智能制造的核心技術之工業(yè)機器人！

烈日當空，盛宴不息。8月1日，為期三天的2024北京國際智能工廠及自動化與工業(yè)裝配展覽會在中國國際…

2024北京國際智能工廠及自動化與工業(yè)裝配展覽會作為行業(yè)重要的展示交流平臺，將于2024年8月1-3日亮…

國家統(tǒng)計局17日發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，5月，全國規(guī)模以上工業(yè)增加值同比增長5.6%，環(huán)比增長0.3%；1-5月份，…

5月份，各地區(qū)各部門深入貫徹落實黨中央、國務院決策部署，持續(xù)推動工業(yè)轉型升級，全國工業(yè)生產(chǎn)?！?/div>

中國海關總署日前發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，今年前5個月，我國貨物貿易出口同比增長6.1%，其中機電產(chǎn)品占出…

據(jù)國家統(tǒng)計局網(wǎng)站，國家統(tǒng)計局工業(yè)司統(tǒng)計師孫曉解讀5月份工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。5月份，各地區(qū)各部門深入貫…

新質生產(chǎn)力成為高頻熱詞，而作為加快實現(xiàn)新質生產(chǎn)力的重要舉措，新型工業(yè)化的關注度也再次升級。今…

近期，多地發(fā)布新一輪政策，在加大資金支持、強化標準引領、加強要素保障等方面精準發(fā)力，加快推動…

2024年8月1日至3日，第十三屆北京國際智能工廠及自動化與工業(yè)裝配展覽會將在北京中國國際展覽中心…

X平臺Tesla（特斯拉）官方賬號發(fā)布了一個帖子宣稱，特斯拉已在工廠中部署了兩個Optimus（擎天柱）…

6月12日，國家統(tǒng)計局發(fā)布數(shù)據(jù)，5月，全國工業(yè)生產(chǎn)者出廠價格同比下降1.4%，降幅比上月收窄1.1個百…

近日，安徽省工業(yè)和信息化廳發(fā)布《安徽省人形機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2024-2027年）》（征求意見…

智能制造的核心技術之工業(yè)機器人！

發(fā)布時間：2022-10-17 8:26:10 來源:本站次瀏覽

工業(yè)機器人的概念

工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器裝置，具有柔性好、自動化程度高、可編程性好、通用性強等特點。在工業(yè)領域中，工業(yè)機器人的應用能夠代替人進行單調重復的生產(chǎn)作業(yè)，或是在危險惡劣環(huán)境中的加工操作。國際上，工業(yè)機器人的定義主要有如下兩種：

國際標準化組織（ISO）的定義：工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機。

美國機器人協(xié)會（RIA）的定義：一種可以反復編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機；或者為了執(zhí)行不同的任務而具有可改變的和可編程的動作的專門系統(tǒng)。

在智能制造領域，工業(yè)機器人作為一種集多種先進技術于一體的自動化裝備，體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)技術的高效益、軟硬件結合等特點，成為柔性制造系統(tǒng)、自動化工廠、智能工廠等現(xiàn)代化制造系統(tǒng)的重要組成部分。機器人技術的應用轉變了傳統(tǒng)的機械制造模式，提高了制造生產(chǎn)效率，為機械制造業(yè)的智能化發(fā)展提供了技術保障；優(yōu)化了制造工藝流程，能夠構建全自動智能生產(chǎn)線，為制造模塊化作業(yè)生產(chǎn)提供了良好的環(huán)境條件，滿足現(xiàn)代制造業(yè)的生產(chǎn)需要和發(fā)展需求。

2

工業(yè)機器人的結構與功能

工業(yè)機器人一般由3個部分、6個子系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1 工業(yè)機器人結構

1）機械部分

機械部分包括工業(yè)機器人的機械結構系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)。機械部分是工業(yè)機器人的基礎，其結構決定了機器人的用途、性能和控制特性。

（1）機械結構系統(tǒng)，即工業(yè)機器人的本體結構，包括基座和執(zhí)行機構，有些機器人還具有行走機構，是機器人的主要承載體。機械結構系統(tǒng)的強度、剛度及穩(wěn)定性是機器人靈活運轉和精確定位的重要保證。

