机器人--先进制造技术课程论文

中国地质大学研究生课程论文封面

课程名称先进制造技术

教师姓名杨杰

研究生姓名

研究生学号

研究生专业机械工程

所在院系机械与电子信息学院

类别: 工程硕士

日期: 年月日

工业机器人

摘要：本文介绍了先进制造自动化技术中的工业机器人的概念、基本原理，以及当今世界工业机器人技术的前沿，描述了工业机器人的应用情况、典型事例等发展现状，并展望了今后工业机器人技术的发展趋势。

关键词：工业机器人；概况；现状；组成；分类；应用；发展趋势

引言

工业机器人是集机械、材料、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。代表了机电一体化的最高成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。它的研究和应用水平一个国家的自动化的水平。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术及其产品发展很快,已成为柔性制造系统( FMS) 、自动化工厂( FA) 、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与数量,而且保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低生产成本有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样,工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。20世纪80年代以来，工业机器人技术逐渐成熟，并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。

1工业机器人的简介

1.1 工业机器人的概念

1.1.1 “机器人”一词的由来

1920年，捷克剧作家卡里洛·奇别克在其科幻剧本《罗萨姆万能机器人制造公司》(Rossum’s Universal Robots)首次使用了ROBOT这个名词，意思是“人造的人”。现在已被人们作为机器人的专用名词。

1.1.2定义

关于机器人的定义，专家们仍在争议之中，至今还没有人能够提出一个令人信服的明确定义，美国机器人协会（RIA）对机器人的定义一是：“所谓工业机器人，是为了完成不同的作业，根据种种程序化的运动来实现材料、零部件、工具货特殊装置的移动并可重新编程的多功能操作机。”

日本产业机器人协会（JIRA）的定义是:“所谓工业机器人，是在三维空间具有类似人体上肢动作机能及其结构，并能完成复杂空间动作的多自由度的自动机械”或“根据感觉机能或认识机能，能够自行决定行动的机器（智能机器人）。”[1]

国际标准化组织(ISO):机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各类材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。

虽然工业机器人的定义不明确，但是有一点是可以明确的，那就是人们开发研究工业机器人的最终目标，在于要研制出一种能够综合人的所有动作特性—通用性、柔软性、灵活性的自动机械。机器人集中了机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制原理以及人工智能等多学科的最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。工程技术人员了解和学习机器人学具有重要的意义。

综上，工业机器人是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的机械装置，由计算机控制，是无人参与的自动化控制系统，是可编程、具有柔性的自动化系统。它能复现人的动作和职能。反复调整以执行不同的功能。具有通用性、柔性和灵活性的自动机械。已成为FMS和CIMS系统的重要设备。1.1.3发展历史

工业机器人的问世，大约是在25年前，微处理机的诞生，大约是在15年前，正是由于微处理机的出现，以及各种LSI,VLSI的飞跃发展，才使得工业机器人控制系统的技能大幅度提高，从而使数百种不同结构、不

同控制方法、不同用途的工业机器人终于在八十年代，真正进入了实用与普及的阶段，并发挥了令人难以置信的巨大威力与经济效益。

目前，工业机器人像计算机一样，可以按“代”分类。

第一代工业机器人是指T/P方式（Teaching/Playback方式），即示教/再现方式。

19世纪50、60年代，随着机构理论和伺服理论的发展，机器人进入了实用阶段。1954年美国的G. C. Devol 发表了“通用机器人”专利；1960年美国AMF公司生产了柱坐标型Versatran机器人，可进行点位和轨迹控制，这是世界上第一种应用于工业生产的机器人。

70年代，随着计算机技术、现代控制技术、传感技术、人工智能技术的发展，机器人也得到了迅速的发展。1974年Cincinnati Milacron公司成功开发了多关节机器人；1979年，Unimation公司又推出了PUMA机器人，它是一种多关节、全电机驱动、多CPU二级控制的机器人，采用V AL专用语言，可配视觉、触觉、力觉传感器，在当时是技术最先进的工业机器人。现在的工业机器人在结构上大体都以此为基础。这一时期的机器人属于“示教再现”（Teach-in / Playback）型机器人，只具有记忆、存储能力，按相应程序重复作业，对周围环境基本没有感知与反馈控制能力。

第二代工业机器人是具有一些简单智能、可行走的、能对周围环境做出反应的机器人，在机械、电子等生产领域得到了广泛的应用。

进入80年代，随着传感技术，包括视觉传感器、非视觉传感器（力觉、触觉、接近觉等）以及信息处理技术的发展，出现了第二代机器人——有感觉的机器人。它能够获得作业环境和作业对象的部分相关信息，进行一定的实时处理，引导机器人进行作业。第二代机器人已进入了使用化，在工业生产中得到了广泛应用。

第三代机器人称为智能机器人。这种机器人不仅具有比第二代机器人更加完善的环境感知能力，视觉、触觉等智能，而且还具有像人一样的逻辑思维、逻辑判断机能，能推理、决策、自我规划、自我学习、有自立性。可根据作业要求与环境信息自主地进行工作。[2]

1.2工业机器人的组成

1.2.1机械本体

机器人的机械本体机构基本上分为两大类，一类是执行机构，即操作本体机构，它类似人的手臂和手腕，是一组具有与人手脚功能相似的机械机构；另一类为移动型本体结构，主要实现移动功能。如行进系统。

1)手部（抓取机构或夹持器）：用来直接抓取工件或工具。有机械式、真空吸附式、磁性吸附式。

2)腕部：是联接手部和臂部的部件，用以支撑和调整手部的姿态。

3)臂部：是支撑腕部的部件，由动力关节和连杆组成。用以承受工件或工具负荷，改变工件的空间位置，并送至预定的位置。

4)机身（立柱）：是支撑臂部的部件，扩大臂部的活动范围。

5)机座及行走机构：是支撑整个机器人的基础件，确定并改变机器人的位置。

1.2.2控制系统：

控制系统即计算机控制系统，各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出。机器人通常采用主计算机与关节驱动伺服计算机两级计算机控制。它是机器人的大脑，控制与支配机器人按给定的程序动作，并记忆人们示教的指令信息，可再现控制所存储的示教信息。

机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于对操作机的控制，以完成特定的工作任务。如图示：1）控制计算机：是调度指挥机构，微型机。

2）示教盒：工作轨迹和参数设定，拥有独立存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。

3）控制面板：各操作功能按钮，状态指示灯。

4）硬盘和软盘存储：存储程序。

5）数字和模拟量输入输出：各种状态和控制命令输入输出。

6）轴控制器：完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。