智能制作的中心技能之工业机器人

发布时间:2022-09-25 03:41:49 | 作者:华体会棋牌

  工业机器人是面向工业范畴的多关节机械手或多自由度的机器设备,具有柔性好、主动化程度高、可编程性好、通用性强等特色。在工业范畴中,工业机器人的运用可以代替人进行单调重复的出产作业,或是在风险恶劣环境中的加工操作。世界上,工业机器人的界说首要有如下两种:

  世界标准化安排(ISO)的界说:工业机器人是一种具有主动操控的操作和移动功用,能完结各种作业的可编程操作机。

  美国机器人协会(RIA)的界说:一种可以重复编程和多功用的,用来转移资料、零件、东西的操作机;或许为了履行不同的使命而具有可改动的和可编程的动作的专门体系。

  在智能制作范畴,工业机器人作为一种集多种先进技能于一体的主动化配备,表现了现代工业技能的高效益、软硬件结合等特色,成为柔性制作体系、主动化工厂、智能工厂等现代化制作体系的重要组成部分。机器人技能的运用转变了传统的机械制作方法,进步了制作出产功率,为机械制作业的智能化开展供给了技能确保;优化了制作工艺流程,可以构建全主动智能出产线,为制作模块化作业出产供给了杰出的环境条件,满意现代制作业的出产需求和开展需求。

  机械部分包含工业机器人的机械结构体系和驱动体系。机械部分是工业机器人的根底,其结构决议了机器人的用处、功用和操控特性。

  即工业机器人的本体结构,包含基座和履行组织,有些机器人还具有行走组织,是机器人的首要承载体。机械结构体系的强度、刚度及安稳性是机器人灵敏作业和准确定位的重要确保。

  包含工业机器人动力设备和传动组织,按动力源分为液压、气动、电动和混合动力驱动,其效果是供给机器人各部位、各关节动作的原动力,使履行组织发生相应的动作。驱动体系可以与机械体系直接相连,也可经过同步带、链条、齿轮、谐波传动设备等与机械体系直接相连。

  传感部分包含工业机器人的感触体系和机器人-环境交互体系。传感部分是工业机器人的信息来历,可以获取有用的外部和内部信息来辅导机器人的操作。

  工业机器人获取外界信息的首要窗口,机器人依据安置的各种传感元件获取周围环境状况信息,对成果进行剖析处理后操控体系对履行元件下达相应的动作指令。感触体系一般由内部传感器模块和外部传感器模块组成:内部传感器模块用于检测机器人本身状况;外部传感器模块用于检测操作方针和作业环境。

  是工业机器人与外部环境中的设备进行彼此联络和协调的体系。在实践出产环境中,工业机器人一般与外部设备集成为一个功用单元。该体系协助工业机器人与外部设备树立杰出的交互途径,可以一起服务于出产需求。

  操控部分包含工业机器人的人-机交互体系和操控体系。操控部分是工业机器人的中心,决议了出产过程的加工质量和功率,便于操作人员及时准确地获取作业信息,依照加工需求对驱动体系和履行组织宣布指令信号并进行操控。

  是人与工业机器人进行信息沟通的设备,首要包含指令给定设备和信息显示设备。人-机交互技能运用于工业机器人的示教、监控、仿真、离线编程和在线操控等方面,优化了操作人员的操作体会,进步了人机交互功率。

  是依据机器人的作业指令程序以及从传感器反响回来的信号,分配工业机器人的履行组织完结规定动作的体系。操控体系可以依据是否具有信息反响特征分为闭环操控体系和开环操控体系;依据操控原理可分为程序操控体系、习惯性操控体系和人工智能操控体系;依据操控运动的方法可分为点位操控体系和接连轨道操控体系。

  整机技能是指以进步工业机器人产品的可靠性和操控功用,进步工业机器人的负载/自重比,完结工业机器人的系列化规划和批量化制作为方针的机器人技能。首要有:本体优化规划技能、机器人系列化标准化规划技能、机器人批量化出产制作技能、快速标定和差错批改技能、机器人体系软件渠道等。本体优化规划技能是其间的代表性技能。

  本体优化规划技能即对工业机器人的本体进行优化规划和功用评价的技能。在现代工业出产的一些高速、重载的运用场合下,需求确保工业机器人加工过程中的运动精度和运动平稳性,因此在工业机器人的本体结构规划开发时,有必要对其惯性参数和结构参数进行不断优化,使组织的质量、刚度得到合理的散布,工业机器人整机具有杰出的动态功用。根本流程是:首要依据出产需求规划工业机器人机械结构,运用三维软件树立本体结构模型,并进行虚拟装置,如图3所示;然后运用计算机仿真技能对机器人进行运动学和动力学仿真剖析,剖析机器人的各项功用;最终运用有限元技能等办法对结构进行优化,以完结机器人的轻量化,进步机器人的动态功用。

