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新型工业机器人自动化技术(电动式工业机器人)

来源:www.haichao.net  时间:2023-02-11 16:33   点击:149  编辑:admin   手机版

一、电动式工业机器人

从工业革命开始之后的两百年时间里,人们就一直不断提高机器的设计理念和制造工艺。尤其是自20世纪中期以来,大规模生产的迫切需求推动了自动化技术的发展,进而衍生出三代机器人产品。第一代机器人是遥控操作的机器,工作方式是人通过遥控设备对机器进行指挥,而机器本身并不能独自控制运动。第二代机器人通过程序控制,可以使其自动重复完成某种方式的操作。第三代机器人被称为智能机器人。

第一代机器人的诞生源于发展核技术的需求。20世纪40年代,美国建立了原子能实验室,但实验室内部的核辐射环境对人体的伤害较大,迫切需要一些操作机械能代替人处理放射性物质。在这个需求的推动下,美国原子能委员会的阿尔贡研究所于1947年开发了遥控机械手,随后又在1948年开发了机械耦合的主从机械手。所谓主从机械手,即当操作人员控制主机械手做一连串动作时,从机械手可准确地模仿主机械手的动作。

1952年,美国帕森斯公司制造了一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床,这标志着数控机床的诞生。此后,科学家和工程师们对控制系统、伺服系统、减速器等数控机床关键零部件技术的深入研究,为机器人技术的发展奠定了坚实的基础。

然而这些机器人是遥控操作的机器,工作方式是人通过遥控设备对机器进行指挥,而机器人本身并不能独立控制运动。

凭借自动化技术和零部件技术的研究积累,第二代机器人登上了历史舞台。1954年,美国人乔治·沃尔德制造出世界第一台可编程的机械手,并注册了专利。按照预先设定好的程序,该机械手可以从事不同的工作,具有通用性和灵活性。

随后的1958年,被誉为“机器人之父”的美国人约瑟夫·恩格尔伯格创建了世界上第一家机器人公司——Unimation,正式把机器人向产业化方向推进。1962年,Unimation公司的第一台机器人产品Unimate问世。该机器人由液压驱动,并依靠计算机控制手臂执行相应的动作。同年,美国机床铸造公司也研制了Versatran机器人,其工作原理于Unimate相似。一般认为,Unimate和Versatran是世界上最早的工业机器人。

世界上最早的工业机器人——Unimate

机器人发展到第二代,依旧是通过程序被控制,可以自动重复完成某种方式的操作。

在机器人技术的研发过程中,人们尝试利用传感器提高机器人的可操作性,具备感知能力的第三代智能机器人渐成研发热点。如厄恩斯特的触觉传感机械手、托莫维奇和博尼的安装有压力传感器的“灵巧手”、麦肯锡的具备视觉传感器系统的机器人以及约翰·霍普斯金大学应用物理实验室研制出的Beast机器人等的成功尝试,第三代智能机器人的发展曙光渐显。

1968年,美国斯坦福国际研究所成功研制出移动式机器人Shakey,它是世界上第一台带有人工智能的机器人,能够自主进行感知、环境建模、行为规划等任务。该机器配有电视摄像机、三角法测距仪、碰撞传感器、驱动电动以及编码器等硬件设备,并由两台计算机通过无线通信系统控制。限于当时的计算水平,Shakey 需要相当大的机房支持其进行功能运算,同时规划行动也往往要耗时数小时。

世界上首台智能移动机器人—Shakey

即便Shakey笨重且效率低下,但它具备人工智能机器人所具备的特征,即利用各种传感器和测量器等来获取环境信息,然后基于智能技术进行识别、理解和推理,并做出规划决策,同时能够自主行动实现预定目标。于是,第三代智能机器人由此展开。

由上述机器人的发展历程我们可以看到,工业生产的内在需求以及传统工业方式亟待转变的趋势,都是推动机器人发展的核心力量。

二、电动式工业机器人工作原理

餐饮机器人机器人基本都是电动驱动的,有有轨道的、也有轨道的,轨道是磁条。

他们设置的有固定的运行轨迹,可以准确的把菜送到指定的桌位。咱们国内生产机器人的厂家很多,有新松、欧铠、星探机器人。

三、电动式工业机器人动力装置的结构组成及特点?

工业机器人广泛使用在产业制造上,汽车制造、电器、食品等,能替代反复机器式操纵工作,是靠本身动力和控制才能来实现种种功用的一种机器。它能够承受人类指挥,也能够按照事先编排的程序运转。如今我们讲讲工业机器人基本主要构成部分。

市场竞争和顾客的独特需要让当代制造业中制造种类逐渐增多,柔性制造体系恰好是为了顺应这样新的市场环境而建立起来。本文主要说明了柔性制造体系的观念、优点、类别,了解柔性制造体系的使用状况,同时清楚柔性制造体系的状况和现在柔性制造体系的缺点,进而使柔性制造体系的进展引起群众的重视。

四、电动式工业机器人有哪些

机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、电动式、气动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

      (1)按控制方式分

       固定程序机械手:控制系统是一个固定程序的控制器。程序简单,程序数少,而且是固定的,行程可调但不能任意点定位。       

      (2)按驱动方式分

       液压传动机械手

       气压传动机械手

       机械传动机械手

      (3)根据所承担的作业的特点,工业机械手可分为以下三类:

       承担搬运工作的机械手:这种机械手在主要工艺设备运行时,用来完成辅助作业,如装卸毛坯、工件和工夹具。

       生产工业用机械手:可用于完成工艺过程中的主要作业,如装配、焊接、涂漆、弯曲、切断等。

       通用工业机械手:其用途广泛,可以完成各种工艺作业。

      (4)按功能分类

       专用机械手:它是附属于主机的具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少,工作对象单一,结构简单,实用可靠和造价低等特点,适用于大批大量的自动化生产,如自动机床,自动线的上、下料机械手和“加工中心”附属的自动换刀机械手。

五、电动式工业机器人应用

工业机器人的驱动系统,按动力源分为液压、气动和电动三大类。

根据需要也可由这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。这三类基本驱动系统的各有自己的特点。

液压驱动系统:由于液压技术是一种比较成熟的技术,它具有动力大、力(或力矩)与惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点。全液压重载机器人气压驱动具有速度快、系统结构简单、维修方便、价格低等优点。

但是由于气压装置的工作压强低,不易精确定位,一般仅用于工业机器人末端,执行器的驱动。气动手抓、旋转气,缸和气动吸盘作为未端执行器可用于中、小负荷的工件抓取和装配。

电机驱动是现代工业机器人的种主流驱动方式,分为4大类电机:直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机和直线电机。

六、电动式工业机器人动力装置的机构组成及特点

机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度。

为了抓取空间中任意位置和方位的物体,需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。一般专用机械手有2~3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制,来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息,形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成,通过对其编程实现所要功能。

一、执行机构

机械手的执行机构分为手部、手臂、躯干;

1、手部

手部安装在手臂的前端。手臂的内孔中装有传动轴,可把运用传给手腕,以转动、伸曲手腕、开闭手指。

机械手手部的构造系模仿人的手指,分为无关节、固定关节和自由关节3种。手指的数量又可分为二指、三指、四指等,其中以二指用的最多。可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和大小的夹头以适应操作的需要。所谓没有手指的手部,一般都是指真空吸盘或磁性吸盘。

2、手臂

手臂的作用是引导手指准确地抓住工件,并运送到所需的位置上。为了使机械手能够正确地工作,手臂的3个自由度都要精确地定位。

3、躯干躯干是安装手臂、动力源和各种执行机构的支架。

二、驱动机构

机械手所用的驱动机构主要有4种:液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压驱动、气压驱动用得最多。

1、液压驱动式

液压驱动式机械手通常由液动机(各种油缸、油马达)、伺服阀、油泵、油箱等组成驱动系统,由驱动机械手执行机构进行工作。通常它的具有很大的抓举能力(高达几百千克以上),其特点是结构紧凑、动作平稳、耐冲击、耐震动、防爆性好,但液压元件要求有较高的制造精度和密封性能,否则漏油将污染环境。

2、气压驱动式

其驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机组成,其特点是气源方便、动作迅速、结构简单、造价较低、维修方便。但难以进行速度控制,气压不可太高,故抓举能力较低。

3、电气驱动式电力驱动是机械手使用得最多的一种驱动方式。其特点是电源方便,响应快,驱动力较大(关节型的持重已达400kg),信号检测、传动、处理方便,并可采用多种灵活的控制方案。驱动电机一般采用步进电机,直流伺服电机(AC)为主要的驱动方式。由于电机速度高,通常须采用减速机构(如谐波传动、RV摆线针轮传动、齿轮传动、螺旋传动和多杆机构等)。有些机械手已开始采用无减速机构的大转矩、低转速电机进行直接驱动(DD)这既可使机构简化,又可提高控制精度。

4、机械驱动式

机械驱动只用于动作固定的场合。一般用凸轮连杆机构来实现规定的动作。其特点是动作确实可靠,工作速度高,成本低,但不易于调整。其他还有采用混合驱动,即液-气或电-液混合驱动。

三、控制系统

机械手控制的要素包括工作顺序、到达位置、动作时间、运动速度、加减速度等。机械手的控制分为点位控制和连续轨迹控制两种。

控制系统可根据动作的要求,设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存储,然后再根据规定的程序,控制机械手进行工作程序的存储方式有分离存储和集中存储两种。分离存储是将各种控制因素的信息分别存储于两种以上的存储装置中,如顺序信息存储于插销板、凸轮转鼓、穿孔带内;位置信息存储于时间继电器、定速回转鼓等;集中存储是将各种控制因素的信息全部存储于一种存储装置内,如磁带、磁鼓等。这种方式使用于顺序、位置、时间、速度等必须同时控制的场合,即连续控制的情况下使用。

其中插销板使用于需要迅速改变程序的场合。换一种程序只需抽换一种插销板限可,而同一插件又可以反复使用;穿孔带容纳的程序长度可不受限制,但如果发生错误时就要全部更换;穿孔卡的信息容量有限,但便于更换、保存,可重复使用;磁蕊和磁鼓仅适用于存储容量较大的场合。至于选择哪一种控制元件,则根据动作的复杂程序和精确程序来确定。对动作复杂的机械手,采用求教再现型控制系统。更复杂的机械手采用数字控制系统、小型计算机或微处理机控制的系统。控制系统以插销板用的最多,其次是凸轮转鼓。它装有许多凸轮,每一个凸轮分配给一个运动轴,转鼓运动一周便完成一个循环。

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