1、 调研装配机器人 课程名称：工业机器人 专业：机械制造及其自动化 班级：机制091 学号：0908030144 姓名：汪兴浩 指导老师： 赵雪峰 2012 . 12 .19调研装配机器人机制091 汪兴浩 0908030144引言以自动化规模生产为标志，世界范围内的制造业革命于20世纪50年代拉开帷幕。当时生产自动化的概念几乎是“用机器代替人”的同义语。工业机器人就是为适应当时制造业规模化生产的需要而诞生的，在解决单调、重复的体力劳动和提高产品质量上，发挥了巨大的作用。21世纪制造业将进入一个新阶段，敏捷制造将成为企业的主导模式。能否抓住市场机遇快速开发出新产品，将是企业赢得竞争的主要手段。要
2、减小生产成本对生产批量的依赖，就要发展敏捷制造装备。敏捷制造装备的可编程、可重组和快速响应能力使得在进行小批量生产时，可实现接近中、大批量生产的效率。工业机器人具有可编程、基于传感器控制、自主规划、可协调作业等特点，进一步发挥机器人这些高柔性和智能化特点，使它成为可重组的敏捷制造生产装备及系统的重要组成部分，为传统制造企业向敏捷制造企业跨跃发展提供重要的技术支持，是工业机器人的发展趋势。下面就在制造业中机器人运用于装配过程进行简单调研，简单地叙述装配机器人的研究意义、国内外发展的现状及分析、关键技术问题以及未来在制造业中发展的趋势等方面内容。1.装配机器人的研究意义及其必要性自从进入90年代，
3、商品形式的变更日趋激烈。在装配作业中，出现了以装配机器人为核心，在一个装配单元中适应多种装配作业的综合系统。因此近年来在机器人应用领域中获得迅猛发展的领域是装配作业。在国外一些企业的装配作业中已大量采用机器人来从事装配工作，如美国、日本等国家的汽车装配生产线上采用机器人来装配汽车零部件、在电子电器行业中用机器人来装配电子元件和器件等。为了适应产品多样化和小批量的特点，对具有柔性的自动装配系统的需求日益增多，发展以装配机器人为主体的柔性自动装配作业系统是目前世界上各个工业发达国家的一种趋势。装配是产品生产的后续工序，在制造业中占有重要地位，在人力、物力、财力消耗中占有很大比例，作为一项新兴的工业
4、技术，机器人装配应运而生。在机器人应用各领域中只占很小的份额。究其原因，一方面是由于装配操作本身比焊接、喷涂、搬运等复杂；另一方面，机器人装配技术目前还存在一些等待解决的问题。如：对装配环境要求高，装配效率低，缺乏感知与自适应的控制能力，难以完成变动环境中的复杂装配，对于机器人的精度要求较高，否则经常出现装不上或“卡死”现象。尽管存在上述问题，但由于装配所具有的重要意义，装配领域将是未来机器人技术发展的焦点之一。其重要性在机器人应用中将跃居第一位。由此可见，在整个制造业中装配工序都占据了重要的地位，而作为高新技术发展起来的机器人应用于装配制造业中更是现代技术发展的焦点。因此对装配机器人的研究和
5、应用就有了很大的意义和必要性，也势必引领装配制造业的飞速发展。2.国内外装配机器人的应用发展现状（1）国内装配机器人的发展现状经过多年来的研究与开发，我国在装配机器人方面有了很大的进步。目前在装配机器人研制方面，基本掌握了机构设计制造技术，解决了控制、驱动系统设计和配置、软件设计和编制等关键技术，还掌握了自动化装配线及其周边配套设备的全线自动通信、协调控制技术，在基础元器件方面，谐波减速器、六轴力传感器、运动控制器等也有了突破。我国已研制出精密型装配和实用型装配机器人，如广东吊扇电机机器人自动装配线，小型电器机器人自动装配线，以及自动导引汽车发动机装配线，精密机芯机器人自动装配线等机器人示范应
6、用工程。近几年来，“大连贤科机器人技术有限公司”与国内5家高校、科研所合作，开发出具有自主知识产权的系列化模块化直角坐标型装配机器人CAD设计平台；开发出两个系列共4种规格的平面关节型装配机器人；开发出两种类型3个系列的直线运动单元以及由此组成的直角坐标型装配机器人；研制出基于开放式体系结构的机器人控制器。“贤科”自主开发的装配机器人已在家电、电子仪表、轻工等行业得到初步应用，其质量不亚于国外同类产品，是国内当之无愧的最精密的装配机器人。上海交通大学研制的“精密一号装配机器人”，是一台带有多传感器和多任务操作系统、可离线编程的高速、高精度、四轴SCARA平面关节式智能精密装配机器人。装配机器人