  在本体结构轻量化规划方面,首要表现在新资料、新工艺和结构优化理论的运用上;在本体结构模块化规划方面,首要表现在各种组织的选用和组合上。

  部件技能是指以研制高功用机器人零部件,满意工业机器人要害部件需求为方针的机器人技能。首要有:高功用伺服电机规划制作技能、高功用/高精度机器人专用减速器规划制作技能、开放式/跨渠道机器人专用操控(软件)技能、变负载高功用伺服操控技能等。高功用伺服电机规划制作技能和高功用/高精度机器人专用减速器规划制作技能是其间的代表性技能。

  伺服电机是指在伺服体系中操控机械元件作业的发动机,能将电压信号转化为转矩和转速信号以驱动操控方针,是机器人的中心零部件之一,如图4所示。伺服电机作为工业机器人的要害履行部件,是驱动工业机器人运动的首要动力体系,伺服电机的功用很大程度上决议了工业机器人全体的动力功用。工业机器人范畴中运用的伺服电机应具有快速呼应、高发动转矩、低惯量、广大且滑润的调速规划等特性,现在运用较多的是沟通伺服电机。规划高功用高功率密度伺服电机需求依据规划方针归纳考虑电机结构参数、部件资料、磁路结构等要素,并经过有限元等办法归纳剖析电机功用。

  减速器一般用作原动件与作业机之间的减速传动设备,起到匹配转速和传递转矩的效果,一般由关闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动组成,是机器人传动组织的中心部件之一,如图5所示。机器人范畴常用的精密传动设备首要有轻载条件下的谐波减速器和重载条件下的RV减速器。谐波减速器具有轻量小型、无齿轮空隙、高转矩容量等长处,但其精度寿数较差,首要是因为在高度循环的交变应力情况下柔轮极易呈现疲惫失效,一般运用在关节型机器人的结尾履行等轻载部位;RV减速器首要包含了行星齿轮与摆线针轮两级减速两个部分,具有减速规划宽、功率密度大、运转平稳等长处,已成为工业机器人最常用的精密减速器。规划高功用/高精度机器人专用减速器需归纳考虑传动精度、齿廓修形、改变刚度以及回差等技能方针。

  当时,我国高功用伺服电机、减速器等要害零部件的规划制作技能与外国比较,在可靠性、精度、动态反响才能等方面存在必定距离,是限制我国工业机器人开展的瓶颈之一。

  集成运用技能是指以进步工业机器人使命重构、差错自习惯调整才能,进步机器人人机交互功用为方针的机器人技能。首要有:依据智能传感器的智能操控技能、长途故障诊断及保护技能、依据结尾力检测的力操控及运用技能、快速编程和智能示教技能、出产线快速标定技能、视觉辨认和定位技能等。视觉辨认定位技能是其间的代表性技能。

  视觉辨认和定位技能是一项触及人工智能、图画处理、传感器技能和计算机技能等多范畴的归纳技能,与工业机器人结合非常严密,广泛地运用在工业出产中的缺陷检测、方针辨认与定位和智能导航等方面。典型的视觉运用体系包含图画捕捉、光源体系、图画数字化模块、数字图画处理模块、智能判别决议计划模块和机械操控履行模块,如图6所示。

  针对精度要求较高(毫米级甚至为微米级)的零部件,运用人的肉眼无法完结其精度丈量,经过引进视觉非触摸丈量技能构成机器人柔性在线丈量体系,可以有用获取零部件外表质量和根本尺度信息。

  依据机器视觉技能可以快速准确地找到方针零件并承认其方位,选用方法辨认的方法,在三维图画中获取方针点或方针轨道引导工业机器人抓取、加工等操作,进步出产智能化程度,完结主动化作业。

  经过机器视觉检测完结产品的制作工艺检测、主动化盯梢、追溯与操控等出产环节,辨认零件的存在或缺失以确保部件装置的完整性,判别产品外表缺陷以确保 出产质量。

  视觉辨认和定位技能的运用使得工业机器人可以习惯杂乱工业环境中的智能柔性化出产,大大进步了工业出产中的智能化和主动化水平。

  在智能制作范畴,多关节工业机器人、并联机器人、移动机器人的本体开发及批量出产,使得机器人技能在焊接、转移、喷涂、加工、装置、检测、清洁出产等范畴得到规划化集成运用,极大地进步了出产功率和产品质量,下降了出产和劳动力本钱。

  在轿车、工程机械、船只、农机等职业,焊接机器人的运用非常遍及。作为精密度需求较高、作业环境质量较差的出产过程,焊接的劳动强度极大,对焊接作业人员的专业素质要求较高。因为机器人具有抗疲惫、高精准、抗搅扰等特色,运用焊接机器人技能替代人工焊接,可确保焊接质量一致性,进步焊接作业功率,一起也能直观地反响焊接作业的质量。

  现在,投放于焊接岗位的机器人的种类较多,依据运用场合的差异,选用的焊接机器人种类各有不同,其间多关节机器人的运用较为遍及,如图7所示。结合多关节机器人的运动灵敏、空间自由度较高的特色,可以调整恣意的焊接方位和姿势,有用地进步了制作中的出产功率与出产质量。

