1、工业机器人结课论文 机械与#学院工业机器人结课论文（2013-2014学年第一学期） 论文题目：认识工业机器人姓名： 陈koujin学号： *班级： 机械电子工程18班指导老师：mayuanla老师时间：2013年01月28日成绩： 摘要 近年来，高速发展的经济和工业技术，为我国工业机器人的发展提供了良好的条件，工业机器人也越来越受到重视，工业机器人的运用带来了客观的经济效益，国家经济的快速稳定发展离不开工业化，离不开更加先进的工业机器人的运用。论文主要介绍了工业机器人的应用、发展和工业机器人的简单知识，力争对工业机器人有初步的正确的认识。关键词： 工业技术 ，工业化 ，工业机器人Abstra
2、ct In recent years，the high speed development of economy and industrial technology，for the development of our country industrial robot to provide a good conditions.industrial robot had taken more and more attention.the use of industrial robot have produced the objective economic benefits. The countr
3、ys economic rapid and steady development cannot leave the industrialization,it also can not to leave the use of more advanced industrial robot.This paper introduce the use of industrial robot、the develop of industrial robot and simple knowledge about industrial robot，word hard for making right simpl
4、e recognize about industrial robot.Key words: technology industrialization industrial robot绪论机器人英文名称“Robot”，由最早的意义是像奴隶那样进行劳动的机器。受到各种影视宣传和科幻小说的影响，我们对机器人的印象很多是外貌和人相似的机器和电子装备。但现实机器人并非如此，尤其这次要说的工业机器人，它与人的外貌没有丝毫相似之处，在公寓应用场合经常被称为“机械手”。随着时代的发展机器人的定义发生变化，但工业机器人的定义已经基本确定，根据国家标准，工业机器人是“其操作机是自动控制的，可以重复编程的多用途的，
5、并且可对3个以上轴进行编程。可以是固定式或者移动式”，其中操作机定义是“一种机器，其结构通常由一系列互相铰接或者相对滑动的构件所组成，一般有几个自由度，可以用以抓取或移动物体”。所以工业机器人可以认为是一种拟人手腕、手臂和手功能的机械电子装置，可以把任一物体或者工具按要求进行空间位置的转移，完成工业作业要求。如对汽车进行点焊或弧焊，夹持焊枪，给压铸机或成型机上下料，装配机械零部件，甚至喷漆作业等等。 机器人自20世纪60年代问世以来，经过40多年发展，现在以广泛应用于各个领域，成为航空航天、深海探密，制造业生产自动化的主要机电一体化设备。一： 工业机器人的应用和发展1.1工业机器人的应用机器人
6、最早应用于汽车制造公业，用于焊接、喷漆、上下料和搬运。它可以代替人从事危险、有毒、有害、低温和高热等恶劣环境的工作；代替人完成单调、繁重的重复劳动，提高了劳动生存率，保证了产品质量。例如在压铸车间及核工业等领域作业对人体健康有害或危及生命不适宜人进行作业、火山探险、深海探险、极地探索及空间探索等领域对人类来说力所不能的特殊作业场所、自动化生产领域（单调重复）、农业生产、军事应用。所有这些我们都可以看出机器人的应用有：减少劳动力费用、提高生存率、增加制作过程柔性、改进产品质量、减少材料浪费、降低生产成本、控制和加快库存周转、消除危险和恶劣的劳动岗位等各种好处。1.2工业机器人的发展1954年，美
