西工大机电学院专业前沿讲座结课论文

1机器人技术在现代制造企业中的应用与发展姓名：学号：班级：西北工业大学-1-机器人技术在现代制造企业的应用与发展前言：机器人技术与系统作为20世纪人类最伟大的发明之一，自20世纪60年代末问世以来，经历50多年的发展已取得实质性进步和成果。机器人作为人类高端科研成果，随着计算机向智能化方向的发展，其应用领域不断扩展和深化，机器人产品已在社会的许多领域得到广泛应用，特别是工业机器人已成为一种高新技术产业，其在现代制造企业中的广泛应用代替了人的劳动，为企业带来了带来巨大的经济效益。一、机器人的萌芽机器人是一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置。机器人一词虽然出现得较晚，然而这一概念在人类的想象中却早已出现。自古以来，就有不少科学家和杰出工匠制造出了具有人类特点或模拟动物特征的机器人雏形。现代机器人的研究始于20世纪中期。第二次世界大战期间（1938-1945年），由于核工业和军事工业的发展，研制出了“遥控操纵器”（Teleoperator）,主要用于放射性材料的生产和处理过程。1947年，对于这种较简单的机械装置进行了改进，采用电动伺服方式，使其从动部分能跟随主动部分运动，称为“主从机械手”（Master-SlaveManipulator）。中国的机器人技术起步较晚，约于20世纪70年代末、80年代初开始。90年代中期，6000m以下深水作业机器人试验成功，以后在近10年中，在步行机器人、精密装配机器人、多自由度关节机器人的研制等方面与国际先进水平的差距正在逐渐减小，其中有部分技术处于领先水平。二、机器人系统的组成机器人由三大部分六个子系统组成这三大部分是：机械部分、传感部分和控制部分。六个子系统是：驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统、控制系统，如下图所示：-2-三、机器人技术在现代制造企业中的应用在现代制造企业中，被广泛使用的是工业机器人。工业机器人是一种在自动控制下，能够重复编程完成某些操作或移动作业的多功能、多自由度的机械装置，可以在无人参与下自动的执行搬运、装配、焊接和喷涂等多种操作和移动功能的自动化装置。扮演着“主劳力”的角色的工业机器人正渐渐地将人类从繁重的、复杂单调的、有害健康和危险的生产劳动中解放出来，如弧焊机器人、点焊机器人、装配机器人、喷涂机器人及搬运机器人等都是工业机器人中杰出的代表。工业机器人代替人的劳动，在改变着人类的生产方式和生活方式，工业机器人产业已成为各国备受关注的产业，随着世界经济的全球化，企业必须适应日趋激烈的竞争市场，走出工业全面自动化的道路，顺应工业自动化的发展阶段——柔性化的社会需要，机器人的出现是社会经济发展的必然趋势，也是社会经济发展的必然产物。在现代制造企业中，机器人技术上最成熟、应用最广泛的机器人是焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人和数控机器人。下面分别介绍这四种机器人技术在现代制造企业中的应用。（1）焊接机器人焊接机器人是最大的工业机器人的应用领域，它占工业机器人总数的25%左右。由于对许多构件的焊接精度和速度等提出越来越多的要求，一般工人已难以胜任这一工作。此外，-3-焊接时的火花及烟雾等，对人体造成危害，因而，焊接过程的安全自动化已经成为重要的研究课题。焊接机器人是焊接自动化的革命性进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化生产方式。刚性自动化设备通常都是专用的，只适用于中、大批量产品的自动化生产，因而在中、小批量产品的焊接生产中，手工焊仍是主要的焊接方式，而焊接机器人使小批量产品自动化焊接生产成为可能。由于机器人具有示教再现功能，完成一项焊接任务只需人给它做一次示教，随后其即可精确地再现示教的每一步操作。如果机器人再去做另一项工作，无须改变任何硬件，只要对它在做一次示教即可。因此，在一条焊接机器人生产线上，可同时自动生产若干焊件。焊接机器人的主要优点如下：i.稳定和提高焊接质量，保证其均匀性；ii.改善工人劳动条件，可在有害环境下进行工作；iii.提高劳动生产率，一天可以24小时连续生产；iv.降低对工人操作技术的要求；v.可实现小批量产品的焊接自动化；vi.缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资；vii.为焊接柔性生产线提供技术基础。焊接机器人是一种机电一体化设备，可以按用途、结构、受控运动方式、驱动方法等对其进行分类。按用途分类，可分为弧焊机器人和点焊机器人两类。