机器人的控制与发展|机器人图片

来源:工作范文 发布时间:2019-03-12 05:41:24 点击:

  人类一直幻想有一种拟人的机械,能像人一样有手脚灵活自由地运动,代替人从事复杂的劳动,这种机械就是今天所说的“机器人”。机器人是一种自动化设备,自动化设备及生产线是一项以机械、电子、仪表、电气、信息处理、计算机、自动控制技术等众多技术结合的复合运用。随着生产力、新技术的发展,1961年美国诞生了第一台实用工业机器人。工业机器人工作目的性强,通常称为机械手,机械手能很快地改变工作程序,适用性较强,因而得到广泛应用,如在汽车工业、电子工业、核工业等工业部门,在服务行业,在海底、航天类极限能力外的环境中从事焊接、喷涂、装卸、转向、分拣或维修等工作。机械手的应用极大地提高了劳动生产率,减轻了劳动强度,实现了安全生产,保证了产品质量,降低了相应成本。
  
  一 机械手的结构
  
  机械手通常由如下五部分构成:作为被自动化的对象,起连接固定或某些特定的功能的机械本体。用以获取信息的检测及传感器部分,还包括信息转换、显示、记录等。处理各种信息并做出相应的判断、决策和指令的控制部分。执行各种指令、完成预期的动作的执行机构部分,通常由传动机构和执行元件组成,实现设定的运动,传递足够的动力,并具有良好的传动性能。向自动化设备及生产线供应能量,以驱动它们进行各种运动和操作的动力源部分,常用的有电力源及其他液压源、气压源等。
  具体而言机械手主要由控制系统、驱动系统、执行机构以及位置检测系统等组成。
  
  二 机械手的分类
  
  1、机械手按用途分可分专用和通用
  专用机械手工作对象单一,结构简单,动作少;通用机械手通用性强,动作灵活,程序可变,定位精度高,有独立控制系统。
  
  2、按驱动方式可分为液压型、气压型、电力型、机械型
  液压传动型以油液的压力来驱动执行机构运动,结构紧凑,传动平稳,抓重大;气压传动型结构简单,动作迅速,成本低;电力传动型由特殊结构的电动机直接驱动机构运动,中间转换机构少,运动速度快,工作范围大;机械传动型由机械传动机构驱动,动作频率高,运动准确可靠。
  
  3、按种类可分为串联和并联
  串联机械手的大臂、小臂以串联方式相连接。这类机器人形式很多,如球坐标形式、直角坐标形式、圆柱坐标形式和全铰链多关节形式等。并联机械手用6根支杆将上下两平台相连接,6根支杆都可以独立自由伸缩,分别用球铰和虎克铰与平台连接,上平台与下平台可进行6个独立运动,既有6个自由度,在三维空间可以作任意方向的移动和绕任何方向、位置的轴线转动,如训练飞行员的模拟器,汽车总装线上安装车轮的机械手等。
  现今机器人的应用领域不断扩大,并向智能机械手方向发展,如具有视觉、听觉、嗅觉、触觉、力觉等感觉机能,有逻辑思维学习、判断和决策的功能,可以根据作业要求和环境信息随机应变,有选择地采取行动,灵活地处理问题,自主地完成任务。
  
  三 机械手的工作原理
  
  若机械手的技术参数如下:最大抓重:1000g,手指夹持工件最大直径90mm,手臂上下摆动角度90度,手臂回转最大角度180度,则此机械手可设计为三自由度机械手,其结构可以由手指夹持机构、手臂上下摆动机构、机械手回转机构和各种固定支架等组成,机械手完成相应动作,由这三部分共同作用来实现。
  手指夹持机构主要由主轴、万向节、电动机、减速器、丝杠、行走块、手指、限位开关和脉冲开关等组成;手臂上下摆动机构主要由电动机、减速器、齿轮、链条、蜗轮、蜗杆、主轴限位开关和脉冲开关等组成;机械手回转机构主要由电动机、减速器、蜗轮、蜗杆、限位开关和脉冲开关等组成。各种运动状态通过监测其对应的脉冲开关产生脉冲数来控制。脉冲开关和限位开关选用同一种微动开关,因在系统控制中起的作用不同分别叫作脉冲开关和限位开关。
  目前,工业机械手大部分还属于第一代,主要依靠工人进行控制;改进的方向主要是降低成本和提高精度。适应窄小空间、快节奏、360度全工作空间范围的垂直关节型机器人大量应用于焊接和上、下料。大型、超大型机器人应用于汽车、建筑、桥梁等行业。
  我国各行业的自动化水平有明显提高,先进的自动化技术得到了普遍的采用。这些技术的内容包含了先进的信息处理和控制技术,即以计算机为核心,有PLC、工控机、单片机、人机界面、现场总线等组成的控制系统。先进的驱动技术有变频调速、交流伺服、步进电机等。控制技术上采用32位、64位CPU,控制轴数多达27轴,CNC、离线编程技术被广泛应用,总线技术的利用使协调控制技术日趋成熟,实现了多手与变位的协调及同步控制。
  作为高科技全自动一体化的新型产品,机器人是提升企业效能的产物,将机器人与包装线相结合,既能提高生产线正常运行的效能,又能增强运行可靠性,更能让用户迅速适应日新月异的生产需求,分享高科技成果产生的巨大效益。
  机器人综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术产品,机器人的应用情况也是一个国家工业自动化水平的重要标志。
  
  四 我国机器人工业的发展
  
  上海汽车配件二厂研制的汽车灯壳冲压机械手、天津锻压机械厂研制的锻件上下料机械手,是我国最早的一批工业机器人。1985年,工业机器人被列入了国家“七五”科技攻关计划研究重点,目标锁定在工业机器人基础技术、基础器件开发、搬运、喷涂和焊接机器人的开发研究等五个方面。
  通过“七五”、“八五”科技攻关,基本掌握了机器人的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件,开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人,1990年,工业喷漆机器人PJ-1如期完成。这是我国第一台喷漆机器人,现在有130多台套喷漆机器人在20余家企业的近30条自动喷漆生产线站上获得规模应用。弧焊机器人也已应用在汽车制造厂的焊装线上。
  在国家“863”计划支持下,我国工业机器人又在实践中迈进一大步,具有自主知识产权的点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等7种工业机器人产品相继问世,还实施了100多项机器人应用工程、建立了20余个机器人产业化基地。
  我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下,也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人,6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平,还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作,有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发用方面则刚刚起步,与国外先进水平差距较大。
  从最初的机械手,到现在及将来的服务机器人,机器人在提高产品质量、发展绿色制造、服务人民生活等方面发挥着越来越重要的作用。相信在不久的将来,一切人“不能干,干不好,不想干”的事,都可以由机器人代劳。

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