（2）驅動系統(tǒng)，包括工業(yè)機器人動力裝置和傳動機構，按動力源分為液壓、氣動、電動和混合動力驅動，其作用是提供機器人各部位、各關節(jié)動作的原動力，使執(zhí)行機構產(chǎn)生相應的動作。驅動系統(tǒng)可以與機械系統(tǒng)直接相連，也可通過同步帶、鏈條、齒輪、諧波傳動裝置等與機械系統(tǒng)間接相連。

2）傳感部分

傳感部分包括工業(yè)機器人的感受系統(tǒng)和機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)。傳感部分是工業(yè)機器人的信息來源，能夠獲取有效的外部和內部信息來指導機器人的操作。

（1）感受系統(tǒng)，是工業(yè)機器人獲取外界信息的主要窗口，機器人根據(jù)布置的各種傳感元件獲取周圍環(huán)境狀態(tài)信息，對結果進行分析處理后控制系統(tǒng)對執(zhí)行元件下達相應的動作命令。感受系統(tǒng)通常由內部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成：內部傳感器模塊用于檢測機器人自身狀態(tài)；外部傳感器模塊用于檢測操作對象和作業(yè)環(huán)境。

（2）機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)，是工業(yè)機器人與外部環(huán)境中的設備進行相互聯(lián)系和協(xié)調的系統(tǒng)。在實際生產(chǎn)環(huán)境中，工業(yè)機器人通常與外部設備集成為一個功能單元。該系統(tǒng)幫助工業(yè)機器人與外部設備建立良好的交互渠道，能夠共同服務于生產(chǎn)需求。

3）控制部分

控制部分包括工業(yè)機器人的人-機交互系統(tǒng)和控制系統(tǒng)?？刂撇糠质枪I(yè)機器人的核心，決定了生產(chǎn)過程的加工質量和效率，便于操作人員及時準確地獲取作業(yè)信息，按照加工需求對驅動系統(tǒng)和執(zhí)行機構發(fā)出指令信號并進行控制。

（1）人-機交互系統(tǒng)，是人與工業(yè)機器人進行信息交換的設備，主要包括指令給定裝置和信息顯示裝置。人-機交互技術應用于工業(yè)機器人的示教、監(jiān)控、仿真、離線編程和在線控制等方面，優(yōu)化了操作人員的操作體驗，提高了人機交互效率。

（2）控制系統(tǒng)，是根據(jù)機器人的作業(yè)指令程序以及從傳感器反饋回來的信號，支配工業(yè)機器人的執(zhí)行機構完成規(guī)定動作的系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)是否具備信息反饋特征分為閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)；根據(jù)控制原理可分為程序控制系統(tǒng)、適應性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng)；根據(jù)控制運動的形式可分為點位控制系統(tǒng)和連續(xù)軌跡控制系統(tǒng)。

3

工業(yè)機器人的關鍵技術

在智能制造領域中，工業(yè)機器人有3類關鍵技術，如圖2所示。

圖2 機器人技術

1）整機技術

整機技術是指以提高工業(yè)機器人產(chǎn)品的可靠性和控制性能，提升工業(yè)機器人的負載/自重比，實現(xiàn)工業(yè)機器人的系列化設計和批量化制造為目標的機器人技術。主要有：本體優(yōu)化設計技術、機器人系列化標準化設計技術、機器人批量化生產(chǎn)制造技術、快速標定和誤差修正技術、機器人系統(tǒng)軟件平臺等。本體優(yōu)化設計技術是其中的代表性技術。

本體優(yōu)化設計技術即對工業(yè)機器人的本體進行優(yōu)化設計和性能評估的技術。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的一些高速、重載的應用場合下，需要保證工業(yè)機器人加工過程中的運動精度和運動平穩(wěn)性，因此在工業(yè)機器人的本體結構設計開發(fā)時，必須對其慣性參數(shù)和結構參數(shù)進行不斷優(yōu)化，使機構的質量、剛度得到合理的分布，工業(yè)機器人整機具有良好的動態(tài)性能?；玖鞒淌牵菏紫雀鶕?jù)生產(chǎn)需求設計工業(yè)機器人機械結構，利用三維軟件建立本體結構模型，并進行虛擬裝配，如圖3所示；然后利用計算機仿真技術對機器人進行運動學和動力學仿真分析，分析機器人的各項性能；最后利用有限元技術等方法對結構進行優(yōu)化，以實現(xiàn)機器人的輕量化，提高機器人的動態(tài)性能。