  机器人技能相同可以运用到制作业的转移作业中。凭借人工程序的构架与编列,将转移机器人投放入当今制作业出产之中,然后完结运送、存储、包装等一系列作业的主动化进行,不只有用地解放了劳动力,并且进步了转移作业的实践功率。经过装置不同功用的履行器,转移机器人可以习惯各类主动出产线的转移使命,完结多形状或不规则的物料转移作业。一起考虑到化工原料及制品的风险性,运用转移机器人进行运送能下降安全隐患,减小风险品及辐射品对转移人员的人体损伤。

  现在,固定式串联转移机器人在制作业中运用广泛,其长处是作业空间大、结构简略,但其负载较低、刚性较差,只能在固定工位上完结简略的转移作业,具有必定的局限性。经过结合移动机器人技能和并联机器人技能,能有用地进步转移机器人的承载才能和作业规划,在轿车、物流、食物、医药等职业具有宽广的运用远景,如图8所示。

  跟着出产制作向着智能化和信息化开展,机器人技能越来越多地运用到制作加工的打磨、抛光、钻削、铣削、钻孔等工序傍边。与进行加作业业的工人比较,加工机器人对作业环境的要求相对较低,具有继续加工的才能,一起加工产品质量安稳、出产功率高,可以加工多种资料类型的工件,如铝、不锈钢、铜、复合资料、树脂、木材和玻璃等,有才能完结各类高精度、大批量、高难度的杂乱加工使命。

  比较机床加工,工业机器人的缺陷在于其本身的弱刚性。可是加工机器人具有较大的作业空间、较高的灵敏性和较低的制作本钱,关于小批量多种类工件的定制化加工,机器人在灵敏性和本钱方面显示出较大优势;一起,机器人愈加合适与传感器技能、人工智能技能相结合,在航空、轿车、木制品、塑料制品、食物等范畴具有宽广的运用远景,如图9所示。

  在智能制作范畴中,以机器人为主体的制作业表现了智能化、数字化和网络化的开展要求,现代工业出产中大规划运用工业机器人正成为企业重要的开展战略。现代工业机器人已从功用单一、仅可履行某些固定动作的机械臂,开展为多功用、多使命的可编程、高柔性智能机器人。虽然体系中工业机器人个别是柔性可编程的,但现在选用的大多数固定式主动化出产体系柔性较差,适用于长周期、单一产品的大批量出产,而难以习惯柔性化、智能化、高度集成化的现代智能制作方法。应对智能制作的开展需求,未来工业机器人体系有以下的开展趋势:

  一体化是工业机器人未来的开展趋势。可以对工业机器人进行多功用一体化的规划,使其具有进行多道工序加工的才能,对出产环节进行优化,完结丈量、操作、加工一体化,可以削减出产过程中的累计差错,大大进步出产线的出产功率和主动化水平,下降制作中的时刻本钱和运送本钱,合适集成化的智能制作方法。

  未来以“互联网+机器人”为中心的数字化工厂智能制作方法将成为制作业的开展方向,真实意义上完结了机器人、互联网、信息技能和智能设备在制作业的完美交融,涵盖了对工厂制作的出产、质量、物流等环节,是智能制作的典型代表。结合工业互联网技能、机器视觉技能、人机交互技能和智能操控算法等相关技能,工业机器人可以快速获取加工信息,准确辨认和定位作业方针,扫除工厂环境以及作业方针尺度、形状多样性的搅扰,完结多机器人智能协作出产,满意智能制作的多样化、精密化需求。

  现代智能制作方法对工业机器人体系提出了柔性化的要求。经过开发工业机器人开放式的操控体系,使其具有可拓宽和可移植的特色;一起规划制作工业机器人模块化、可重构化的机械结构,例如关节模块中完结伺服电机、减速器、检测体系三位一体化,使得出产车间可以依据出产制作的需求自行拓宽或许组合体系的模块,进步出产线的柔性化程度,有才能完结各类小批量、定制化出产使命。

  针对现在工业机器人存在的操作灵敏性缺乏、在线感知与实时作业才能弱等问题,人机/多机协作化是其未来的开展趋势。经过研制机器人多模态感知、环境建模、优化决议计划等要害技能, 强化人机交互体会与人机协作效能,完结机器人和人在感知、了解、决议计划等等不同层面上的优势互补,可以有用进步工业机器人的杂乱作业才能。一起经过研制工业机器人多机协同技能,完结集体机器人的散布式协同操控,其协同作业才能进步了使命的履行功率, 以及具有的冗余特性进步了使命运用的鲁棒性,能完结单一体系无法完结的各种高难度、高精度和散布式的作业使命。

  现代柔性制作体系对物流运送、出产作业等环节的功率、可靠性和习惯性提出了较高的要求,在需求大规划作业的作业环境中,固定基座的工业机器人很难完结作业使命,经过引进移动机器人技能,有用地增大了工业机器人的作业空间,进步了机器人的灵巧性。

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