7、属于高、精、尖的机电一体化产品，其自主开发一直受到国家863智能机器人主题专家们的关注，必将取得更大的突破。（2）国外装配机器人的发展现状美、日、西欧的制造业中约40 的劳动力用于装配，西德电子工业产品总成本的5070是装配。装配机器人是高质量、高柔性、高效率完成自动装配的理想手段。所以装配机器人得到迅速发展，如美国工业界Delphi法调查表明到2000年应用于装配和检验的机器人销售台数将从1985年占工业机器人总数16猛增到35。日本装配机器人的增长比任何其他工业应用领域的机器人都快，增长速度比欧洲和美国更快。日本装配机器人的增长臂人和其他工业应用领域的机器人都快，增长速度比欧洲和美国更快。
8、日本机器人的广泛的应用领域在装配工段，1985年装配机器人已达15800台，是焊接机器人的两倍，成为工业应用领域中应用最多的机器人。1995年为33500台，产值为25903000亿日元。到2004年，达到55000台，产值42005100亿日元。这个数值远远高于其他领域机器人的发展速度。为世界所瞩目。日本作为机器人王国，各产业中应用的机器人总数占世界的40。其中装配机器人近年来异军突起，发展迅速。据日本产业机器人协会统计，在19821991年的10年中，日本用于装配作业的机器人台数为177500台，居工程应用数量之首。据日本产业机器人协会的统计，日本装配机器人1980年左右首次达到最高点。生
9、产台数为2849台。产值2497亿日元，以后又呈上升趋势。目前，日本应用的装配机器人的主要型号有：直角坐标型、水平多关节型、垂直多关节型及圆柱坐标型等。据日本产业机器人协会的预测。在日本制造业。装配机器人的需求逐年上升。3.装配机器人的关键技术(1)装配机器人的精确定位装配机器人运动系统的定位精度 刮由机械系统静态运动精度(几何误差、热和载荷变形误差)和机电系统高频响应的暂态特性(过渡过程)所决定，其中静态精度取决于设备的制造精度和机械运动形式，动态响应取决于外部跟踪信号、系统固有的开环动态特性、所采用的减振方法(阻尼)和控制器的调节作用。(2)装配机器人的实时控制在许多微机应用领域中，PC机
10、的速度和功能往往不能满足需要。特别是在多任务工作环境下，各任务只能分时工作，动态响应取决于外部跟踪信号、系统固有的开环动态特性、所采用的减振方法(阻尼)和控制器的调节作用。(3)检测传感技术检测传感技术的关键是传感器技术，它主要用于检测机器人系统中自身与作业对象、作业环境的状态，向控制器提供信息以决定系统动作。传感器精度、灵敏度和可靠性很大程度决定了系统性能的好坏。检测传感技术包含两个方面内容：一是传感器本身的研究和应用，二是检测装置的研究与开发。包括：多维力觉传感器技术、视觉技术、多路传感器信息融合技术、检测传感装置的集成化与智能化技术。(4)装配机器人系统软件研制PC机是在MS-DOS或W
11、indows操作系统下工作的。MSDOS是一个单任务操作系统，Windows则是分时多任务，均不能满足机器人规划，伺服同时进行的要求。为此，必须开发一个协调上、下位机各任务工作的实时控制程序，它作为MSDOS或Windows下的一个应用程序分别在两个系统上运行。装配机器人系统的软件主要由机器人语言编译模块、多任务监控模块、双系统握手通讯模块、伺服控制模块四部分构成。系统在上电启动后即初始化，建立双系统联系，根据Semaphore锁存器的值及双口RAM中的数据调度任务，对机器人进行初始定位后对机器人语言命令编译，分由上、下位机同时执行。(5)装配机器人控制器的研制装配机器人的伺服控制模块是整个系
12、统的基础，它的特点是实现了机器人操作空间力和位置混合伺服控制，实现了高精度的位置控制、静态力控制，并且具有良好的动态力控制性能。伺服模块之上的局部自由控制模块相对独立于监督控制模块，它能完成精密的插圆孔、方孔等较为复杂的装配作业。监督控制模块是整个系统的核心和灵魂，它包括了系统作业的安全机制、人工干预机制和遥控机制。多任务控制器可广泛应用于工业装配机器人中作为其实时任务控制器而使用，也可用作移动机器人的实时任务控制器。(6)装配机器人的图形仿真技术对于复杂装配作业，示教编程方法效率往往不高，如果能直接把机器人控制器与CAD系统相联接，则能利用数据库中与装配作业有关的信息对机器人进行离线编程，使
13、机器人在结构环境下的编程具有很大的灵活性。另一方面，如果将机器人控制器与图形仿真系统相联，则可离线对机器人装配作业进行动画仿真，从而验证装配程序的正确性、可执行性及合理性，为机器人作业编程和调试带来直观的视觉效果，为用户提供灵活友好的操作界面，具有良好的人机交互性。(7)装配机器人柔顺手腕 的研制通常而言，通用机器人均可用于装配操作，利用机器人固有的结构柔性，可以对装配操作中的运动误差进行修正。通过对影响机器人刚度的各种变量进行分析，并通过调整机器人本身的结构参数来获得期望的机器人末端刚度，以满足装配操作对机器人柔顺性要求。但在装配机器人中采用柔性操作手爪则能更好地取得装配操作所需的柔顺性，由