圖3 本體優(yōu)化設計

在本體結構輕量化設計方面，主要體現(xiàn)在新材料、新工藝和結構優(yōu)化理論的應用上；在本體結構模塊化設計方面，主要體現(xiàn)在各種機構的選用和組合上。

2）部件技術

部件技術是指以研發(fā)高性能機器人零部件，滿足工業(yè)機器人關鍵部件需求為目標的機器人技術。主要有：高性能伺服電機設計制造技術、高性能/高精度機器人專用減速器設計制造技術、開放式/跨平臺機器人專用控制（軟件）技術、變負載高性能伺服控制技術等。高性能伺服電機設計制造技術和高性能/高精度機器人專用減速器設計制造技術是其中的代表性技術。

伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機，能將電壓信號轉化為轉矩和轉速信號以驅動控制對象，是機器人的核心零部件之一，如圖4所示。伺服電機作為工業(yè)機器人的關鍵執(zhí)行部件，是驅動工業(yè)機器人運動的主要動力系統(tǒng)，伺服電機的性能很大程度上決定了工業(yè)機器人整體的動力性能。工業(yè)機器人領域中應用的伺服電機應具有快速響應、高啟動轉矩、低慣量、寬廣且平滑的調速范圍等特性，目前應用較多的是交流伺服電機。設計高性能高功率密度伺服電機需要根據(jù)設計指標綜合考慮電機結構參數(shù)、部件材料、磁路結構等要素，并通過有限元等方法綜合分析電機性能。

圖4 伺服電機

減速器通常用作原動件與工作機之間的減速傳動裝置，起到匹配轉速和傳遞轉矩的作用，一般由封閉在剛性殼體內的齒輪傳動、蝸桿傳動、齒輪-蝸桿傳動組成，是機器人傳動機構的核心部件之一，如圖5所示。機器人領域常用的精密傳動裝置主要有輕載條件下的諧波減速器和重載條件下的RV減速器。諧波減速器具有輕量小型、無齒輪間隙、高轉矩容量等優(yōu)點，但其精度壽命較差，主要是由于在高度循環(huán)的交變應力情況下柔輪極易出現(xiàn)疲勞失效，通常應用在關節(jié)型機器人的末端執(zhí)行等輕載部位；RV減速器主要包含了行星齒輪與擺線針輪兩級減速兩個部分，具有減速范圍寬、功率密度大、運行平穩(wěn)等優(yōu)點，已成為工業(yè)機器人最常用的精密減速器。設計高性能/高精度機器人專用減速器需綜合考慮傳動精度、齒廓修形、扭轉剛度以及回差等技術指標。

圖5 減速器

當前，我國高性能伺服電機、減速器等關鍵零部件的設計制造技術與外國相比，在可靠性、精度、動態(tài)反應能力等方面存在一定差距，是制約我國工業(yè)機器人發(fā)展的瓶頸之一。

3）集成應用技術

集成應用技術是指以提升工業(yè)機器人任務重構、偏差自適應調整能力，提高機器人人機交互性能為目標的機器人技術。主要有：基于智能傳感器的智能控制技術、遠程故障診斷及維護技術、基于末端力檢測的力控制及應用技術、快速編程和智能示教技術、生產(chǎn)線快速標定技術、視覺識別和定位技術等。視覺識別定位技術是其中的代表性技術。
視覺識別和定位技術是一項涉及人工智能、圖像處理、傳感器技術和計算機技術等多領域的綜合技術，與工業(yè)機器人結合非常緊密，廣泛地應用在工業(yè)生產(chǎn)中的缺陷檢測、目標識別與定位和智能導航等方面。典型的視覺應用系統(tǒng)包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機械控制執(zhí)行模塊，如圖6所示。

圖6 視覺應用系統(tǒng)

視覺識別和定位技術在工業(yè)機器人領域的應用主要以下3個方面：

（1）視覺測量：針對精度要求較高（毫米級甚至為微米級）的零部件，使用人的肉眼無法完成其精度測量，通過引入視覺非接觸測量技術構成機器人柔性在線測量系統(tǒng)，能夠有效獲取零部件表面質量和基本尺寸信息。

（2）視覺引導：基于機器視覺技術能夠快速準確地找到目標零件并確認其位置，采用模式識別的方式，在三維圖像中獲取目標點或目標軌跡引導工業(yè)機器人抓取、加工等操作，提高生產(chǎn)智能化程度，實現(xiàn)自動化作業(yè)。

