式和吸力式。

3.1夾持式

夾持式可以劃分成夾鉗式、脫鉤式和彈簧式三種。夾鉗式在工業(yè)機器人中的應用最多，通常由手指、傳動機構(gòu)、驅(qū)動單元和支架組成。手指是直接通工件接觸的部位。松開和夾緊工件都是由手指的開合進行實施的。機械手的手指數(shù)量主要由夾持的工件量來決定。傳動機構(gòu)對手指運動和力的分配進行傳輸。驅(qū)動裝置主要為機械的運動提供動力，比較常見的驅(qū)動方式有液壓、氣動、電動、機械等。

3.2吸力式

吸力式執(zhí)行器由吸盤、吸盤架、進排氣系統(tǒng)組成，廣泛用于非金屬材料或無剩磁材料的吸附。使用吸氣式執(zhí)行器，工件與吸盤接觸的部位需要保持光滑、平整、清潔。吸氣式執(zhí)行機構(gòu)的特點是對被吸附工件表面無損傷，但對被吸附工件位置的定位精度較低。

4機器人人機環(huán)境交互系統(tǒng)

機器人的人機環(huán)境交互系統(tǒng)主要是在外部環(huán)境中對工業(yè)機器人與設備之間進行有效協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。將機器人以及外部設備整合到加工和制造刺痛、焊接系統(tǒng)以及裝配系統(tǒng)等單元中。甚至可以對機器人、機床、設備以及零件存儲等工作完成比較復雜的工作。

5感覺系統(tǒng)

傳感系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器和外部傳感器組成，用于檢測運動位置和運行狀態(tài)，如位置、力、以及視覺傳感器等。傳感系統(tǒng)主要是由內(nèi)部傳感器模塊以及外部傳感器模塊構(gòu)成的，在內(nèi)部和外部環(huán)境中收集相應的信息。傳感器系統(tǒng)直接決定者機器人的靈敏性和自動性。工業(yè)機器人在進行工作的過程中，通過視覺對周圍環(huán)境進行感知，獲取對周邊環(huán)境的二維圖像，通過視覺處理器進行分析解讀，并轉(zhuǎn)化為符號，使工業(yè)機器人識別對象并確定位置。隨著科學技術(shù)的進步，雙目立體視覺、狹縫投影法、視差法等三維立體視覺解決方案如雨后春筍般涌現(xiàn)。

6人機交互系統(tǒng)

人機交互系統(tǒng)與機器人進行數(shù)據(jù)溝通，直接連接機器人的控制系統(tǒng)，設置相應的指令和信息顯示。

7控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)需要結(jié)合輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行器發(fā)送相應的指令信號，并進行執(zhí)行，一般情況下，信號傳輸線都是在機器人的內(nèi)部進行的。

結(jié)語

隨著我國信息技術(shù)以及制造技術(shù)水平的不斷提升，智能制造裝備應用的范圍也在不斷地擴大。加速對以視覺為代表的智能制造設備的工業(yè)系統(tǒng)識別系統(tǒng)，以及整條自動化生產(chǎn)線初期形成的機器人應用，是快速提高生產(chǎn)力的關鍵。

參考文獻：

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