14、于装配操作对机器人精度、速度和柔顺性等性能要求较高。所以有必要设计专门用于装配作业的柔顺手腕，利用柔顺手腕是实际装配操作中使用最多的柔顺环节。4.装配机器人的发展趋势目前机器人领域正在加大科研力度，进行装配机器人共性技术及关键技术的研究，并朝着智能化和多样化的方向发展。主要研究内容集中在以下几个方面：(1)装配机器人操作机结构的优化设计技术：探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载自重比，同时机构进一步向着模块化、可重构方向发展。(2)直接驱动装配机器人：传统机器人都要通过一些减速装置来达到降速并提高输出力矩，这些传动链会增加系统功耗、惯量、误差等，并降低系统可靠性，为了减小关节惯性，实现高速、
15、精密、大负载及高可靠性。一种趋势是采用高扭矩低速电机直接驱动。(3)机器人控制技术：重点研究开放式，模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化，以及基于PC机网络式控制器己成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化的完善成为研究重点。(4)多传感器融合技术：为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。(5)机器人的结构要求更加灵巧，控制系统愈来愈小，二者
16、正朝着一体化方向发展。(6)机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。升虚拟机器人技术：基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。(7)智能装配机器人：装配机器人的一个目标是实现工作自主，因此要利用知识规划。专家系统等人工智能研究领域成果，开发出智能型自主移动装配机器人，能在各种装配工作站工作。(8)并联机器人：传统机器人采用连杆和关节串联结构。而并联机器人具有非累积定位误差，执行机构的分布得到改善、结构紧凑、刚性提高、承载能力增加等优点。而
17、且其逆位置问题比较直接、奇异位置相对较少。所以近些年来倍受重视。(9)协作装配机器人：随着装配机器人应用领域的扩大，对装配机器人也提出一些新要求，如多机器人之间的协作，同一机器人双臂的协作，甚至人与机器人的协作，这对一于重型或精密装配任务非常重要。(10)多智能体协调控制技术：这是目前机器人研究的一个崭新领域，主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。5.总结随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，必将迎来装配机器人的飞速发展。我国机器人技术虽起步较晚，在国家科技攻关项目及国家的支持下也得到了一定的发展，但与国际先进
18、水平还有很大差距，目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术及关键技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。因此，发展我国的装配机器人事业急不可待。通过本次对在制造业中装配机器人应用的调研，初步了解了装配机器人在国内外当前的应用发展现状，并通过查阅和搜集有关资料对装配机器人技术的关键问题和关键技术有了初步的认识。无论是对于装配机器人,还是对于整个机器人领域来说,研究的最终目的就是使其能够用于实际,所以开发出可以实际应用的机器人将成为今后的一个发展趋势,特别是一些人类不易到达的地方或不容易做的事情,都可以让机器人代劳。对于我们大四的学生，即将完成大学学业转而真正进入到工作实践当中，在这之前了解和学习更多前言的先进技术相关知识和未来技术发展的趋势，势必会为我们今后自身的发展打下一个良好的基础。参考文献：1郭洪红工业机器人技术M西安：西安电子科技大学出版社，20052席志纲机器人装配单元的系统研究D南京理工大学，20033孙学俭，于国辉，周文乔，等对世界工业机器人发展特点的分析J机器人技术与应用，2002(3)：89