（3）視覺檢測：通過機器視覺檢測完成產(chǎn)品的制造工藝檢測、自動化跟蹤、追溯與控制等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，識別零件的存在或缺失以保證部件裝配的完整性，判別產(chǎn)品表面缺陷以保證生產(chǎn)質量。

視覺識別和定位技術的應用使得工業(yè)機器人能夠適應復雜工業(yè)環(huán)境中的智能柔性化生產(chǎn)，大大提高了工業(yè)生產(chǎn)中的智能化和自動化水平。工業(yè)機器人的關鍵技術推動了機器人產(chǎn)品的系列化設計和批量化制造。

4

工業(yè)機器人

在智能制造中的應用

在智能制造領域，多關節(jié)工業(yè)機器人、并聯(lián)機器人、移動機器人的本體開發(fā)及批量生產(chǎn)，使得機器人技術在焊接、搬運、噴涂、加工、裝配、檢測、清潔生產(chǎn)等領域得到規(guī)?；蓱?，極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量，降低了生產(chǎn)和勞動力成本。

1）焊接機器人

在汽車、工程機械、船舶、農機等行業(yè)，焊接機器人的應用十分普遍。作為精細度需求較高、工作環(huán)境質量較差的生產(chǎn)步驟，焊接的勞動強度極大，對焊接工作人員的專業(yè)素養(yǎng)要求較高。由于機器人具備抗疲勞、高精準、抗干擾等特點，應用焊接機器人技術取代人工焊接，可保證焊接質量一致性，提高焊接作業(yè)效率，同時也能直觀地反饋焊接作業(yè)的質量。

目前，投放于焊接崗位的機器人的種類較多，根據(jù)使用場合的差異，選用的焊接機器人種類各有不同，其中多關節(jié)機器人的應用較為普遍，如圖7所示。結合多關節(jié)機器人的運動靈活、空間自由度較高的特點，能夠調整任意的焊接位置和姿態(tài)，有效地提升了制造中的生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質量。

圖7 焊接機器人

2）搬運機器人

機器人技術同樣能夠應用到制造業(yè)的搬運作業(yè)中。借助人工程序的構架與編排，將搬運機器人投放入當今制造業(yè)生產(chǎn)之中，從而實現(xiàn)運輸、存儲、包裝等一系列工作的自動化進行，不僅有效地解放了勞動力，而且提高了搬運工作的實際效率。通過安裝不同功能的執(zhí)行器，搬運機器人能夠適應各類自動生產(chǎn)線的搬運任務，實現(xiàn)多形狀或不規(guī)則的物料搬運作業(yè)。同時考慮到化工原料及成品的危險性，利用搬運機器人進行運輸能降低安全隱患，減小危險品及輻射品對搬運人員的人體傷害。
目前，固定式串聯(lián)搬運機器人在制造業(yè)中應用廣泛，其優(yōu)點是工作空間大、結構簡單，但其負載較低、剛性較差，只能在固定工位上完成簡單的搬運工作，具有一定的局限性。通過結合移動機器人技術和并聯(lián)機器人技術，能有效地提高搬運機器人的承載能力和作業(yè)范圍，在汽車、物流、食品、醫(yī)藥等行業(yè)具有廣闊的應用前景，如圖8所示。

圖8 搬運機器人

3）加工機器人

隨著生產(chǎn)制造向著智能化和信息化發(fā)展，機器人技術越來越多地應用到制造加工的打磨、拋光、鉆削、銑削、鉆孔等工序當中。與進行加工作業(yè)的工人相比，加工機器人對工作環(huán)境的要求相對較低，具備持續(xù)加工的能力，同時加工產(chǎn)品質量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高，能夠加工多種材料類型的工件，如鋁、不銹鋼、銅、復合材料、樹脂、木材和玻璃等，有能力完成各類高精度、大批量、高難度的復雜加工任務。
相比機床加工,工業(yè)機器人的缺點在于其自身的弱剛性。但是加工機器人具有較大的工作空間、較高的靈活性和較低的制造成本,對于小批量多品種工件的定制化加工，機器人在靈活性和成本方面顯示出較大優(yōu)勢；同時，機器人更加適合與傳感器技術、人工智能技術相結合，在航空、汽車、木制品、塑料制品、食品等領域具有廣闊的應用前景，如圖9所示。