7、国人George C. Devol 在他申请的专利“Programmed article transfer”中，首次提成“示教再现机器人的概念”。1958年，“工业机器人之父”Joseph F. Engel Berger 创建了世界上第一个机器人公司，并参加设计了第一台Unimate机器人。1970年在伊利诺斯工学院召开了全美第一届工业机器人会议，此时的美国已经有200余台工业机器人工作在自动化生产线上了。日本机器人的发展则经过了20世纪60年代的摇篮曲、70年代的实用化时期、80年代的普及、提高期三个阶段。1967年，日本东京机械贸易公司首次从美国AMF公司引进了Versatran机器人。1
8、968年，日本川琦重公业公司又从美国Unimation 公司引进Unimation 机器人，1970年实现了国产化。从此日本进入了开发和运用机器人技术的时期。几年后，美国反而要从日本进口机器人。1983年，美国从日本进口的机器人达到进口机器人的78%.日本的工业机器人制造技术现在依然处于领先水平，日本的专业和业余机器人爱好者的比例也为世界之首。我国工业机器人起步于20世纪70年代初期，经过20多年的发展，大致可以分为三个阶段：70年代的萌芽期、80年代的开发期、90年代的适用化期。目前，我国研制的工业机器人已经达到工业运用水平，国家也对工业机器人的发展很重视，越来越多的企业和科研人员投入到机器
9、人的开发和研究中。随着人工智能技术、计算机技术及先进制造业技术的飞速发展，机器人在技术层次和功能上也有了很大的提高，移动机器人（水下游泳机器人、飞行机器人）和机器人的视觉和触觉等就是先进技术的代表。当前，与信息技术的融合和交互产生了“软件机器人”“网络机器人”，这些充分说明了机器人技术始终代表最流行最前沿的技术。二： 工业机器人的基本组成及技术参数2.1 工业机器人的基本组成工业机器人由六个子系统三大部分组成。三大部分是：传感部分、控制部分、机械部分。六个子系统是：机械结构系统、感受系统、驱动系统、机器人-环境交互系统、控制系统、人机交互系统，如图1.21所示。六个子系统的作用分述如下： 图1
10、.21 机器人系统组成（1）机械结构系统工业机器人的机械结构系统由手臂、手腕、末端操作器、机身四大件组成，每一大件都有若干自由度，构成了一个多自由度的机械系统。手臂一般由手腕、上臂、下臂组成。末端操作器是直接装在手腕上的重要部件，可以是二手指或多手指的手爪，也可以是喷漆枪、焊具等作业工具。（2）感受系统感受系统由内部传感器和外部传感器组成，获取有意义的内部和外部信息。也可以运用智能传感器提高机器人的机动性、智能化的水平和适应性。人类的感受系统对感知外部世界信息极其灵敏。而对于一些特殊信息机器人的传感器比人类的感受系统更有效、更准确。（3）驱动系统使机器人运行起来需要各个关节安置传动装置，这就是
11、驱动系统。驱动系统可以是气压、液压或电动的，也可以是把它们结合一起应用的综合系统。可以是直接驱动或者通过同步带、轮系、链条、谐波齿轮等机械传动机构进行间接驱动。（4）机器人-环境交互系统机器人环境交互系统实现了工业机器人与外部环境中的设备互相联系和协调的系统。工业机器人与外部设备集成为一个功能单元。当然也可以是多台机器人、多个零件存储装置、多台机床或设备等集成一个去执行复杂任务的功能单元。（5）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功能和运动。（6）人机交互系统 人机交互系统是使操作人员参与机器人交互进行的装置，可分为两大类：
12、信息显示装置，如显示器等；指令给定装置，如示教盒、触摸屏等。2.2 工业机器人的技术参数工业机器人的技术参数是各工业机器人制造商在产品供货时所提供的技术数据，也是工业机器人性能的主要表现。工业机器人的主要技术参数一般应包括自由度、工作范围、重复定位精度、最大工作速度、承受能力等自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，不包括手爪（末端操作器）的开合自由度。从运动学的观点，在完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人叫做冗余自由度机器人。冗余自由度可以增加机器人的灵活性，躲避障碍物和改善动力性能。无论工业机器人的自由度有多少，在运动形式上分直线运动（P）和旋转运动（R），如RPRR表示有四个运