弧焊机器人除在汽车行业外，在通用机械、金属结构等许多现代制造企业中都有广泛应用。汽车工业是点焊机器人系统一个典型的应用领域，在装配每一台汽车车体时，大约60%的点焊是由机器人完成的。（2）喷漆机器人喷漆机器人广泛地应用在汽车、仪表、电器等生产部门。例如，在造船厂巨大的船台上，沉重的铁板一块一块被焊接起来，逐渐呈现出船的形状。数万吨巨轮的船体一造完，接着要做的就是船体喷漆。拿着装有喷漆设备的工人登上脚手架进行喷漆作业。因为脚手架很高，-4-容易发生危险，甚至也有因脚手架的倒塌而造成死亡事故。为此，许多厂家开始使用喷漆机器人进行作业。（3）装配机器人为完成装配作业而设计的工业机器人称为装配机器人。装配机器人在现代制造企业中是柔性自动化装配系统的核心设备，它由机械本体、机械手、控制系统、传感系统组成。其中，机械本体的结构类型有水平关节型、直角坐标型、多关节型和圆柱坐标型等。与一般的工业机器人相比，装配机器人具有精度高、柔顺性好、工作范围小、能与其他系统配套使用等特点，主要用于各种电器制造行业。（4）数控机器人通过操作人员进行各种顺序或位置信息的示数，并根据示数完成作业的工业机器人成为数控机器人，它属于第一代工业机器人。数控机器人在使用中，操作人员不是手动示数，而是通过编程来执行指定任务，主要以专门或通用计算机来控制数控机器人，使之进行自动操作，生产出合格的产品。数控机器人可以降低作业成本，提高作业精度，省去人工示数的麻烦。四、机器人技术的发展特点及趋势进入20世纪90年代以来，由于具有一般功能的传统机器人的应用已经趋向饱和，而许多高级生产和特种应用则需要具有各种智能的机器人参与，因而促使智能机器人获得较为迅速的发展。无论从国际海事国内的角度看，发展和振兴机器人产业的一条重要途径就是开发各种智能机器人，以求提高机器人的性能，扩大其功能和应用领域。回顾近20多年来国内外机器人技术的发展历程，可以归纳以下一些特点和发展趋势：1.工业机器人性能不断提高主要包括高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修等，而单机价格在不断下降。2.传感型智能机器人发展较快-5-作为传感型机器人基础的机器人传感技术有了新的发展，各种新型传感器不断出现。多传感器集成和融合技术在智能机器人上获得应用。在多传感集成和融合技术研究方面，人工神经网络的应用特别引人注目，成为一个研究焦点。3.新型智能技术不断创新智能机器人有许多诱人的研究新课题，对新型智能技术的概念和应用研究正在酝酿着新的突破。临场感技术、虚拟现实（VR,virtualreality）技术、多智能机器人系统（MARS）等技术的发展为机器人的创新注入新的活力。此外，在诸多新型智能技术中，基于人工神经网络的识别、检测、控制和规划方法的开发和应用占有重要地位。4.模块化设计技术广泛应用智能机器人和高级工业机器人的结构要力求简单紧凑，其高性能部件甚至全部机构的设计已向模块化方向发展；其驱动采用交流伺服电机，向小型和高输出方向发展；其控制装置向小型化和智能化方向发展。机器人软件的模块化则简化了编程，发展了离线编程技术，提高了机器人控制系统的适应性。5.敏捷制造生产系统走向互联和协同工业机器人必须改变过去那种“部件发展方式”，而优先考虑“系统发展方式”。随着工业机器人应用范围的不断扩大，机器人早已从当初的柔性上下料装置，发展成为可编程的高度柔性加工单元。随着高刚性及微驱动问题的解决，机器人作为高精度、高柔性的敏捷加工设备的时代，迟早会到来。6.微型机器人的研究有所突破机器人的结构灵巧，控制系统越来越小，结构与控制朝着一体化的方向发展。已经开发出手指大小的微型移动机器人，可用于进入小型管道进行检查作业等工作。7.行走机器人研究引起重视近年来，对移动机器人的研究引起了重视，使机器人能够移动到固定机器人无法达到的预定目标，完成设定的操作任务。-6-8.仿人和仿生技术这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究。五、小结自20世纪60年代初人类研制出第一台工业机器人以后，机器人技术就显示出了巨大的生命力。经过50多年的发展，机器人技术已经在越来越多的生产领域中得到了应用。在现代制造企业中，尤其是在汽车生产中，机器人技术得到了广泛的应用。机器人技术除了在生产制造领域展示着其强大的影响力，也渗透了包括服务业在内的许多其他行业。机器人技术正在潜移默化地走进我们的生活，改变着我们的生活。虽然随着机器人技术的发展，社会上也出现了一些争议性话题，如有些人认为机器人技术带来了就业岗位的减少等一系列社会问题，但是无可否认，机器人技术的发展是科技创新、社会进步的重要体现。相信在不远的将来，机器人技术将会深入到我们生活的方方面面，成为人类的“好帮手”，改善着我们生活的质量。