圖9 加工機器人

5

工業(yè)機器人未來發(fā)展趨勢

在智能制造領域中，以機器人為主體的制造業(yè)體現(xiàn)了智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡化的發(fā)展要求，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模應用工業(yè)機器人正成為企業(yè)重要的發(fā)展策略?，F(xiàn)代工業(yè)機器人已從功能單一、僅可執(zhí)行某些固定動作的機械臂，發(fā)展為多功能、多任務的可編程、高柔性智能機器人。盡管系統(tǒng)中工業(yè)機器人個體是柔性可編程的，但目前采用的大多數(shù)固定式自動化生產(chǎn)系統(tǒng)柔性較差，適用于長周期、單一產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，而難以適應柔性化、智能化、高度集成化的現(xiàn)代智能制造模式。應對智能制造的發(fā)展需求，未來工業(yè)機器人系統(tǒng)有以下的發(fā)展趨勢：

1）一體化發(fā)展趨勢

一體化是工業(yè)機器人未來的發(fā)展趨勢?？梢詫I(yè)機器人進行多功能一體化的設計，使其具備進行多道工序加工的能力，對生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，實現(xiàn)測量、操作、加工一體化，能夠減少生產(chǎn)過程中的累計誤差，大大提升生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和自動化水平，降低制造中的時間成本和運輸成本，適合集成化的智能制造模式。

2）智能信息化發(fā)展趨勢

未來以“互聯(lián)網(wǎng)+機器人”為核心的數(shù)字化工廠智能制造模式將成為制造業(yè)的發(fā)展方向,真正意義上實現(xiàn)了機器人、互聯(lián)網(wǎng)、信息技術和智能設備在制造業(yè)的完美融合，涵蓋了對工廠制造的生產(chǎn)、質量、物流等環(huán)節(jié)，是智能制造的典型代表。結合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術、機器視覺技術、人機交互技術和智能控制算法等相關技術，工業(yè)機器人能夠快速獲取加工信息，精確識別和定位作業(yè)目標，排除工廠環(huán)境以及作業(yè)目標尺寸、形狀多樣性的干擾，實現(xiàn)多機器人智能協(xié)作生產(chǎn)，滿足智能制造的多樣化、精細化需求。

3）柔性化發(fā)展趨勢

現(xiàn)代智能制造模式對工業(yè)機器人系統(tǒng)提出了柔性化的要求。通過開發(fā)工業(yè)機器人開放式的控制系統(tǒng)，使其具有可拓展和可移植的特點；同時設計制造工業(yè)機器人模塊化、可重構化的機械結構，例如關節(jié)模塊中實現(xiàn)伺服電機、減速器、檢測系統(tǒng)三位一體化，使得生產(chǎn)車間能夠根據(jù)生產(chǎn)制造的需求自行拓展或者組合系統(tǒng)的模塊，提高生產(chǎn)線的柔性化程度，有能力完成各類小批量、定制化生產(chǎn)任務。

4）人機/多機協(xié)作化發(fā)展趨勢

針對目前工業(yè)機器人存在的操作靈活性不足、在線感知與實時作業(yè)能力弱等問題，人機/多機協(xié)作化是其未來的發(fā)展趨勢。通過研發(fā)機器人多模態(tài)感知、環(huán)境建模、優(yōu)化決策等關鍵技術, 強化人機交互體驗與人機協(xié)作效能，實現(xiàn)機器人和人在感知、理解、決策等等不同層面上的優(yōu)勢互補，能夠有效提高工業(yè)機器人的復雜作業(yè)能力。同時通過研發(fā)工業(yè)機器人多機協(xié)同技術，實現(xiàn)群體機器人的分布式協(xié)同控制，其協(xié)同工作能力提高了任務的執(zhí)行效率, 以及具有的冗余特性提高了任務應用的魯棒性，能完成單一系統(tǒng)無法完成的各種高難度、高精度和分布式的作業(yè)任務。

5）大范圍作業(yè)發(fā)展趨勢

現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)對物流運輸、生產(chǎn)作業(yè)等環(huán)節(jié)的效率、可靠性和適應性提出了較高的要求，在需要大范圍作業(yè)的工作環(huán)境中，固定基座的工業(yè)機器人很難完成工作任務，通過引入移動機器人技術，有效地增大了工業(yè)機器人的工作空間，提高了機器人的靈巧性。

榴莲视频在线观看免费_榴莲网站APP官方网站_污榴莲视频_榴莲视频在线观看入口

智能制造的核心技術之工業(yè)機器人！