13、动自由度，从基座到臂端，关节的运动方式旋转-直线-旋转-旋转。工作范围是机器人手臂末端或者手腕中心所能到达的所有点的集合。工作范围的大小和形状是很重要的，机器人在执行作业时可能会因为作业死区（手部不能到达）而不能完成任务。工业机器人的精度是指定位精度和重复定位精度。定位精度指机器人手部实际到达位置同目标位置的差异。重复定位精度是机器人重复定位其手部于同一目标位置的能力。工业机器人的速度和加速度是衡量机器人运动特性的主要指标。承载能力指机器人在工作范围内所能承受的最大质量。承载能力既取决于负载的质量，也跟机器人运行速度和加速度的大小和方向有关。三： 工业机器人的控制3.1 工业机器人控制基础工业
14、机器人的控制技术是在传统机械系统的控制技术的基础上发展起来的，因此两者之间十分相似，但工业机器人控制系统也有许多特殊之处。其特点如下： （1）工业机器人有若干关节，典型工业机器人有五到六个关节，每个关节由一个伺服系统控制，多个关节的运动要求各个伺服系统协同工作。（2）工业机器人的工作任务是要求操作机的手部进行空间点位运动或连续轨迹运动，对工业机器人的运动控制，需要进行复杂的坐标变换运算，以及矩阵函数的逆运算。（3）工业机器人的数学模型是一个多变量、非线性和变参数的复杂模型，各变量之间还存在着耦合，因此工业机器人的控制中经常使用前馈、补偿、解耦和自适应等复杂控制技术。 （4）较高级的工业机器人要
15、求对环境条件、控制指令进行测定和分析，采用计算机建立庞大的信息库，用人工智能的方法进行控制、决策、管理和操作，按照给定的要求，自动选择最佳控制规律。 总而言之机器人控制系统是一个与运动学和动力学原理密切相关的、非线性的、耦合的多变量控制系统。3.2 工业机器人的驱动器驱动器是把从动力源获得的能量变换成机械能，从而机器人各关节工作的装置，驱动器一般有步进电机驱动器、气压驱动器、液压驱动器、直流电机驱动器、交流电机驱动器，还有一些特殊的新型驱动器。步进电机驱动器是一种将输入脉冲信号转换成相应角位移的旋转电机，能实习高精度的角度控制。步进电机驱动器可以对数字信号直接进行控制，所以能够很容易地与微型计
16、算机相连接，是位置控制中不可或缺的执行装置。步进电机无需反馈控制，电路简单，可以用微型计算机控制，停止时能保持转矩，维护简单，但工作效率低，有时出现振荡现象，容易引起失步。气压驱动器是把压缩的空气的能量转变成直线、旋转或者摆动等运动来驱动机械做功。气动驱动器结构简单、价格便宜且体积小；对使用环境无特殊要求；力和运动转换简单，维护简单，组成系统容易。液压驱动器可以把液压能转化成直线运动、旋转运动或摆动运动的机械能，从而带动机械做功的装置。直流电机驱动器。我们知道使用直流电源的电机叫做直流电机。直流电机使用简单，只要把直流电机的端连接到直流电源上就可以运转。直流电机是一种具有优良控制特性的电机。交
17、流伺服电机的最大特点就是免维护，交流伺服电机没有直流伺服电机的机械接触部分，因此可以免维护。新型驱动器随着材料科学和制造技术的发展会越来越多，这些驱动器有的已经运用于机器人，例如超声波驱动器、形状记忆金属驱动器、磁致伸缩驱动器、静电驱动器。四： 工业机器人的传感器4.1 工业机器人传感器的分类及要求工业机器人根据所完成的任务不同，一般配置的传感器类型和规格不同，一般分为外部信息传感器和内部信息传感器。外部信息传感器主要用来采集机器人和外部环境以及工作对象之间相互作用的信息；内部信息传感器主要用来采集机器人本体、手爪和关节的速度、加速度和位移。对工业机器人传感器的一般要求如下：（1）精度高、重复
18、性好。传感器的精度直接影响机器人的工作质量。机器人能否准确无误的正常工作，往往取决于传感器的测量精度。（2）抗干扰能力强。工业机器人的工作环境都很恶劣，所以应当能够承受强电磁干扰、强振动，能够在高温、高压、高污染的环境中正常工作。（3）稳定性好，可靠性高。保证机器人能够长期稳定的工作的必要条件就是传感器的稳定性和可靠性。机器人经常在无人看管的环境下代替人劳动，如果工作过程出现错误，轻则生产无法继续进行重则造成严重事故。所以稳定性和可靠性至关重要。（4）价格便宜。可降低机器人生产成本。（5）体积小、质量轻、安装方便。安装在机器人手臂等运动部件上的传感器质量要小，否则会加大运动部件的惯性，影响运动
19、性能。4.2常用工业机器人传感器机器人的接触觉，为使机器人准确完成工作，需时刻检测工业机器人与对象物体的配合关系，所以需要触觉传感器。机器人的触觉可分为接触觉、接近觉、力觉、压觉和滑觉。接触觉传感器主要判断机器人(主要指四肢)是否接触到外界物体或测量被接触物体的特征的传感器。接触觉传感器有微动开关、含碳海绵、导电橡胶、碳素纤维、气动复位式装置等类型。微动开关：由弹簧和触头构成。触头接触外界物体后离开基板，造成信号通路断开，从而测到与外界物体的接触。微动开关的优点是使用方便、结构简单，缺点是易产生机械振荡和触头易氧化。含碳海绵式：它在基板上装有海绵构成的弹性体，在海绵中按阵列布以含碳海绵。接触物
20、体受压后,含碳海绵的电阻减小,测量流经含碳海绵电流的大小，可确定受压程度。这种传感器也可用作压力觉传感器。优点是结构简单、使用方便、弹性好。缺点是碳素分布均匀性直接影响测量结果和受压后恢复能力较差。导电橡胶式：以导电橡胶为敏感元件。当触头接触外界物体受压后，压迫导电橡胶，使它的电阻发生改变，从而使流经导电橡胶的电流发生变化。这种传感器的缺点是由于导电橡胶的材料配方存在差异，出现的漂移和滞后特性也不一致，优点是具有柔性。碳素纤维式：以碳素纤维为上表层，下表层为基板，中间装以氨基甲酸酯和金属电极。接触外界物体时碳素纤维受压与电极接触导电。优点是柔性好，可装于机械手臂曲面处，但滞后较大。气动复位式：
21、它有柔性绝缘表面，受压时变形，脱离接触时则由压缩空气作为复位的动力。与外界物体接触时其内部的弹性圆泡(铍铜箔)与下部触点接触而导电。优点是柔性好、可靠性高，但需要压缩空气源。力觉传感器用于测量机器人自身或与外界相互作用而产生的力或力矩的传感器。它通常装在机器人各关节处。刚体在空间的运动可以用 6个坐标来描述，例如用表示刚体质心位置的三个直角坐标和分别绕三个直角坐标轴旋转的角度坐标来描述。可以用多种结构的弹性敏感元件来敏感机器人关节所受的 6个自由度的力或力矩，再由粘贴其上的应变片，将力或力矩的各个分量转换为相应的电信号。常用弹性敏感元件的形式有十字交叉式、三根竖立弹性梁式和八根弹性梁的横竖混合
22、结构等。压觉传感器测量接触外界物体时所受压力和压力分布的传感器。它有助于机器人对接触对象的几何形状和硬度的识别。压觉传感器的敏感元件可由各类压敏材料制成，常用的有压敏导电橡胶、由碳纤维烧结而成的丝状碳素纤维片和绳状导电橡胶的排列面等。滑觉传感器用于判断和测量机器人抓握或搬运物体时物体所产生的滑移。它实际上是一种位移传感器。按有无滑动方向检测功能可分为无方向性、单方向性和全方向性三类。单方向性传感器有滚筒光电式，被抓物体的滑移使滚筒转动，导致光敏二极管接收到透过码盘的光信号，通过滚筒的转角信号而测出物体的滑动。无方向性传感器有探针耳机式，它由蓝宝石探针、金属缓冲器、压电罗谢尔盐晶体和橡胶缓冲器组
23、成。滑动时探针产生振动，由罗谢尔盐转换为相应的电信号。缓冲器的作用是减小噪声。全方向性传感器采用表面包有绝缘材料并构成经纬分布的导电与不导电区的金属球。当传感器接触物体并产生滑动时，球发生转动，使球面上的导电与不导电区交替接触电极,从而产生通断信号,通过对通断信号的计数和判断可测出滑移的大小和方向。这种传感器的制作工艺要求较高。五： 结语 工业机器人在我国的发展的时间比较慢，这些年也在快速发展,比起发达国家我们还不够，存在着很大差距，我们应该尽我们所能去学习和努力发展，相信通过我们的努力我们跟发达国家的差距会越来越小，在某些领域超过发达国家。为我们国家乃至全球的工业做出贡献。六： 参考文献1吴振彪 主编. 工业机器人. 武汉：华中理工大学出版社， 19972徐元昌 主编. 工业机器人.北京：机械工业出版社，19993余达太 主编. 工业机器人应用技术.北京：冶金工业出版社，19994张铁 主编. 机器人学.广州：华南理工大学出版社，20015谢存禧 主编. 机器人技术及应用.北京：机械工业出版社，20066郭洪红 主编. 工业机器人技术.西安电子科技大学出版社，2006
